一种带自动补偿的脉冲数字功放电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种带自动补偿的脉冲数字功放电路，包括电流源单元、电流自动补偿电路，电流源单元包括一个或多个并联的电流源；电流源电路用采样电阻采样反馈来控制IGBT的导通和关断，从而使IGBT发出脉冲波，在经过LC产生恒定的大电流。每个电流源均通过一个开关与电流自动补偿电路连接。本实用新型解决了目前功放电路输出电流小、电流不稳定的技术问题。
【专利说明】一种带自动补偿的脉冲数字功放电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种大功率功放电路。
【背景技术】
[0002]因现在的分立器件的功率越来越大，最大电流已到KA级，而现在国内的大功率测试比较落后，为此将设计特大功率脉冲数字功放。
【发明内容】
[0003]为解决目前功放电路输出电流小、电流不稳定的技术问题，本实用新型提供一种特大功率脉冲数字功放电路。
[0004]本实用新型的技术解决方案:
[0005]一种带自动补偿的脉冲数字功放电路，其特殊之处:包括电流源单元、电流自动补偿电路，
[0006]所述电流源单元包括一个或多个并联的电流源；所述电流源包括电流源开关、IGBT功率放大电流源电路，
[0007]所述IGBT功率放大电流源电路包括输入信号处理单元、比较单元、开关管单元、滤波单元、电流采样电路；所述输入信号处理单元包括比例放大器、反向放大器，所述比例放大器对输入脉冲信号进行放大处理；所述比较单元包括第一比较器Ul和第二比较器U2 ；所述开关管单元包括用于控制正电流的第一开关管和用于控制负电流的第二开关管，所述第一开关管包括PNP型晶体管Q3、与晶体管Q3发射极连接的IGBT管，所述第二开关管为IGBT管；所述滤波单元包括串联的电感LI和电容Cl，所述电感LI的另一端作为滤波单元的输入端，所述电容Cl的另一端接地；所述电流采样电路用于检测流出滤波单元的电流；所述第一比较器Ul的同向输入端通过反向放大器与比例放大器的输出端连接，所述第二比较器U2的同向输入端与比例放大器的输出端连接，所述第一比较器Ul和第二比较器U2的异向输入端分别与电流采样电路的输出端连接；所述第一比较器Ul的输出端通过开关SI与PNP型晶体管Q3的基极连接，所述第二比较器的输出端通过开关S2与第二开关管的栅极连接，所述第一开关管的IGBT管的漏极以及第二开关管的的IGBT管的漏极分别与滤波单元的输入端连接，所述采样电阻RG与负载RL串联后并接在电容Cl两端；
[0008]所述电流自动补偿电路包括信号输入端、电阻R3、反向放大器U8、负载R5、跟随器U9、电阻R4，
[0009]所述信号输入端通过电阻R3与反向放大器U8的反向输入端连接，所述反向放大器U8的同向输入端接地，
[0010]所述负载R5的输入端分别与反向放大器的输出端连接,所述负载R5的输出端分两个支路，一个支路通过开关K4通过采样电阻Rgl接地；另一个支路与跟随器的同向输入端连接，所述跟随器的输出端通过电阻R4与反向放大器反向输入端连接；
[0011]所述电流源单元的一端接电源VCC，另一端与负载R5的输入端连接。[0012]上述电流源开关的开断与闭合可根据需要输出电流的大小通过数字电路控制。
[0013]上述电流采样电路包括多个采样子单元，负向加法放大器U13及反向器U14，
[0014]所述采样子单元包括采样电阻Rg、第三跟随器U10、第四跟随器U11、第二差动放大器U12，所述第三跟随器的同向输入端与采样电阻Rg的电流流入端连接，所述第四跟随器的同向输入端与采样电阻Rg的电流流出端连接，所述第三跟随器UlO和第四跟随器Ull的输出端分别与第二差动放大器U12的两个输入端连接；
[0015]所述多个采样子单元的采样电阻Rg并联；
[0016]所述多个采样子单元的第二差动放大器U12的输出端均通过输出电阻与负向加法放大器U13的输入端连接,所述负向加法放大器U13的输出端与反向器U14的输入端连接，所述反向器的输出端输出米样电压。
[0017]本实用新型的有益效果:
[0018]1、本实用新型功放电路采用IGBT开关功放电路实现了大电流输出。
[0019]2、本实用新型功放电路采用电流自动补偿电路消除了电流源输出电流的误差。
[0020]3、本实用新型功放电路采用多电阻电流采样电路，避免了单个小阻值电阻精度引起的误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型自动补偿电路的特大功率脉冲数字功放的电路图；
[0022]图2为本实用新型IGBT功率放大电流源电路；
[0023]图3为本实用新型多电阻电流采样电路。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型做进一步说明:
[0025]如图1所示为脉冲数字功放电路的一个实施例，包括并联的3个电流源，一个100A的电流源、一个200A的电流源和一个400A的电流源，每个电流源均通过一个开关与电流自动补偿电路连接。电流自动补偿电路包括信号输入端、电阻R3、反向放大器U8、负载R5、跟随器U9、电阻R4。
[0026]信号输入端通过电阻R3与反向放大器U8的反向输入端连接，反向放大器U8的同向输入端接地，负载R5的输入端分别与反向放大器的输出端和电流源的输出端开关连接，负载R5的输出端分两个支路，一个支路通过开关K4通过采样电阻Rgl接地；另一个支路与跟随器的同向输入端连接，跟随器的输出端通过电阻R4与反向放大器反向输入端连接。
[0027]当电流源输出电流有误差时，可通过图1所示的电流自动补偿电路进行补偿，此图由100A功放组成一个反向放大器，R4的阻值为R3的10分之1，负载R5输出端(即Rg采样电压)电压=-Ui/10。当上图电路要得到70(^时，仍输入-7￥，1(1，1(2，1(3，1(4关闭。此时如果400A的电流源有误差，因II，12，13都在反馈中，所以都受到100A功放的补偿，只要Il~13的全部误差不差过100A，都能用此电路作为补偿。
[0028]电流源电路用采样电阻采样反馈来控制IGBT的导通和关断，从而使IGBT发出脉冲波，在经过LC产生恒定的大电流。
[0029]如图2所示，电流源电路的主体电路包括输入信号处理单元、比较单元、开关管单元、滤波单元、电流采样电路。
[0030]输入信号处理单兀包括比例放大器、反向放大器，比例放大器对输入脉冲信号进行放大处理；比较单元包括第一比较器Ul和第二比较器U2。
[0031]开关管单元包括用于控制正电流的第一开关管和用于控制负电流的第二开关管，第一开关管包括PNP型晶体管Q3、与晶体管Q3发射极连接的IGBT管，所述第二开关管为IGBT管，滤波单元包括串联的电感LI和电容Cl，电感LI的另一端作为滤波单元的输入端，电容Cl的另一端接地；电流采样电路用于检测流出滤波单元的电流。
[0032]第一比较器Ul的同向输入端通过反向放大器与比例放大器的输出端连接，第二比较器U2的同向输入端与比例放大器的输出端连接，第一比较器Ul和第二比较器U2的异向输入端分别与电流采样电路的输出端连接。第一比较器Ul的输出端通过开关SI与PNP型晶体管Q3的基极连接，第二比较器的输出端通过开关S2与第二开关管的栅极连接，第一开关管的IGBT管的漏极以及第二开关管的的IGBT管的漏极分别与滤波单元的输入端连接。
[0033]现以正向200A的举例说明。Kl关闭，U4输入负向10V，U4反向放大1/10，U4输出+IV，经U3反向输出-1V进U1+，因Ul-开始时是0，所以Ul输出-15V，Q3，Q1工作，电流输出。电流经过RG时进行采样，RG=5mQ，所以在200A时，采样电阻两端的电压是IV。U5、U6、U7将采样与输入的IOV的10分之I在Ul中比较，如果VRG大于IV时Ul输出正值，使Q3关闭，从而达到流过Rg的电流始终是200A。负载RL与RG串联，所以也是200A，从而输出稳定的200A。
[0034]本实用新型采用多电阻电流采样的电路，其结构如图3所示，其原理是利用若干大些电阻分流采样后，最后相加并放大模拟得到原本微小电阻采样的电压，以克服微小电阻采样时阻值精度不高的缺陷。
[0035]多电阻电流采样的电路包括多个采样子单元，负向加法放大器U13及反向器U14，采样子单元包括采样电阻Rg、第三跟随器U10、第四跟随器U11、第二差动放大器U12，所述第三跟随器的同向输入端与采样电阻Rg的电流流入端连接，所述第四跟随器的同向输入端与采样电阻Rg的电流流出端连接，所述第三跟随器UlO和第四跟随器Ull的输出端分别与第二差动放大器U12的两个输入端连接；多个采样子单元的采样电阻Rg并联；多个采样子单元的第二差动放大器U12的输出端均通过输出电阻与负向加法放大器U13的输入端连接，负向加法放大器U13的输出端与反向器U14的输入端连接,反向器的输出端输出米样电压。
[0036]以400A电流采样为例，此电路中，并联的4个采样电阻均为IOm Ω，对每个采样电阻进行采样，最后在U13将4个采样电压累加除4，再经过反相器U14输出，这样就避免了单个小阻值电阻精度引起的误差。多个并联的采样子单元的电路结构和参数均相同。
[0037]传统功放是模拟电路控制。这里根据图1中的原理，可进行数字功放的控制。这里假设继电器Kl，K2，K3是12V控制继电器。通过负载R5的电流等于100A功放加上K1、K2、K3打开的400A的电流源Ι1、200Α的电流源12，100Α的电流源13，所以根据图5其电流控制如下表，其中I是接通，O是断开。[0038]
【权利要求】
1.一种带自动补偿的脉冲数字功放电路，其特征在于:包括电流源单元、电流自动补偿电路， 所述电流源单元包括一个或多个并联的电流源；所述电流源包括电流源开关、IGBT功率放大电流源电路， 所述IGBT功率放大电流源电路包括输入信号处理单元、比较单元、开关管单元、滤波单元、电流采样电路；所述输入信号处理单元包括比例放大器、反向放大器，所述比例放大器对输入脉冲信号进行放大处理；所述比较单元包括第一比较器Ul和第二比较器U2 ;所述开关管单元包括用于控制正电流的第一开关管和用于控制负电流的第二开关管，所述第一开关管包括PNP型晶体管Q3、与晶体管Q3发射极连接的IGBT管，所述第二开关管为IGBT管；所述滤波单元包括串联的电感LI和电容Cl，所述电感LI的另一端作为滤波单元的输入端，所述电容Cl的另一端接地；所述电流采样电路用于检测流出滤波单元的电流；所述第一比较器Ul的同向输入端通过反向放大器与比例放大器的输出端连接，所述第二比较器U2的同向输入端与比例放大器的输出端连接，所述第一比较器Ul和第二比较器U2的异向输入端分别与电流采样电路的输出端连接；所述第一比较器Ul的输出端通过开关SI与PNP型晶体管Q3的基极连接，所述第二比较器的输出端通过开关S2与第二开关管的栅极连接，所述第一开关管的IGBT管的漏极以及第二开关管的的IGBT管的漏极分别与滤波单元的输入端连接，所述采样电阻RG与负载RL串联后并接在电容Cl两端； 所述电流自动补偿电路包括信号输入端、电阻R3、反向放大器U8、负载R5、跟随器U9、电阻R4， 所述信号输入端通过电阻R3与反向放大器U8的反向输入端连接，所述反向放大器U8的同向输入端接地， 所述负载R5的输入端分别与反向放大器的输出端连接，所述负载R5的输出端分两个支路，一个支路通过开关K4通过采样电阻Rgl接地；另一个支路与跟随器的同向输入端连接，所述跟随器的输出端通过电阻R4与反向放大器反向输入端连接； 所述电流源单元的一端接电源VCC，另一端与负载R5的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的带自动补偿的脉冲数字功放电路，其特征在于:所述电流源开关的开断与闭合可根据需要输出电流的大小通过数字电路控制。
3.根据权利要求1或2所述的一种带自动补偿的脉冲数字功放电路，其特征在于:所述电流采样电路包括多个采样子单元，负向加法放大器U13及反向器U14， 所述采样子单元包括采样电阻Rg、第三跟随器U10、第四跟随器U11、第二差动放大器U12，所述第三跟随器的同向输入端与采样电阻Rg的电流流入端连接，所述第四跟随器的同向输入端与采样电阻Rg的电流流出端连接，所述第三跟随器UlO和第四跟随器Ul I的输出端分别与第二差动放大器U12的两个输入端连接； 所述多个采样子单元的采样电阻Rg并联； 所述多个采样子单元的第二差动放大器U12的输出端均通过输出电阻与负向加法放大器U13的输入端连接，所述负向加法放大器U13的输出端与反向器U14的输入端连接，所述反向器的输出端输出米样电压。
【文档编号】G01R21/06GK203433039SQ201320397978
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2013年7月5日
【发明者】郭胜岩, 高博 申请人:陕西开尔文测控技术有限公司