高频谐波电流发生装置的制作方法

本发明涉及电路稳定性分析及阻抗扫描技术领域，特别涉及一种高频谐波电流发生装置。

背景技术：

在电路分析中，电路的阻抗特性是分析电路性能的重要参数。在含有电力电子变换器的直流电路或交流电路中，电路的结构日趋复杂，采用基于阻抗参数的相关判据，可以准确、方便的对系统的稳定性、谐波特性等进行分析。因此，对于含有电力电子变换器的电路，如何对系统进行阻抗扫描，获取相关的阻抗参数是研究的热点。

通过对系统中注入一个可控的谐波电流，同时测量出对应的响应电压，进而测量出系统的阻抗频谱，是目前常用的阻抗测量方法。采用这种方法的前提是对系统注入一个谐波电流。

目前对系统注入谐波电流的方法有以下几种：

（1）投切电容器法、晶闸管支路投切法。投切电容器法节省投资，但这种方法产生的谐波不可控，可能导致部分谐波电流缺失，而且幅值过小，高频成分衰减很大；晶闸管支路投切法可以控制注入谐波电流的大小，但不能准确控制注入系统的谐波频率，信号高频部分缺失；上述的两种方法都不能准确测量微型电网的谐波阻抗。

（2）采用频谱分析仪的方法。频谱分析仪通过产生一系列的正弦波，注入目标系统中，进而对系统的阻抗进行扫描。但频谱分析仪大多适用于无源系统的阻抗扫描，对于电压等级较高的交、直流系统，往往难以控制发出电流的波形，也难以达到需要的功率。

（3）采用专门的谐波电流注入装置。现有的谐波电流注入装置，为了控制输出电流的相位，往往在信号发生源模块中采用高性能的数字芯片，实现锁相算法，即通过跟踪目标系统中电压的相位，来控制输出电流的相位。这种装置虽然可以得到功率足够大且相位可控的谐波电流，但由于数字芯片的计算能力，很难产生高于1000 Hz的谐波信号，进而限制谐波电流发生装置能够产生谐波电流的频率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高频谐波电流发生装置，可以对含有电力电子变换器的交流、直流电路注入高频的谐波电流，此处的高频谐波电流指的是1～10MHz的谐波电流。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种高频谐波电流发生装置，包括信号源电路、运算放大电路、电流放大电路、调相电路及电源电路；

所述电源电路为所述信号源电路提供电能；

所述信号源电路，用于产生谐波电流信号，产生的谐波电流信号输出至所述运算放大电路；

所述运算放大电路，用于对信号源电路产生的谐波电流信号进行加减运算及电压幅值放大，输出幅值可调的谐波电流信号给所述电流放大电路；

所述电流放大电路，用于对运算放大电路输出的谐波电流信号的电流进行放大，电流放大后的谐波电流信号输出至所述调相电路；

所述调相电路，用于调节电流放大电路输出的谐波电流信号的相位。

根据本发明实施例，所述信号源电路包括MAX038芯片，所述MAX038芯片的COSC引脚连接有电容，所述MAX038芯片的IIN引脚连接有第一电阻电路，通过调节所述电容及所述第一电阻电路中电阻的大小对产生的谐波电流信号的频率进行一次调节。基于MAX038实现信号源电路，可以产生高频的谐波电流信号。

进一步地，所述MAX038芯片的FADJ引脚连接有第二电阻电路，通过调节所述第二电阻电路中电阻的大小对产生的谐波电流信号的频率进行二次调节。对输出的谐波电流信号进行二次调节，进一步提高输出信号的频率精度，对输出信号的频率做更精准的控制。

根据本发明实施例，所述信号源电路产生的谐波电流信号包括正弦波信号、方波信号、三角波信号，所述MAX038芯片连接有波形切换电路，用于切换输出的谐波电流信号的变形。产生的谐波电流信号的波形为多种，可以适应于更多的应用场景。

较佳地，所述MAX038芯片的DADJ引脚连接有第三电阻电路，通过调节所述第三电阻电路中电阻的大小，调节输出的谐波电流信号的占空比。产生的谐波电流信号的占空比与频率独立控制，低失真度，低温度漂移。

根据本发明实施例，所述信号源电路产生的谐波电流信号的频带为1～10MHz。产生的谐波电流信号的频带为1～10MHz，频带宽，可以满足更多的应用需求。

根据本发明实施例，所述电流放大电路为频带功率放大管MJE1503组成的甲乙类互补对称功率放大电路。采用该电路进行电流放大，带宽为10 MHz，谐波失真小于0.01，信噪比大于95dB，失真度小。

根据本发明实施例，所述调相电路包括可调电感与可调电容，所述可调电感与所可调电容串联。通过改变电感值或者电容值来实现谐波电流信号的相位调节，实现方式简单。

根据本发明实施例，所述调相电路输出的谐波电流信号注入至含电力电子变换器的交流电路或直流电路。

本发明提供的高频谐波电流发生装置，通过信号源电路、运算放大电路、电流放大电路及调相电路的配合作用，可以产生1～10MHz的谐波电流信号，可对含有电力电子变换器的直流电路或交流电路注入高频的谐波电流，且电流的幅值及相位可控，从而提高阻抗扫描的频带与精度。另外，本发明装置电路简单可靠，频带宽，精度高，造价低，适用于电路阻抗扫描、性能分析等工程应用场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的高频谐波电流发生装置的结构示意框图。

图2为实施例中信号源电路的结构框图。

图3为本实施例中高频谐波电流发生装置产生的频率为50Hz的正弦波电流信号与方波电流信号。

图4为本实施例中高频谐波电流发生装置产生的频率为20 kHz的两路正弦波电流信号。

主要元件符号说明

高频谐波电流发生装置10；电源电路100；信号源电路200；运算放大电路300；电流放大电路400；调相电路500。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本实施例中提供的高频谐波电流发生装置10的组成结构，请参阅图1，本实施例提供的高频谐波电流发生装置10，包括信号源电路200、运算放大电路300、电流放大电路400、调相电路500、电源电路100。

本实施例中，电源电路100采用开关电源对信号源电路200进行供电。

本实施例中，信号源电路200基于MAX038信号发生模块实现，信号源电路200的结构框图如图2所示。MAX038的COSC引脚连接有电容，IIN引脚连接有第一电阻电路，通过该第一电阻电路提供第一输入电流；FADJ引脚连接有第二电阻电路，通过该第二电阻电路提供第二输入电流；DADJ引脚连接有第三电阻电路，通过该第一电阻电路提供第三输入电流；MAX038中振荡频率由COSC引脚连接的电容和IIN引脚的输入电流决定，即两个引脚共同决定了信号源电路输出信号的频段，调节电容和第一电阻电路中电阻的大小调节输出信号频率；通过控制FADJ引脚的第二输入电流，即调节第二电阻电路中电阻的大小，可以对输出信号的频率做更精确的控制与调节；通过对DADJ引脚提供的第三输入电流的控制，即调节第三电阻电路中电阻的大小，可以对输出信号的占空比进行控制；MAX038芯片还连接有波形切换电路，通过波形切换电路信号的控制，可以对输出信号的波形进行切换。因此，采用基于MAX038的信号发生模块，可以产生高频的正弦波、方波、三角波，频带范围为1 Hz至10MHz。 信号源电路的输出信号即为谐波电流信号，由于输出信号的频率由电容电路和第一电阻电路决定,输出信号的占空比由第三电阻电路调节，因此产生的谐波电流信号的占空比与频率分别为独立控制，低失真度，低温度漂移。信号源电路200产生的谐波电流信号输出给后级的运算放大电路300。

本实施例中，运算放大电路300基于集成运放LM324实现，集成加法运算电路、减法运算电路及同相比例放大电路，实现对谐波电流信号的加法、减法、放大运算。通过对运算放大电路300中可调电位器的调节，可方便地调节运算放大电路300的放大倍数，从而对信号源电路200产生的谐波电流信号的电压进行放大，并可以随应用场合不同，方便地调整其电压幅值。

本实施例中，电流放大电路400采用频带功率放大管MJE1503组成的甲乙类互补对称功率放大电路，设计功率为1 kW，电路中电阻元件采用阻值误差在1%以内的高精度电阻，噪声小，高频性能好。因此，电流放大电路400对运算放大电路300输出的谐波电流信号的电流进行放大，电路带宽为10 MHz，谐波失真小于0.01，信噪比大于95dB，失真度小。

本实施例中，调相电路500可采用可调电阻、可调电感、可调电容串联，可调电阻用来限制谐波电流信号的幅值大小，而通过调节可调电感的电感量及可调电容的电容量，可以方便地调节谐波电流信号的相位，即实现谐波电流的相位可控。

本实施例提供的高频谐波电流发生装置10，应用于含电力电子变换器的交流电路或直流电路时，调相电路500的输出端连接于的电路端口，调相电路500输出的高频谐波电流注入含电力电子变换器的交流电路或直流电路中。

本实施例提供的高频谐波电流发生装置10，采用可调电感与可调电容对信号源电路200产生的谐波电流信号的相位进行控制，即实现相位调节功能，从而信号源部分不需要进行锁相等复杂的数字运算，采用一般的信号发生模块便可以产生高频的谐波电流信号，与传统的谐波电流发生装置相比，不仅提高了谐波电流的频带，还降低了高频谐波电流发生装置的成本。

请参阅图3~图4，为本实施例中所述高频谐波电流发生装置10产生的谐波电流信号的波形图；从波形中可以看出，本实施例中所述高频谐波电流发生装置10可产生高频的正弦波、方波等谐波电流，且谐波电流的幅值、频率、相位均可控制，从而提高了阻抗扫描的频带及精度。传统PWM调制系统，产生的谐波电流信号频率低（小于1kHz，主要是由于开关频率的限制所造成的），产生的波形不容易控制。传统采用数字芯片进行锁相，进而对谐波电流相位进行控制的谐波电流发生电路，受到数字芯片计算速度的影响，注入的谐波电流的频率也很难超过1kHz。相比于现有技术，本实施例提供的高频谐波电流发生装置10产生的谐波电流信号，控制方式简单可靠，频带宽、精度高，造价低，适用于电路阻抗扫描等工程实用场合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。