一种高效率磁调谐器件驱动电路的制作方法

本实用新型涉及一种磁调谐驱动电路，尤其涉及一种高效率磁调谐器件驱动电路。

背景技术：

磁调谐器件工作时需要提供高精度、可调谐的恒定磁场，目前常用实现方法为通过驱动器提供恒定电流实现恒定磁场，一般采用如本实用新型图1所示的单级线性恒流电路构成驱动器，该电路通过电流取样电路获得通过磁调谐器件绕组的电流值，然后与设定电压进行比较，通过V/I放大电路控制达林顿管的导通电阻，从而改变施加于磁调谐器件绕组上的电流，在磁调谐器件内部获得可调谐的恒定磁场，该电路可以获得性能优良的恒定磁场。

另一种改进思路是单级开关恒流电路，其原理如本实用新型图2，该电路通过采样，反馈的方式实现，但采用DC/DC变换电路实现恒流，即电流取样后反馈至DC/DC电路的设定端，通过改变DC/DC电压输出实现磁调谐，采用PWM模式的DC/DC大幅提升了系统效率。

但单级线性恒流的问题在于：

1、工作电压范围窄，效率低。

由于输入输出电流相等，因此其驱动效率η为：

其中，V_d为磁调谐器件工作电压，V_i为输入电压。

从该式可知，驱动效率随着输入电压的升高而急剧降低，而磁调谐器件的驱动器一般和系统配用，一般由用户提供12V/24V总线电压，如果要提高效率，则需要用户提供特定的电压。

2、达林顿管压降过大

达林顿管饱和电压约2V，大量的功率消耗在达林顿管上，因此需要选择大体积的器件，并采取足够的散热措施，即便这样，达林顿管的温升依然很高。

以ZJS00806J7型数控YIG带通滤波器为例，其最大工作频率为6GHz，所需最大驱动电流为460mA，此时工作电压为4.8V，当用户提供输入电压为9V时，驱动效率为53％，其中有约2W的功率以热能的形式浪费掉，该热量导致系统温度升高，降低了系统可靠性。当用户采用12V或24V总线电压驱动时，则效率更低，温升更高。

单级开关恒流电路可以实现高转换效率，但其输出所包含的开关纹波电压会耦合至磁调谐器件，从而影响微波性能。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于提供一种解决上述问题，可以适应宽输入电压范围，适用于驱动多路磁调谐器件,可大幅提高驱动效率，降低系统功耗和产品温升，提高产品可靠性，同时具备高性能和低干扰的优点的一种高效率磁调谐器件驱动电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种高效率磁调谐器件驱动电路，包括输入电压电路、磁调谐器件，还包括DC/DC变换器和压控线性恒流源电路；

所述压控线性恒流源电路包括电流取样电路、功率管、设定电压电路、误差放大电路，

所述输入电压电路经DC/DC变换器、电流取样电路、功率管后接磁调谐器件，使磁调谐器件内部产生恒定磁场，

所述电流取样电路的输出端与设定电压电路同时接入到误差放大电路中；

所述误差放大电路的输出端连接功率管的控制端；用于放大设定电压与电压放大电路输出电压的差值，并将差值电压送入功率管的控制端，控制其输出电流的大小。

作为优选：所述输入电压电路和DC/DC变化器间还设有滤波电路，所述功率管为mosfet或晶体管。

作为优选：所述滤波电路为PI型滤波电路，所述DC/DC变化器为BUCK变换型DC/DC或Boost变换型DC/DC，所述电流取样电路为高精度高稳定性无感电阻或电阻放大器组合，所述误差放大电路为加法器电路或误差比较电路。

本实用新型中，所述滤波电路用于对输入电压进行滤波,并滤除DC/DC对输入的干扰；

所述DC/DC变换器用于将滤波后的输入电压转换为合适的中间值电压；

所述压控线性恒流源电路用于提供恒定电流,从而在磁调谐器件内部产生所需恒定磁场同时消除前级DC/DC产生的开关纹波电压；

所述磁调谐器件内部磁场强度随电流变化；

由于所述压控线性恒流源电路包括电流取样电路、功率管、设定电压电路、误差放大电路，其中：

所述电流取样电路用于检测电流获得磁调谐器件的磁场强度，并将电流转换为电压；在这里，电流取样电路可以通过一个大电阻实现，也可以通过小电阻两端并联一电压放大电路实现；

所述功率管受误差电压的控制实现恒流输出；

所述误差放大电路用于放大设定电压与电流采样电路输出电压的差值；

所述设定电压电路用于产生设定电压，我们通过改变设定电压电路的电压输入值，可以改变误差放大电路的输出电压，从而改变压控线性恒流源电路输出电流的大小，最终改变磁场强度。

磁调谐器件是以磁性材料为谐振元件，通过磁场进行调谐的器件，器件可以是振荡器或滤波器，谐振元件材料可以是单晶或多晶，形状可以是球形、块状或膜片形。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：提供了一种新思路的高效率驱动电路驱动磁调谐器件，核心在于采用DC/DC变换器和压控线性恒流源电路结合的方式实现驱动,综合了DC/DC的高效率和线性恒流源的低干扰，因此在提高效率的同时对性能没有影响，且本实用新型为单反馈环路,前级DC/DC不影响后级线性恒流源，还可以实现多路驱动。具有：

1、可以适应宽输入电压范围，由于前级DC/DC的调整作用,输入电压可以在很宽的范围内变动,而整体效率没有太大变化。

2、可以大幅提高驱动效，降低系统功耗，降低产品温升，提高产品可靠性。

3、同时具备高性能和低干扰的优点，前级DC/DC具有很高的效率,后级线性恒流源具有很高的恒流性能,同时可以消除前级DC/DC产生的开关纹波电压对于磁调谐器件的影响。

4、安装灵活，可适用于各种电流等级。采用分离器件实现线性恒流源,可以在适合散热的位置安装,从而可以满足各种电流等级要求。

所以本实用新型应用于磁调谐器件，具有输入范围宽，效率高，同时可具有大电流的特点。该驱动电路可解决现有磁调谐器件驱动效率低的问题，具有很强的实用价值。

附图说明

图1为现有技术中的单级线性恒流电路；

图2为现有技术中的单级开关恒流电路；

图3为本实用新型的电路原理图；

图4为本实用新型实施例2的电路图。

图5为实施例1与现有技术的方法在不同输入电压下的效率对比图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：参见图1到图3，一种高效率磁调谐器件驱动电路，包括输入电压电路、磁调谐器件，还包括DC/DC变换器和压控线性恒流源电路；

所述压控线性恒流源电路包括电流取样电路、功率管、设定电压电路、误差放大电路，

所述输入电压电路经DC/DC变换器、电流取样电路、功率管后接磁调谐器件，使磁调谐器件内部产生恒定磁场，

所述电流取样电路的输出端与设定电压电路同时接入到误差放大电路中；

所述误差放大电路的输出端连接功率管的控制端；用于放大设定电压与电压放大电路输出电压的差值，并将差值电压送入功率管的控制端，控制其输出电流的大小。

本实施例中，所述输入电压电路和DC/DC变化器间还设有滤波电路，所述滤波电路为PI型滤波电路，所述功率管为mosfet或晶体管，所述DC/DC变化器为BUCK变换型DC/DC或Boost变换型DC/DC，所述电流取样电路为高精度高稳定性无感电阻或电阻放大器组合，所述误差放大电路为加法器电路或误差比较电路。本实施例中，若功率管为mosfet，控制端为栅极，若功率管为晶体管，控制管则为基极。

当然，各模块不仅限于本实施例中所述的形式。

实用新型中，首先，输入电压经滤波电路滤波，DC/DC变换器转换为合适的中间值电压，经过电流取样电路后，提供给功率管，由其产生恒流来使磁调谐器件产生磁场，通过改变设定电压，能改变误差放大电路的输出，从而改变功率管输出的恒流大小，从而改变磁场。

本实用新型能减小系统功耗，提高驱动效率。

设η为驱动器总体效率，V_d为磁调谐器件工作电压，V_o为DC/DC的输出电压，η_d为DC/DC的转换效率,一般为90％～97％，则采用本方案的总体效率为:

采用所述驱动电路比单级线性恒流电路节约的功率P为：

其中，V_i为输入电压,I_d为磁调谐器件工作电流。

假设输入为9-24V,DC/DC转换效率为90％,磁调谐器件ZLT00806J7型数控YIG带通滤波器,其工作于最高频率时所需磁场强度为2140Gs,对应所需电压为5V,V_o设置为6V,则本实用新型实施例和现有技术的方法在不同输入电压下的效率对比见图5,从图可见,在宽输入范围内,采用本实用新型方案驱动效率得到大幅度提升。

实施例2：参见图4，为了更进一步的说明本实用新型的方案，参见图4，根据本实用新型思路，设计了一种具体的电路。

图中，所述输入电压范围为7～36VDC，

L2、C4、C5构成了PI型滤波电路；

U6、C2、L1、C3、R7，R9构成BUCK变换型DC/DC，其中R7，R9设置该DC/DC的输出电压，其中U6采用LT8609，但不排除其它DC/DC控制芯片；

R1,Q1,U2,R4,C1,R3,R5,U3,U4,R2构成了可以数字控制的压控恒流源，其中：

R1和U2构成电流取样电路，R1为取样电阻，通过检测电流获得磁调谐器件的磁场强度，并将电流转换为电压，U2为高性能电流检测放大器,型号为AD8418,用于放大取样电压,通过这种小取样电阻和放大电路的组合,可降低取样电阻功耗,从而提高整体驱动电路效率。

Q1为高性能N_MOSFET功率管IRF120N，其受误差电压的控制实现恒流输出；

U3为高精度DAC,型号为MAX5541,通过SPI控制改变设定电压；

U4A及周边电容电阻构成了误差放大电路,该电路通过放大设定电压和电流采样电压的差值产生误差电压,该误差电压作用于Q1的栅极，改变Q1的导通电阻实现恒流输出。

U1为磁调谐器件，为ZLT00806J7型数控YIG带通滤波器。

R6，Q2，U7，R8，C6，R10，R11，R12，U4B，U8，U5也构成了一个可以数字控制的压控恒流源，其功能和上述可以数字控制的压控恒流源相同，不再赘述。

输入电压经PI型滤波电路滤波，经DC/DC变换器转换成合适的中间值电压，再由R1取样，最终经MOSFET功率管后送入磁调谐器件中，产生恒定的磁场，R1采样后，经电压放大，再与设定电压电路U5和U4B一起送入误差放大电路中，通过改变设定电压的电压值，可以改变误差电压，从而达到改变YIG工作频率的目的。

当然，本实施例仅为本实用新型的一种方式，其余电路能符合本实用新型思路，均在本实用新型保护范围内。