专利名称：数字隔离式高压直流功率放大模块及功率放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功率放大器，具体涉及一种数字隔离式高压直流功率放大模块；本实用新型还涉及采用该数字隔离式高压直流功率放大模块的功率放大器。
背景技术：
现有的应用于高精度的高压直流电路的功率放大器，其输出的电压信号的幅度小且受限制，输出功率小，而且其成本很高，不易采购使用。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种数字隔离式高压直流功率放大模块，可实现输入与输出电气隔离的高电压输出。本实用新型的另一个目的是提供一种数字隔离式高压直流功率放大器，实现串联数字隔离式高压直流功率放大模块后的更高电压输出。本实用技术的技术问题主要通过如下方案解决一种数字隔离式高压直流功率放大模块，其特征在于它包括用于将输入输出数字信号电气隔离的第一、第二数字隔离器， 用于将数字信号转换为模拟信号的第一、第二数模转换器，用于将电流信号转换为电压信号的第一、第二 I/V转换器，用于输出高压信号的高压运放，用于加大输出电流的MOS管；所述第一数模转换器具有第一参考电压输入端，所述第二数字隔离器、第二数模转换器、第二 I/V转换器、第一参考电压输入端依次相连，所述第一数字隔离器、第一数模转换器、第一 I/V转换器、高压运放、MOS管依次相连；输入数字信号分为两路分别输入所述第一数字隔离器和所述第二数字隔离器；由所述第二数字隔离器将输入数字信号隔离后进入第二数模转换器转换为模拟信号，再由所述第二 I/V转换器转换为可调的基准参考电压信号输出至第一参考电压输入端；由所述第一数字隔离器将输入数字信号隔离后进入第一数模转换器转换为模拟信号，再由所述第一 I/V转换器转换为电压信号进入高压运放放大为高压电压信号，最后进入MOS管加大高压电压信号的电流后输出。在上述基础上，本实用新型可作如下改进所述高压运放具有负反馈端，该负反馈端与所述数字隔离式高压直流功率放大模块的信号输出端相连。本实用新型所述第一、第二数字隔离器均采用ADUM1300型芯片。本实用新型所述第一、第二数模转换器均采用AD5545型芯片。本实用新型所述第一、第二 I/V转换器均采用0PA2277型芯片。本实用新型的另一个目的通过如下方案解决一种采用上述数字隔离式高压直流功率放大模块的功率放大器，它包括至少两个数字隔离式高压直流功率放大模块，各个数字隔离式高压直流功率放大模块的输出端之间串联连接。相对于现有技术本实用新型的有益效果[0014]1、采用的第一、第二隔离器可有效提高输出的分辨率，通过可调参考电压可提高输出的精度；输出功率大，成本低廉；2、采用串联数字隔离式高压直流功率放大模块的方法可达到输出高精度可调的更高电压，操作简易，稳定性好。
图1为本实用新型数字隔离式高压直流功率放大模块的原理示意图；图2为本实用新型数字隔离式高压直流功率放大模块高压直流输出部分的电路图；图3为本实用新型数字隔离式高压直流功率放大模块参考电压输出部分的电路图；图4为本实用新型数字隔离式高压直流功率放大器的原理示意图。具体实施方法
以下结合附图对本实用新型进一步描述如图1所示，本实用新型的数字隔离式高压直流功率放大模块包括高压直流输出部分和参考电压输出部分。高压直流输出部分包括用于将输入输出数字信号电气隔离的第一数字隔离器U1，用于增强信号的驱动能力的第一驱动器U2，用于将数字信号转换为模拟信号的第一数模转换器U3，用于将电流信号转换为电压信号的第一 I/V转换器U4，用于输出高压信号的高压运放U5，用于加大输出电流的MOS管U6 ；第一数字隔离器U1、第一驱动器U2、第一数模转换器U3、第一 I/V转换器U4、高压运放TO、M0S管U6依次连接；参考电压输出部分包括用于将输入输出数字信号电气隔离的第二数字隔离器U7，用于增强信号的驱动能力的第二驱动器U8，用于将数字信号转换为模拟信号的第二数模转换器U9，用于将电流信号转换为电压信号的第二 ΙΛ转换器UlO ；第二数字隔离器U7、第二驱动器U8、第二数模转换器U9、第二 I/V转换器UlO依次连接。其中，第一数模转换器具有第一参考电压输入端，参考电压输出部分是通过第二数字隔离器U7把数字信号输入部分与输出部分进行电气隔离，然后通过第二驱动器U8驱动第二数模转换器U7，第二数模转换器U7输出一个模拟电流信号通过第二 I/V转换器UlO 做I/V变换后输出一个可调的参考电压至第一数模转换模块U3的第一参考电压输入端，作为第一数模转换器U3的参考；高压直流输出部分是通过第一数字隔离器Ul也是隔离输入的数字信号后通过第一驱动器U2，进行驱动加强后再输入第一数模转换器U3，第一数模转换器U3输出的电流信号通过第一 I/V转换器TO进行I/V变换后成为高压运放TO的输入模拟信号Uin，输入高压运放U5进行比例放大后输出驱动MOS管TO，M0S管U6加大电流的输出后作为最终的功率信号输出。本数字隔离式高压直流功率放大模块的工作过程是由外部输入的输入数字信号分为两路分别输入所述第一数字隔离器和所述第二数字隔离器；由所述第二数字隔离器将输入数字信号隔离后进入第二数模转换器转换为模拟信号，再由所述第二 I/V转换器转换为可调的基准参考电压信号输出至第一参考电压输入端；由所述第一数字隔离器将输入数字信号隔离后进入第一数模转换器转换为模拟信号，再由所述第一 I/V转换器转换为电压信号进入高压运放放大为高压电压信号，最后进入MOS管加大高压电压信号的电流后输出。如图2a、图3a所示，第一、第二隔离器采用ADI公司的ADUM1300做为数字隔离的芯片，该隔离器功耗低，脉宽失真低(< 2ns)，隔离电压为2500V，传输速度为 lM/10M/90Mbps，传输延时32ns，其极高的电气性能保证了高速数字信号的传输无失真无延时；第一、第二驱动器采用74HCT573型芯片；如图2b、图北所示，第一、第二数模转换器采用16位的D/A芯片AD5545 ；数字隔离芯片ADUM1300的输出通过驱动芯片74HCT573驱动一个16位的D/A芯片AD5545，该芯片具有第二参考电压输入端，AD5545是ADI公司生产的一种高精密、双通道的16位DAC器件，该器件设计采用5V单电源供电，具有最高士 15V 的双极性输出能力。如图2c所示，为建立满量程的输出电流，第二数模转换器U9需要使用一个外部基准电压源，AD5545芯片的参考基准电压源用一片TI公司生产的高精度的参考芯片REF102来提供，图2c的最终输出REFlOV是作为参考电压输入第二数模转换器的第二参考电压输入端，如图2b所示，第二 I/V转换器采用了一片TI的高精度、低漂移的运放 0PA2277，图2b所示的最终输出REFUl是作为一个参考电压输入第一数模转换器的第一参考电压输入端。如图北所示，本实用新型的高压运放的输入端的输入模拟信号Uin同样采用与图 1同样的一个原理来实现，这样就保证了原理部分的简易操作性，高压直流输出部分中，第一数模转换模块的参考电压是通过参考电压的输出部分电路来调制的，这样就使得输入高压运放的输入端的模拟量的分辨率有了一倍的提高，也使高压直流输出部分的最终输出的电压信号是一个有更高精度、分辨率的功率信号。如图 3c所示，高压运放采用3583芯片，其具有负反馈输入端，数字隔离式高压直流功率放大模块的信号输出端Uout通过300K/0.01%高精度电阻R9、R10与负反馈输入端相连，该负反馈输入端还通过20K/0. 01 %高精度电阻R7连接至模拟地，高压运放芯片的3号脚通过可调电阻R8连接至高压运放芯片的4号脚，3号脚和4号脚均为偏置电压调整脚，可通过调节可调电阻R8来调节高压运放的输出零位，该高压运放TO的最终输出电流最大只能到75mA，负载能力比较小，因此在高压运放的输出端接入MOS管作为最终输出的方式来加大输出电流。本数字隔离式高压直流功率放大模块最终输出的电压信号幅度为Uout = (R8+R9)*Uin/R7。如图4所示，采用上述数字隔离式高压直流功率放大模块的功率放大器，它包括N 个数字隔离式高压直流功率放大模块，N = 1 +⑴，各个数字隔离式高压直流功率放大模块的输出端之间串联连接。本实用新型的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均可实现本实用新型目的。
权利要求1.一种数字隔离式高压直流功率放大模块，其特征在于它包括用于将输入输出数字信号电气隔离的第一、第二数字隔离器，用于将数字信号转换为模拟信号的第一、第二数模转换器，用于将电流信号转换为电压信号的第一、第二 I/V转换器，用于输出高压信号的高压运放，用于加大输出电流的MOS管；所述第一数模转换器具有第一参考电压输入端，所述第二数字隔离器、第二数模转换器、第二 I/V转换器、第一参考电压输入端依次相连，所述第一数字隔离器、第一数模转换器、第一 I/V转换器、高压运放、MOS管依次相连；输入数字信号分为两路分别输入所述第一数字隔离器和所述第二数字隔离器；由所述第二数字隔离器将输入数字信号隔离后进入第二数模转换器转换为模拟信号，再由所述第二 ΙΛ转换器转换为可调的基准参考电压信号输出至第一参考电压输入端；由所述第一数字隔离器将输入数字信号隔离后进入第一数模转换器转换为模拟信号，再由所述第一 I/V 转换器转换为电压信号进入高压运放放大为高压电压信号，最后进入MOS管加大高压电压信号的电流后输出。
2.根据权利要求1所述的数字隔离式高压直流功率放大模块，其特征在于所述高压运放具有负反馈端，该负反馈端与所述数字隔离式高压直流功率放大模块的信号输出端相连。
3.根据权利要求1或2所述的数字隔离式高压直流功率放大模块，其特征在于所述第一、第二数字隔离器均采用ADUM1300型芯片。
4.根据权利要求1或2所述的数字隔离式高压直流功率放大模块，其特征在于所述第一、第二数模转换器均采用AD5545型芯片。
5.根据权利要求1或2所述的数字隔离式高压直流功率放大模块，其特征在于所述第一、第二 I/V转换器均采用0PA2277型芯片。
6.一种采用上述数字隔离式高压直流功率放大模块的功率放大器，其特征在于它包括至少两个数字隔离式高压直流功率放大模块，各个数字隔离式高压直流功率放大模块的输出端之间串联连接。
专利摘要本实用新型涉及数字隔离式高压直流功率放大模块及放大器，包括用于将输入输出数字信号电气隔离的第一、第二数字隔离器，用于将数字信号转换为模拟信号的第一、第二数模转换器，用于将电流信号转换为电压信号的第一、第二I/V转换器，用于输出高压信号的高压运放，用于加大输出电流的MOS管；第一数模转换器具有第一参考电压输入端，第二数字隔离器、第二数模转换器、第二I/V转换器、第一参考电压输入端依次相连，第一数字隔离器、第一数模转换器、第一I/V转换器、高压运放、MOS管依次相连；多个数字隔离式高压直流功率放大模块的输出端串联构成功率放大器。本实用新型负载能力强，可实现输入与输出电气隔离的高电压输出。
文档编号H03F3/20GK202309628SQ20112037916
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者罗敏, 赵伟, 陈刚, 陈锐民, 黄建钟 申请人:广东电网公司电力科学研究院