专利名称：电动振动台功率输出电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于力学环境试验设备中的电动振动台技术领域，具体涉及电 动振动台中用于驱动动圏的功率输出电路。这种电路在效率和性能方面有很大 提高，可以高效、可靠的推动电动振动台。
背景技术：
电动振动台是一种振动力学环境模拟试验设备，在国防、航天、航空、通 讯、电子、汽车、家电等行业中得到广泛使用，其中，功率放大器是电动振动 台的核心，其设计的优劣直接影响电动振动台的性能和功能。
功率放大器的作用是将信号源提供的信号不失真的放大到足够的电压和电 流输入到动圈，与励磁线圈提供的恒定磁场相互作用产生振动。如今的电动振 动台，尤其是大推力电动振动台已摒弃了低效率的线性功率放大器，而采用高 效率的开关式功率放大器进行工作。
开关功率放大器一般由驱动电路、开关功率放大电路、保护电路、电源滤 波电路、滤波还原电路、噪音抑制电路、信号输入/出接口、功率输入/出接口 以及散热冷却装置组合而成。其中，开关功率放大电路和滤波还原电路组成功
率输出电路直接驱动动圈。开关功率放大电路由晶体管或IGBT作为功率输出 元件输出大功率的数字输出信号。滤波还原电路的作用是将大功率的数字输出 信号还原成模拟信号，并通过功率输入/出接口输出到动圈。
由于振动试验中，开关功率放大器需要提供足够大的电压和电流(可达 4000A以上)输出，且要失真小、效率和信噪比高、可靠性好。晶体管和普通 IGBT作为输出器件的功率放大器调制频率不能做得很高，通常小于30kHz， 使得功率放大器效率低、体积大、可靠性差且系统噪声大。
因此如何提高功率输出电路调制频率，以改进现有开关功率放大器工作效 果，便成为本实用新型着重研究的问题。 发明内容
本实用新型提供一种电动振动台功率输出电路，其目的是要解决现有功率 输出电路由于调制频率不能做得很高所带来的功率放大器效率低、体积大、可 靠性差且系统噪声大等问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是 一种电动振动台功率输 出电路，由开关功率放大电路和滤波还原电路组成，其创新在于开关功率放
大电路由四组TMOS场效应管连接成桥式输出电路，每组TMOS场效应管由 至少两个TMOS场效应管并联构成桥式输出电路的一个桥臂，其中，第一桥 臂至第四桥臂所对应TMOS场效应管的栅极端分别作为输入端接对应的脉冲 宽度调制信号，第一桥臂和第三桥臂所对应TMOS场效应管的漏极端分别接 电源正极，第二桥臂和第四桥臂所对应TMOS场效应管的源极端分别接电源 负极，第一桥臂所对应TMOS场效应管的源极端与第二桥臂所对应TMOS场 效应管的漏极端连接后作为第一连接点，第三桥臂所对应TMOS场效应管的 源极端与第四桥臂所对应TMOS场效应管的漏极端连接后作为第二连接点； 所述滤波还原电路由一个电容和两个铁基非晶合金磁芯的滤波电感组成，所述 第一连接点接一个滤波电感后作为第一输出端，第二连接点接另一个滤波电感 后作为第二输出端，电容跨接在第 一 输出端与第二输出端之间。 上述技术方案中的有关内容解释如下
1、 上述方案中，桥式输出电路采用PWM (脉冲宽度调制)方式对输入信 号进行调制，由TMOS场效应管作为功率输出元件组成桥式电^各输出。功率 器件始终工作在开和关两种状态，开关频率达100kHz以上，功率TMOS场效 应管(TMOSFET)具有高开关速度使得器件在高频下有效的工作，提高了开 关功率放大电路的工作频率。
2、 本实用新型功率输出电路是电动振动台功率放大器中的功率输出单元。 见图l所示，功率放大器还包含有台体励磁电路，冷却风机电源，水平台油泵 电源，并进行一些电气控制，还具有多种保护和联动信号互锁等。
本实用新型工作原理是桥式输出电路采用脉冲宽度调制(PWM)方式对 输入波形进行调制，TMOS场效应管作为功率输出元件始终工作在开和关两种 状态，将输入信号经数字放大后，获得足够的电流和电压，然后通过滤波电路 还原成原信号来推动动圏工作。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点
1、 本实用新型是应用于电动振动台开关功率放大器中的功率输出电路，该 电^各利用TMOS场效应管作为功率输出元件，采用桥式输出电-各构成开关功 率放大电路并联输出，并利用两个铁基非晶合金磁芯的滤波电感和一个电容组 成滤波还原电路。因此其匹配的振动试验系统具有效率高(达96%以上)、噪 声小、波形失真小、系统动态范围宽和可靠性高的特点，推动了我国振动行业 的发展。
2、 本实用新型选用TMOS场效应管作为功率器件，开关频率达100kHz
以上，使得系统的可靠性大幅提高。TMOS场效应管是电压驱动器件，简化了 驱动电路，使产品更加可靠。另外，增加输出功率可以釆用并联模块方法，随 输出功率的增加，并联增加输出功率模块即可，因此可以制作成方便组合的模
大电路。
3、本实用新型滤波元件采用由铁基非晶合金材料制作的电感器构造滤波线 路。铁基非晶材料具有高饱和磁感应强度、高导磁率、低损耗、低激磁电流和 良好的温度稳定性，因此使得滤波还原电路还原波形好，损耗低，体积小，具 有铁氧体材料制作的滤波器所不具备的优点。
附图1为本实用新型电动振动台功率放大器原理框附图2为本实用新型功率输出电路等效原理附图3为本实用新型桥式输出电路中的第一桥臂和第二桥臂电路图。
以上附图中1、第一连接点；2、第二连接点；3、第一输出端；4、第二 输出端；5、第一桥臂；6、第二桥臂；7、第三桥臂；8、第四桥臂；TR1 TR10 分别表示TMOS场效应管；D1 D20分别表示二极管；R1 R10分别表示电阻； ZD1 ZD10分别表示稳压二极管；FU1 FU10分别表示熔断器；L表示滤波电 感；C表示电容；E表示电源正极；-E表示电源负极。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述
实施例 一种电动振动台功率输出电路
图1为电动振动台功率放大器原理框图，图右上方的虚线框表示的是电动 振动台功率输出电路。该功率输出电路由开关功率放大电路和滤波还原电路组 成。
图2为功率输出电路等效原理图，图中负载表示动圈，左侧和右侧的图形 表示对应各桥臂的驱动时序波形。从图中可以看出，第一桥臂5与第四桥臂8 的时序波形相同，第二桥臂6与第三桥臂7的时序波形相同。而第一桥臂5 与第二桥臂6的时序波形相反。因此，当第一桥臂5和第四桥臂8同时导通时， 第二桥臂6和第三桥臂7同时关断，电流沿图中虚线之一指示方向流动，即E —第一桥臂5 —L—负载(动圈)—L —第四桥臂8 —-E。相反，当第二桥臂6 和第三桥臂7同时导通时，第一桥臂5和第四桥臂8同时关断，电流沿图中虚 线之二指示方向流动，即E—第三桥臂7 — L—负载(动圈)—L—第二桥臂6
—-E。
图3为桥式输出电路中的第一桥臂和第二桥臂电路图，而第三桥臂和第四 桥臂以第一桥臂和第二桥臂电路为对称(未给出图)。
从图1 图3中可以看出，开关功率放大电路由四组TMOS场效应管连接成 桥式输出电路(见图2),每组TMOS场效应管由至少五个TMOS场效应管并 联构成桥式输出电路的一个桥臂，其中，第一桥臂5至第四桥臂8所对应TMOS 场效应管的栅极端G分别作为输入端接对应的脉冲宽度调制信号，第一桥臂5 和第三桥臂7所对应TMOS场效应管的漏极端D分别接电源正极E,第二桥 臂6和第四桥臂8所对应TMOS场效应管的源极端S分别接电源负极-E,第 一桥臂5所对应TMOS场效应管的源极端S与第二桥臂6所对应TMOS场效 应管的漏极端D连接后作为第一连接点1 (见图2和图3),第三桥臂7所对 应TMOS场效应管的源极端S与第四桥臂8所对应TMOS场效应管的漏极端 D连接后作为第二连接点2 (见图2)。所述滤波还原电路由一个电容C和两 个铁基非晶合金磁芯的滤波电感L组成，所述第一连接点1接一个滤波电感L 后作为第一输出端3 (见图2),第二连接点2接另一个滤波电感L后作为第 二输出端4，电容C^争接在第一输出端3与第二输出端4之间。
如图3所示，第一桥臂5中，电源正极E分别经熔断器FU1 FU5对应连 接TMOS场效应管TR1 TR5的漏极端D， TMOS场效应管TR1 TR5的源极 端S经对应的二极管D6 D10接第一连接点1， TMOS场效应管TR1 TR5的 栅极端G经对应的电阻R1 R5接第一桥臂5的输入端。第二桥臂6中，第一 连接点1分别经熔断器FU6 FU10对应连接TMOS场效应管TR6 TR10的漏 极端D, TMOS场效应管TR6 TR10的源极端S经对应的二极管D16 D20接 电源负极-E， TMOS场效应管TR6 TR10的栅极端G经对应的电阻R6 R10 接第二桥臂6的输入端。其它电子元器件的连接关系不再一一描述，具体可见 图3所示。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此 项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用 新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵 盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种电动振动台功率输出电路，由开关功率放大电路和滤波还原电路组成，其特征在于:开关功率放大电路由四组TMOS场效应管连接成桥式输出电路，每组TMOS场效应管由至少两个TMOS场效应管并联构成桥式输出电路的一个桥臂，其中，第一桥臂(5)至第四桥臂(8)所对应TMOS场效应管的栅极端(G)分别作为输入端接对应的脉冲宽度调制信号，第一桥臂(5)和第三桥臂(7)所对应TMOS场效应管的漏极端(D)分别接电源正极(E)，第二桥臂(6)和第四桥臂(8)所对应TMOS场效应管的源极端(S)分别接电源负极(-E)，第一桥臂(5)所对应TMOS场效应管的源极端(S)与第二桥臂(6)所对应TMOS场效应管的漏极端(D)连接后作为第一连接点(1)，第三桥臂(7)所对应TMOS场效应管的源极端(S)与第四桥臂(8)所对应TMOS场效应管的漏极端(D)连接后作为第二连接点(2)；所述滤波还原电路由一个电容(C)和两个铁基非晶合金磁芯的滤波电感(L)组成，所述第一连接点(1)接一个滤波电感(L)后作为第一输出端(3)，第二连接点(2)接另一个滤波电感(L)后作为第二输出端(4)，电容(C)跨接在第一输出端(3)与第二输出端(4)之间。
专利摘要一种电动振动台功率输出电路，属于力学环境试验设备中的电动振动台技术领域，涉及功率放大器中的动圈驱动电路。这种电路利用TMOS场效应管作为功率元件，采用桥式输出电路构成开关功率放大电路，并利用两个铁基非晶合金磁芯的滤波电感和一个电容组成滤波还原电路。因此其匹配的振动试验系统具有效率高、噪声小、波形失真小、系统动态范围宽和可靠性高的特点，推动了我国振动行业的发展。
文档编号H03F3/20GK201203506SQ20082003705
公开日2009年3月4日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者徐付新, 武元桢 申请人:苏州试验仪器总厂