一种具有高压输出能力的电压放大电路的制作方法

1.本实用新型涉及放大电路领域，更具体涉及一种具有高压输出能力的电压放大电路。


背景技术：

2.电力系统新建、扩建、检修、运维以及故障诊断等时常会使用到电压放大电路来模拟电压互感器的二次电压。传统的电压放大器，特别是用于继电保护测试的电压放大器，根据国标《继电保护微机型试验装置技术条件》要求以及各生产厂家实际产品，以模拟电路实现最大120v均方根输出电压居多，但随着时间的推移，电力系统测试对具有高压输出的电压放大器提出了需求，开关类型的电压放大器可以做到高电压输出，但在输出低电压时其精度和谐波含量难以满足电力系统测试对电压放大器的要求，另一方面，受限于金属氧化物场效应管特别是p型管的漏源极之间的耐压，现有的基于模拟电路的电压放大电路输出能力做不大，因此基于模拟电路实现具有高压输出的电压放大器成为了一个需要解决的课题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种具有高压输出能力的电压放大电路，本实用新型采用模拟电路设计，具有高达250v均方根的高电压输出能力，能够满足电力系统对电压放大器提出的新的性能需求。
4.本实用新型的上述目的通过以下技术实现：
5.一种具有高压输出能力的电压放大电路，包括高压运算放大器，第二n沟道场效应管的栅极、第二n沟道场效应管的漏极、第一n沟道场效应管的栅极以及第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端和第一n沟道场效应管的漏极均与高压直流电源一端连接，
6.第二n沟道场效应管的源极与第二电阻的一端连接，
7.第四n沟道场效应管的栅极、第四n沟道场效应管的漏极、第三n沟道场效应管的栅极以及第二电阻的另一端连接，
8.第四n沟道场效应管的源极与第七电阻的一端连接，
9.第三n沟道场效应管的源极与高压运算放大器的正电源连接端连接，
10.第八电阻一端与第四p沟道场效应管的源极连接，
11.第四p沟道场效应管的栅极、第四p沟道场效应管的漏极、第十一电阻一端、以及第三p沟道场效应管的栅极连接，
12.第三p沟道场效应管的源极与高压运算放大器的负电源连接端连接，
13.第三p沟道场效应管的漏极与第一p沟道场效应管的源极连接，
14.第十一电阻的另一端与第二p沟道场效应管的源极连接，
15.第二p沟道场效应管的栅极、第二p沟道场效应管的漏极、第一p沟道场效应管的栅极、以及第十二电阻一端连接，
16.第十二电阻另一端和第一p沟道场效应管的漏极均与高压直流电源另一端连接，
17.第七电阻的另一端和第八电阻的另一端均与高压运算放大器的输出端连接，
18.第三电阻一端与输入电压连接，第三电阻另一端与高压运算放大器的同相输入端连接，第四电阻一端与高压运算放大器的同相输入端连接，第四电阻另一端与高压运算放大器的输出端连接，
19.第五电阻一端与模拟电气地连接，第五电阻另一端与高压运算放大器的反相输入端连接，第六电阻一端与高压运算放大器的反相输入端连接，第六电阻另一端与高压运算放大器的输出端连接。
20.本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：
21.本实用新型通过将金属氧化物场效应管（n1、n2、n3、n4、p1、p2、p3、p4）进行串联来提高器件等效的沟道长度，突破单管的耐压限制，采用高压运算放大器以及金属氧化物场效应管和外围电阻基于负反馈原理实现的高压运算放大器具有高达250v均方根的高电压输出能力，可以较好的满足电力系统测试的需要。
附图说明
22.图1为本实用新型的原理示意图。
具体实施方式
23.为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
24.如图1所示，一种具有高压输出能力的电压放大电路，包括高压运算放大器u1、第一n沟道场效应管n1、第二n沟道场效应管n2、第三n沟道场效应管n3、第四n沟道场效应管n4、第一p沟道场效应管p1、第二p沟道场效应管p2、第三p沟道场效应管p3、第四p沟道场效应管p4、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、以及第十二电阻r12。
25.第二n沟道场效应管n2的栅极、第二n沟道场效应管n2的漏极、第一n沟道场效应管n1的栅极以及第一电阻r1的一端连接，第一电阻r1的另一端和第一n沟道场效应管n1的漏极均与高压直流电源一端（+hv360）连接。
26.第二n沟道场效应管n2的源极与第二电阻r2的一端连接。
27.第四n沟道场效应管n4的栅极、第四n沟道场效应管n4的漏极、第三n沟道场效应管n3的栅极以及第二电阻r2的另一端连接。
28.第四n沟道场效应管n4的源极与第七电阻r7的一端连接。
29.第三n沟道场效应管n3的源极与高压运算放大器u1的正电源连接端vcc连接。
30.第八电阻r8一端与第四p沟道场效应管p4的源极连接。
31.第四p沟道场效应管p4的栅极、第四p沟道场效应管p4的漏极、第十一电阻r11一端、以及第三p沟道场效应管p3的栅极连接。
32.第三p沟道场效应管p3的源极与高压运算放大器u1的负电源连接端vee连接。
33.第三p沟道场效应管p3的漏极与第一p沟道场效应管p1的源极连接。
34.第十一电阻r11的另一端与第二p沟道场效应管p2的源极连接。
35.第二p沟道场效应管p2的栅极、第二p沟道场效应管p2的漏极、第一p沟道场效应管p1的栅极、以及第十二电阻r12一端连接。
36.第十二电阻r12另一端和第一p沟道场效应管p1的漏极均与高压直流电源另一端（-hv360）连接。
37.第七电阻r7的另一端和第八电阻r8的另一端均与高压运算放大器u1的输出端vout连接。
38.第三电阻r3一端与输入电压vin连接，第三电阻r3另一端与高压运算放大器u1的同相输入端in+连接，第四电阻r4一端与高压运算放大器u1的同相输入端in+连接，第四电阻r4另一端与高压运算放大器u1的输出端vout连接。
39.第五电阻r5一端与模拟电气地agnd连接，第五电阻r5另一端与高压运算放大器u1的反相输入端in-连接，第六电阻r6一端与高压运算放大器u1的反相输入端in-连接，第六电阻r6另一端与高压运算放大器u1的输出端vout连接。
40.另外，高压运算放大器u1的电阻可调静态电流引脚radj通过第十电阻r10与数字电气地dgnd连接。高压运算放大器u1的低电平有效关断引脚sd和温度监视器输出引脚tmp均通过第九电阻r9与数字电气地dgnd连接。高压运算放大器u1的数字电气地连接端与数字电气地dgnd连接，高压运算放大器u1的裸露散热焊盘引脚epad与模拟电气地agnd连接。
41.高压运算放大器u1的型号为adhv4702-1。
42.第一n沟道场效应管n1、第二n沟道场效应管n2、第三n沟道场效应管n3、以及第四n沟道场效应管n4的型号均为ixtp15n50l2。
43.第一p沟道场效应管p1、第二p沟道场效应管p2、第三p沟道场效应管p3、以及第四p沟道场效应管p4的型号均为ixtp10p50p。
44.当输入信号为0v时，电路处于静态工作点，高压运算放大器u1的输出端vout输出0v。此时，由于第二n沟道场效应管n2和第四n沟道场效应管n4采用二极管接法，始终工作在恒流区，第二n沟道场效应管n2和第四n沟道场效应管n4漏源极两端的电压分别与第一n沟道场效应管n1和第三n沟道场效应管n3的栅源极两端的电压形成了抵消，故第一电阻r1、第二电阻r2、第七电阻r7两端的电压分别对第一n沟道场效应管n1的漏栅极两端电压、第三n沟道场效应管n3的漏栅极两端电压和高压运算放大器u1正电源连接端vcc的电压进行了设置，高压运算放大器u1正电源连接端vcc的电压等于（360v-2*vgsn）*r7/(r1+r2+r7)，所述vgsn为采用二极管接法的第二n沟道场效应管n2的栅源极之间的电压和第四n沟道场效应管n4的栅源极之间的电压，二者栅源极之间的电压相同，通过对电阻第一电阻r1、第二电阻r2、第七电阻r7的设置可以改变高压运算放大器u1正电源连接端vcc电压对高压直流电源+hv360的占比，从而满足高压运算放大器u1的正电源连接端vcc的电压输入范围。
45.根据对称性，高压运算放大器u1负电源连接端vee的电压等于（-360v-2*vgsp）*r8/(r8+r11+r12)。
46.当输入信号变化时，电路动态工作，假设高压运算放大器u1的输出端vout当前输出0v，假设由于输入的变化，高压运算放大器u1的输出端vout输出电压变成voutp，根据叠加定理，高压运算放大器u1的正电源连接端vcc的实时电压等于（360v-2*vgsn）*r7/(r1+r2+r7)+ voutp*(r1+r2)/(r1+r2+r7)，高压运算放大器u1的负电源连接端vee的实时电压等
于（-360v-2*vgsp）*r8/(r8+r11+r12)+voutp*(r11+r12)/(r11+r12+r8)，通过设置r1=r2=r11=r12，以及r7=r8，可以使得高压运算放大器u1的正电源连接端vcc与负电源连接端vee的实时电压差=（360v-2*vgsn）*r7/(r1+r2+r7)-（-360v-2*vgsp）*r8/(r8+r11+r12)=（720v-2*vgsn+2*vgsp）*r7/(r1+r2+r7) ，由于二极管连接下的vgsn与vgsp（vgsp为采用二极管接法的第二p沟道场效应管p2的栅源极之间的电压和第四p沟道场效应管p4的栅源极之间的电压，二者栅源极之间的电压相同）相对恒定，故虽然输入一直在变化，但是高压运算放大器u1的正电源连接端vcc与负电源连接端vee的实时电压差维持相对的稳定，满足了高压运算放大器u1的电源输入范围。高压运算放大器u1的正电源连接端vcc与输出端vout之间的实时电压差=（360v-2*vgsn）*r7/(r1+r2+r7)+ voutp*(r1+r2)/(r1+r2+r7)-voutp=（360v-2*vgsn-voutp）*r7/(r1+r2+r7)，高压运算放大器u1负电源连接端vee与输出端vout之间的实时电压差=（-360v-2*vgsp）*r7/(r1+r2+r7)+ voutp*(r1+r2)/(r1+r2+r7)
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voutp=（-360v-2*vgsp-voutp）*r7/(r1+r2+r7)，因此高压运算放大器u1的输出端vout的实时电压位于其电源轨之间。
47.电路放大依靠反馈实现，当高压运算放大器u1处于负反馈状态下，有vout*r5/(r5+r6)= vin*r4/(r3+r4)+ vout*(r3/( r3+r4)，因此该放大电路的传输函数为vout/vin= r4*(r5+r6)/ (r4*r5-r3*r6)，通过合适的电阻取值使得r4*r5-r3*r6》0，即可实现较大的放大倍数。
48.通过以上技术方案，本实用新型通过将金属氧化物场效应管（n1、n2、n3、n4、p1、p2、p3、p4）进行串联来提高器件等效的沟道长度，突破单管的耐压限制，采用高压运算放大器以及金属氧化物场效应管和外围电阻基于负反馈原理实现的高压运算放大器具有高达250v均方根的高电压输出能力，可以较好的满足电力系统测试线的需要。
49.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。