CN111293867A - 一种叠加交流纹波的直流输出电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计量检定和仪表检测设计电路,公开了一种叠加交流纹波的直流输出电路,其包括信号发生器装置、直流功率放大单元、交流功率放大单元、单匝耦合单元和突变施加单元;通过IGBT和缓冲模块并联,输入直流信号的开关速度从毫秒级提升到微秒级,缓冲模块吸收电流突变时的过冲,从而降低输出突变信号的过冲与毛刺;通过直流放大单元增加了直流驱动负载的能力,通过交流功率放大单元,增加了交流驱动负载的能力。本发明采用单匝耦合单元来叠加交流纹波的方式,降低不同负载对直流和交流不匹配的影响,抑制外部负载变化对于输出幅值和性能的干扰,有效的降低信号的脉冲与毛刺,保证输出直流信号和交流信号的稳定性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及计量检定和仪器仪表检测设计电路,尤其涉及了一种叠加交流纹波的直流输出电路。
背景技术
直流纹波和突变影响是直流电能表评价极其重要的两项内容。当前,直流电能计量方式采用直流量或者有效值的方式进行,这种方式忽略了纹波引入的电能,造成用电侧实际获取的电能与测量的电能存在出入。同时,非车载充电机、轨道机车等直流用电负载频繁启动,存在着大量的突变信号。
例如专利标题:一种高精度智能纹波叠加直流输出电路,申请号:CN201120354608.6,申请日:2011-09-21的实用新型专利申请中记载,本实用新型申请中记载一种高精度智能纹波叠加直流输出电路,其特征是:包括智能信号发生器和功率放大器,所述的智能信号发生器同时发生可调直流信号和交流信号,直流信号连接功率放大器正信号输入端、交流信号经串联电阻R2、R3、 R4后连接到功率放大器输出端,在R2和R3之间的电气节点上分别经电阻R1连接到地和连接到功率放大器负信号输入端,所述的R2阻值大于R3和R4之和。现有技术方案实现对信号源的智能控制以达到控制对功率放大器输出大电压中纹波含量的智能控制。
现有技术方案提供了对于高精度智能纹波叠加直流输出电路,在设计中存在交流和直流阻抗不匹配的问题,不能及时的降低信号的过冲与毛刺的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中在设计中存在交流和直流阻抗不匹配,不能及时的降低信号的过冲与毛刺的问题,提供了一种叠加交流纹波的直流输出电路。
为了解决上述技术问题,本发明通过下述技术方案得以解决:
一种叠加交流纹波的直流输出电路,其包括信号发生器装置、交流功率放大单元、直流功率放大单元和单匝耦合单元:
信号发生器装置产生直流信号和交流信号;
直流信号连接直流功率放大单元的输入端,并经直流功率放大单元进行功率放大后,传送至单匝耦合单元;
交流信号连接交流功率放大单元的输入端,并经交流功率放大单元进行功率放大后,传送至单匝耦合单元;
单匝耦合单元接收直流信号和交流信号,并将功率放大后的交流信号与直流信号进行耦合后输出。
作为优选,单匝耦合单元包括耦合变压器,耦合变压器包括匝单匝线圈和补偿线圈。
作为优选,单匝耦合单元还包括补偿电路,补偿电路与补偿线圈配合,补偿电路对输入信号进行相位偏移补偿。对N1侧到单匝侧的输入信号相位偏移进行补偿。
作为优选,直流功率放大单元包括电阻Rd1、电阻Rd2、电阻Rd3、放大器和三极管Qd1,输入的直流信号Ud1经过电阻Rd1;
电阻Rd1与放大器输入正极连接,电阻Rd2一端接地,另一端与放大器输入负极连接;电阻Rd3一端连接放大器输入负极,另一端连接放大器输出端;
输入的直流信号经放大器放大后输出的直流信号为Ud1;Ud1输送至三极管 Qd1,三极管Qd1输出端一端接地,另一端连接单匝耦合单元。通过直流功率放大单元,提升驱动负载的能力。
作为优选,交流功率放大单元包括电阻Ra1、电阻Ra2、电阻Ra3、放大器、三极管Qa1和三极管Qa2,输入的交流信号Ua1经过电阻Ra1,电阻Ra1与放大器输入正极连接;
电阻Ra2一端接地,另一端与放大器输入负极连接;电阻Ra3一端连接放大器输入负极,另一端连接放大器输出端;
输入的交流信号经放大器放大后输出的交流信号为Ua1,Ua1输送至三极管 Qa1和三极管Q a2,三极管Qa1和三极管Qa2的输出端一端接地,另一端连接单匝耦合单元。通过交流功率放大单元,提升驱动负载的能力。
作为优选,三极管Qa1和三极管Qa2以推挽的方式连接输出。通过三极管Qa1和三极管Qa2保证交流信号的正极和负极均被驱动。
作为优选,叠加交流纹波的直流输出电路还包括突变施加单元,信号发生器装置产生直流信号经过突变施加单元输入至直流功率放大单元。
作为优选,突变施加单元包括IGBT开关,且IGBT开关上并联有缓冲模块;采用IGBT开关,输入直流信号的开关速度从毫秒级提升到微秒级。
作为优选,缓冲模块包括电阻Rb1、电容Cb1、二极管Db1和二极管Db2;二极管Db1与电阻Rb1并联形成第一电路单元,第一电路单元与电容Cb1串联形成第二电路单元,第二电路单元与二极管Db2并联。;
缓冲模块与IGBT并联;当IGBT断开时,缓冲模块积累寄生电感的能量通过IGBT的寄生电容充电,开关电压上升,当开关电压上升到吸收电容Cb1的电压时,二极管Db1导通,开关电压被二极管Db1钳位,寄生电感中蓄积的能量对吸收电容Cb1放电;当IGBT接通时,吸收电容Cb1通过电阻Rb1放电,缓冲模块吸收电流突变时的过冲电流信号。
本发明由于采用了以上技术方案,具有显著的技术效果:通过IGBT和缓冲模块并联,输入直流信号的开关速度从毫秒级提升到微秒级,缓冲模块吸收电流突变时的过冲,从而降低输出突变信号的过冲与毛刺;通过直流放大单元增加了直流驱动负载的能力,通过交流功率放大单元,增加了交流驱动负载的能力。
采用了单匝耦合单元来叠加交流纹波的方式,可降低不同负载对于直流和交流不匹配的影响,抑制外部负载变化对于输出幅值和性能的干扰,保证输出直流信号和交流信号的稳定性和准确性。
附图说明
图1是本发明的组成示意图。
图2是本发明的单匝耦合单元组成图。
图3是本发明的缓冲模块与IGBT电路图。
图4是本发明的交流功率放大单元电路图。
图5是本发明的直流功率放大单元电路图。
图6是本发明的单匝耦合单元补偿电路的电路图
以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下:其中,1—信号发生器装置、 2—交流功率放大单元、3—直流功率放大单元、4—单匝耦合单元、5—被检测装置、6—突变施加单元、7—第一电路单元、8—第二电路单元、41—补偿电路、 42—耦合变压器、61—缓冲模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种叠加交流纹波的直流输出电路,依据附图1所示,其包括信号发生器装置1、交流功率放大单元2、直流功率放大单元3、单匝耦合单元4;
信号发生器装置1产生直流信号和交流信号;
直流信号连接直流功率放大单元3的输入端,并经直流功率放大单元3进行功率放大后,传送至单匝耦合单元4;
交流信号连接交流功率放大单元2的输入端,并经交流功率放大单元2进行功率放大后,传送至单匝耦合单元4;
单匝耦合单元4接收直流信号和交流信号,并将功率放大后的交流信号与直流信号进行耦合后输出,耦合后输出的直流信号输送至被检测装置5。
直流功率放大单元3包括电阻Rd1、电阻Rd2、电阻Rd3、放大器和三极管Qd1,输入的直流信号Ud1经过电阻Rd1;
电阻Rd1与放大器输入正极连接,电阻Rd2一端接地,另一端与放大器输入负极连接;电阻Rd3一端连接放大器输入负极,另一端连接放大器输出端;
输入的直流信号经放大器放大后输出的直流信号为Ud1;Ud1输送至三极管 Qd1,三极管Qd1输出端一端接地,另一端连接单匝耦合单元4。公式1计算出同相比例放大后的输出电压Uo:
公式1中,UI为输入的电压,R2为Rd2的阻值,R3为Rd3的阻值。
交流功率放大单元2包括电阻Ra1、电阻Ra2、电阻Ra3、放大器、三极管Qa1和三极管Qa2,输入的交流信号Ua1经过电阻Ra1,电阻Ra1与放大器输入正极连接;
电阻Ra2一端接地,另一端与放大器输入负极连接;电阻Ra3一端连接放大器输入负极,另一端连接放大器输出端;
输入的交流信号经放大器放大后输出的交流信号为Ua1,Ua1输送至三极管 Qa1和三极管Qa2,三极管Qa1和三极管Qa2的输出端一端接地,另一端连接单匝耦合单元4。
公式2计算出同相比例放大后的输出流UO:
公式2中,UI为输入的电压,R2为Ra2的阻值,R3为Ra3的阻值。
本实施例中单匝耦合单元4包括耦合变压器42,且耦合变压器42包括单匝线圈和补偿线圈,补偿线圈的匝数为N2。
实施例2
在实施例1的基础上,本实施例中单匝耦合单元单匝耦合单元4还包括补偿电路41,耦合变压器42还包括匝数为匝数为N2补偿线圈,补偿电路41与补偿线圈配合,补偿电路41对输入信号进行相位偏移补偿。
通过公式3单匝耦合单元最终的输出电流IO:
Io=ID+N1IA 公式3
公式3中,ID为输入的交流信号电流,IA为输入的直流信号电流。
实施例3
实施例1及实施例2所不同的是,叠加交流纹波的直流输出电路还包括突变施加单元6,突变施加单元包括IGBT开关,且IGBT开关上并联有缓冲模块。信号发生器装置1产生直流信号经过突变施加单元6输入至直流功率放大单元3。
缓冲模块61包括电阻Rb1、电容Cb1、二极管Db1和二极管Db2;二极管Db1与电阻Rb1并联形成第一电路单元,第一电路单元7与电容Cb1串联形成第二电路单元8,第二电路单元8与二极管Db2并联。;
缓冲模块61与IGBT并联;当IGBT断开时,缓冲模块61积累寄生电感的能量通过IGBT的寄生电容充电,开关电压上升,当开关电压上升到吸收电容Cb1的电压时,二极管Db1导通,开关电压被二极管Db1钳位,寄生电感中蓄积的能量对吸收电容Cb1放电;当IGBT接通时,吸收电容Cb1通过电阻Rb1放电,缓冲模块61吸收电流突变时的过冲电流信号。
实施例4
在实施例1的基础上,三极管Qa1和三极管Qa2以推挽的方式驱动交流功率放大单元。三极管Qa1连接交流输出信号的负极,三极管Qa2连接交流输出信号的正极。通过三极管Qa1和三极管Qa2保证交流信号的正极和负极均被驱动。电路工作时,三极管Qa1和三极管Qa2每次只有一个导通,导通损耗小效率高。三极管Qa1和三极管Qa2输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。
总之,以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰,皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种叠加交流纹波的直流输出电路,包括信号发生器装置(1),其特征在于,还包括交流功率放大单元(2)、直流功率放大单元(3)和单匝耦合单元(4):
信号发生器装置(1)产生直流信号和交流信号;
直流信号连接直流功率放大单元(3)的输入端,并经直流功率放大单元(3)进行功率放大后,传送至单匝耦合单元(4);
交流信号连接交流功率放大单元(2)的输入端,并经交流功率放大单元(2)进行功率放大后,传送至单匝耦合单元(4);
单匝耦合单元(4)接收直流信号和交流信号,并将功率放大后的交流信号与直流信号进行耦合后输出。
2.根据权利要求1所述的一种叠加交流纹波的直流输出电路,其特征在于,单匝耦合单元(4)包括耦合变压器(42),耦合变压器(42)包括单匝线圈和补偿线圈。
3.根据权利要求2所述一种叠加交流纹波的直流输出电路,其特征在于,单匝耦合单元(4)还包括补偿电路(41),补偿电路(41)与补偿线圈配合,对输入的直流信号进行相位偏移补偿。
4.根据权利要求1所述的一种叠加交流纹波的直流输出电路,其特征在于:直流功率放大单元(3)包括电阻Rd1、电阻Rd2、电阻Rd3、放大器和三极管Qd1;
输入的直流信号Ud1经过电阻Rd1;电阻Rd1与放大器输入正极连接,电阻Rd2一端接地,另一端与放大器输入负极连接;电阻Rd3一端连接放大器输入负极,另一端连接放大器输出端;
输入的直流信号经放大器放大后输出的直流信号为Ud1;Ud1输送至三极管Qd1,三极管Qd1输出端一端接地,另一端连接单匝耦合单元(4)。
5.根据权利要求1所述的一种叠加交流纹波的直流输出电路,其特征在于:交流功率放大单元(2)包括电阻Ra1、电阻Ra2、电阻Ra3、放大器、三极管Qa1和三极管Qa2,输入的交流信号Ua1经过电阻Ra1,电阻Ra1与放大器输入正极连接;
电阻Ra2一端接地,另一端与放大器输入负极连接;电阻Ra3一端连接放大器输入负极,另一端连接放大器输出端;
输入的交流信号经放大器放大后输出的交流信号为Ua1,Ua1输送至三极管Qa1和三极管Qa2,三极管Qa1和三极管Qa2的输出端一端接地,另一端连接单匝耦合单元(4)。
6.根据权利要求5所述的一种叠加交流纹波的直流输出电路,其特征在于:三极管Qa1和三极管Qa2以推挽的方式连接输出。
7.根据权利要求1所述一种叠加交流纹波的直流输出电路,其特征在于:还包括突变施加单元(6),信号发生器装置(1)产生直流信号经过突变施加单元(6)输入至直流功率放大单元(3)。
8.根据权利要去7所述一种叠加交流纹波的直流输出电路,其特征在于:突变施加单元(6)包括IGBT开关,且IGBT开关上并联有缓冲模块(61)。
9.根据权利要去8所述一种叠加交流纹波的直流输出电路,其特征在于:缓冲模块(61)包括电阻Rb1、电容Cb1、二极管Db1和二极管Db2;二极管DB1与电阻RB1并联形成第一电路单元(7),第一电路单元(7)与电容C B1串联形成第二电路单元(8),第二电路单元(8)与二极管DB2并联。
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