CN101557226A - 用于控制脉冲电源同相工作的电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于控制脉冲电源同相工作的电路装置，包括可编程逻辑器件PLD、电子开关S1和微波功率放大器PA，可编程逻辑器件PLD经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连，电子开关S1的输出端通过供电线接到微波功率放大器PA的供电端，可编程逻辑器件PLD与微波功率放大器PA的供电端之间设有保护电路，所述的可编程逻辑器件PLD中包括相位检测单元和延时控制单元，延时控制单元的输出端经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连。本发明可消除电子器件、供电线等对脉冲信号、脉冲电压传播延时的影响，减小了微波包络信号与脉冲电压之间的相位误差，提高了脉冲电源的工作效率。

Description

用于控制脉冲电源同相工作的电路装置
技术领域
本发明涉及电工技术领域，尤其涉及一种用于控制脉冲电源同相工作的电路装置及用于控制脉冲电源同相工作的方法。
背景技术
脉冲电源是广泛公知的，它们用来提供给负载随脉冲控制信号周期性变化的电能。近年来，随着功率脉冲技术的发展，脉冲电源的应用领域越来越广，目前它已应用到微波通讯、机械加工、材料表面改性等领域，并发挥着重要作用。
在这些应用领域，特别是微波通讯中的微波功率放大器需要大量使用脉冲电源。由于微波功率放大器本身工作效率低、功耗高、散热量大，因而在实际工程应用中对微波功率放大器进行间歇式供电：当有微波信号输入时，电源开始对微波功率放大器供电；当无微波信号输入时，电源停止对微波功率放大器供电。这种间歇式的供电方式大大降低了微波功率放大器的功耗、散热，同延时长微波功率放大器寿命、提高了系统的可靠性。微波通讯中，间歇性的微波信号往往是周期性传输，并有同步的脉冲控制信号反映微波信号的传输情况，从而需要提供一种与脉冲控制信号同频同相的脉冲电源对微波功率放大器进行脉冲供电。
根据现有技术用于控制脉冲电源的电路装置是已知的，它在所谓的“开环模式”下工作。脉冲电源基本上包括至少一个电子开关和例如电感和电容器的能量存储器件，在这种情况下，脉冲控制信号通过波形整形器、驱动放大器等必要的器件后输入到电子开关控制端，由电子开关控制直流电压源的通断产生脉冲电源，并通过供电线供给微波功率放大器。
现有技术可参见图1，现有技术用于控制脉冲电源的电路装置的电路模型，直流稳压电源Vcc通过串联的扼流电感L1，以及并联的储能电容C1接到电子开关S1的输入端；电子开关S1的输出端通过供电线接到微波功率放大器PA的供电端，其中供电线等效成由串联电阻R2、串联电感L2、并联电容C2组成的电学网络；另外输入端J1接外部的脉冲控制信号，用于控制电子开关S1，该脉冲控制信号通过可编程逻辑器件PLD进行整形后传递给驱动放大器GD，再由驱动放大器GD馈送到电子开关S1的控制端。S1在图1采用MOSFET的形式。也可以使用其他的电子开关，例如IGBT或双极性晶体管。
图2是在图1所示电路模型中不同节点上电压波形示意图，其中包括在：N1为输入端J1脉冲控制信号的电压波形；N2为可编程逻辑器件PLD输出端电压波形；N3为驱动放大器GD输出端电压波形；N4为电子开关S1输出端电压波形；N5为微波功率放大器供电端电压波形。根据图2给出的图1所示电路模型各节点的电压波形示意图，脉冲控制信号在传输过程中均产生了一定的延时，其中τ1为可编程逻辑器件PLD的传输延时；τ2为驱动放大器GD的传输延时；τ3为电子开关S1的传输延时；τ4为供电线的传输延时。为了减小脉冲控制信号与脉冲电压之间的相位差，现有技术常在可编程逻辑器件PLD中对脉冲控制信号作延时处理，产生额外的延时τ5，使得脉冲控制信号与脉冲电压两者的上升沿相同，也就是要使电路传播延时总合(τ1+τ2+τ3+τ4+τ5)与脉冲控制电压的周期或者周期的若干倍相等。但是对于不同的电路拓补结构、不同的器件、不同的供电线，τ1、τ2、τ3、τ4均会有所差异，并且这些数据也受环境温度的影响，导致τ5无法精确设置，常常需要根据实际的具体电路情况进行调整。
因此，采用现有技术的“开环模式”电路结构，脉冲电压相位不能精确控制，受外界因素影响较大，而采用提高电源脉冲宽度的方法又使脉冲电源工作效率降低，带来其它方面的影响。
依据现有技术描述的用于控制脉冲电源的电路装置的实现具有以下缺点：各类电子器件、供电线均会对脉冲信号、脉冲电压产生一定的延时，脉冲控制信号通过一系列电子器件、供电线之后，在终端负载上形成的脉冲电压会与脉冲控制信号产生一定的相位差，从而导致微波信号与脉冲电源无法同时加载到微波功率放大器上。为了解决此类问题，现有技术常采用将脉冲控制信号相对于微波包络信号作一定的相位延迟，以减小加载到微波功率放大器上的微波包络信号与脉冲电压之间的相位差。然而相位调整的数值受电路拓补结构、器件延时一致性、供电线寄生参数、供电线长短、环境温度等一系列因素的影响，在实际工程应用中需对单个器件进行微调，难以批量生产，可制造性差。
现有微波功率放大器常采用多路功率合成的方式进行大功率微波信号的生成，多路脉冲电源如无法达到同相工作，将影响多路微波信号的合成、甚至因为微波信号的反射烧毁微波模块。为了解决此类问题，现有技术常采用提高脉冲电源脉宽的方式，使脉冲电源脉宽宽于微波信号包络，确保微波包络信号能正常通过微波功率放大器进行功率放大；这种解决方式将直接影响微波通讯链路的信噪比、调制深度等指标，同时将影响前端直流稳压电源的输出功率，从而带来重量、体积、可靠性、散热、成本等诸多方面的问题。
发明内容
本发明提供一种可以使脉冲控制信号与脉冲电压之间同相工作，又能提高脉冲电源工作效率的用于控制脉冲电源同相工作的电路装置和方法。
一种用于控制脉冲电源同相工作的电路装置，包括可编程逻辑器件PLD、电子开关S1和微波功率放大器PA，可编程逻辑器件PLD经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连，电子开关S1的输出端通过供电线接到微波功率放大器PA的供电端，可编程逻辑器件PLD与微波功率放大器PA的供电端之间设有保护电路，所述的可编程逻辑器件PLD中包括相位检测单元(PD)和延时控制单元(DCU)，延时控制单元(DCU)的输出端经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连。
本发明电路装置的外部直流稳压电源Vcc通过储能电路与电子开关S1的输入端相连；电子开关S1的输出端通过供电线接到微波功率放大器PA的供电端；外部脉冲控制信号通过输入端J1与可编程逻辑器件PLD相连，可编程逻辑器件PLD经过保护电路与微波功率放大器PA的供电端相连，并且可编程逻辑器件PLD经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连，形成电路的闭环控制。
所述保护电路为反馈电阻R3，用于限流降压，保证可编程逻辑器件PLD的正常工作。
所述储能电路包括串联扼流电感L1及并联储能电容C1，储能电路提供瞬时脉冲电压、瞬时脉冲电流。
可编程逻辑器件PLD检测微波功率放大器PA上的脉冲电压，通过可编程逻辑器件对该电压信号与脉冲控制信号作相位比较；相位比较结果作为一个控制量，控制脉冲控制信号输出的相位变化，既在脉冲控制信号与反馈脉冲电压信号中插入延时，直到两个信号的上升沿相同，使得两者同相，从而实现脉冲电源的“闭环模式”工作。
本发明的电路装置，补偿了电子器件、供电线等对脉冲信号、脉冲电压传播延时的影响。本发明电路的装置为反馈式闭环工作模式，在实际应用、生产过程中无需对单个器件进行出厂前微调，电路装置工作时将自动补偿脉冲控制信号与终端负载上脉冲电压的相位误差，实现脉冲电压与脉冲控制信号同相；并且不受电路拓补结构、器件延时一致性、供电线寄生参数、供电线长短、环境温度等因素的影响，可制造性强，适用于批量生产。
本发明的电路装置，可以保证微波功率放大器上的脉冲电压与微波包络信号的同相工作，当多路脉冲电源采用所述电路装置在同一脉冲控制信号的驱动下工作时，多路脉冲电源将保证零相位同步工作。在微波信号多路功率合成中，多路脉冲电源零相位同步工作时，可以将电源脉宽压缩到最低，从而大大提高了脉冲电源的工作效率。
实现决定性功能的可编程逻辑器件可以使用通用的现场可编程门阵列FPGA或者复杂可编程逻辑器件CPLD实现；以相似的方式，微控制器或者数字信号处理器也能用来代替可编程逻辑器件。例如，可以使用MCU、DSP。
本发明还提供了一种用于控制脉冲电源同相工作的方法，包括以下的步骤：
a)通过可编程逻辑器件PLD中的相位检测单元PD检测微波功率放大器PA供电端的反馈脉冲电压信号；
b)相位检测单元PD根据外部脉冲控制信号与反馈脉冲电压信号两者之间的相位差生成延时控制量；
c)可编程逻辑器件PLD中的延时控制单元DCU根据延时控制量控制脉冲控制信号的延时；
d)延时控制单元DCU将延时后的脉冲控制信号输出到电子开关。
本发明方法在可编程逻辑器件中以软件的形式实现。
本发明用于控制脉冲电源同相工作的电路装置和方法，可消除电子器件、供电线等对脉冲信号、脉冲电压传播延时的影响，减小了微波包络信号与脉冲电压之间的相位误差，提高了脉冲电源的工作效率。另一方面可以通过模块扩展方式对多路脉冲电源进行同相控制，并使多路脉冲电源实现零相位同步供电成为可能。
附图说明
图1为现有技术用于控制脉冲电源的电路装置的电路示意图；
图2是在图1所示电路中不同节点上电压波形示意图；
图3为本发明的电路装置的电路示意图；
图4是在图3所示电路中不同节点上电压波形示意图。
具体实施方式
在具体实施方式中，电阻用字母R来表示，电容器由字母C来表示，电感由字母L来表示，连接端由字母J来表示，开关由字母S来表示，节点由字母N来表示，在所有的情况下后面都有数字。
如图3中所示，本发明的电路装置，包括可编程逻辑器件PLD、电子开关S1和微波功率放大器PA，可编程逻辑器件PLD经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连，电子开关S1的输出端通过供电线接到微波功率放大器PA的供电端，可编程逻辑器件PLD与微波功率放大器PA的供电端之间设有保护电路，所述的可编程逻辑器件PLD中包括相位检测单元(PD)和延时控制单元(DCU)，延时控制单元(DCU)的输出端经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连。
本发明电路装置的外部直流稳压电源Vcc通过储能电路与电子开关S1的输入端相连；电子开关S1的输出端通过供电线接到微波功率放大器PA的供电端；外部脉冲控制信号通过输入端J1与可编程逻辑器件PLD相连，可编程逻辑器件PLD经过保护电路与微波功率放大器PA的供电端相连，并且可编程逻辑器件PLD经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连，形成电路的闭环控制。
所述保护电路为反馈电阻R3，用于限流降压，保证可编程逻辑器件PLD的正常工作。所述储能电路包括串联扼流电感L1和并联储能电容C1，储能电路提供瞬时脉冲电压、瞬时脉冲电流。
由微波功率放大器PA供电端的脉冲反馈信号作为控制量输入到可编程逻辑器件对脉冲信号相位进行自动调整的“闭环模式”电路装置中将微波功率放大器PA供电端的电压信号通过反馈电阻R3输入到可编程逻辑器件PLD，反馈电阻R3用于限流降压，保证可编程逻辑器件PLD的正常工作；可编程逻辑器件PLD中包括相位检测单元(PD)、延时控制单元(DCU)两部分。
相位检测单元对输入的脉冲控制信号和反馈脉冲电压信号信号进行相位比较，将两者的差值作为控制量输送到延时控制单元，该控制量在延时控制单元中控制脉冲控制信号的延时，既在脉冲控制信号与反馈脉冲电压信号中插入延时，直到两个信号的上升沿相同，使得两者同相，从而实现脉冲电源的“闭环模式”工作。而且，还有可能通过一个可编程逻辑器件来控制多路脉冲电源。例如，可以在一个共同的可编程逻辑器件中构造多个相位检测单元和延时控制单元，分别与反馈脉冲电压信号及电子开关相连，只要所述可编程逻辑器件具有为此目的所需的输入端和输出端的数量。当多路脉冲电源的脉冲控制信号为同一信号时，多路脉冲电源之间也将实现零相位同步工作，适用于采用功率合成技术的大功率微波组件。
图4是在图3所示电路中不同节点上电压波形示意图，与图2不同的是可编程逻辑器件PLD所产生的延时由τ1变为τ1’，该延时通过反馈脉冲信号进行自动调整，以确保电路传播延时总合(τ1’+τ2+τ3+τ4)与脉冲控制电压的周期或者周期的若干倍相等，实现了脉冲电源与脉冲控制信号的同相工作。由于τ1’在电路工作时自动调整，因而不受器件延时、传输线延时、外界环境等因素的影响。

Claims (5)

1、一种用于控制脉冲电源同相工作的电路装置，包括可编程逻辑器件PLD、电子开关S1和微波功率放大器PA，可编程逻辑器件PLD经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连，电子开关S1的输出端通过供电线接到微波功率放大器PA的供电端，其特征在于：可编程逻辑器件PLD与微波功率放大器PA的供电端之间设有保护电路，所述的可编程逻辑器件PLD中包括相位检测单元和延时控制单元，延时控制单元的输出端经过驱动放大器GD与电子开头S1的控制端相连。
2、如权利要求1所述的电路装置，其特征在于：所述的所述保护电路为反馈电阻R3。
3、如权利要求1所述的电路装置，其特征在于：外部直流稳压电源Vcc通过储能电路与电子开关S1的输入端相连；电子开关S1的输出端通过供电线接到微波功率放大器PA的供电端；外部脉冲控制信号通过输入端J1与可编程逻辑器件PLD相连。
4、如权利要求3所述的电路装置，其特征在于：所述储能电路包括串联扼流电感L1和并联储能电容C1。
5、一种用于控制脉冲电源同相工作的方法，包括以下的步骤：
a)检测微波功率放大器PA的反馈脉冲电压信号；
b)根据外部脉冲控制信号与反馈脉冲电压信号两者之间的相位差生成延时控制量；
c)用延时控制量控制脉冲控制信号的延时；
d)将延时后的脉冲控制信号输出到电子开关。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20091014