CN101562429B - 向用于脉冲负载的放大器模块馈送直流电能的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于将直流电能馈送给用于诸如天线阵列等的脉冲负载(3)的放大器模块的方法，包括以下步骤：从直流电源(1)提供电流脉冲(6)；对放大器模块中的电容器配置(4)进行充电；通过调压电源提供输出电压(Uout)；以及从电容器配置将电流脉冲(2)馈送给负载，该方法还包括以下步骤：确定在从配置(4)馈送给负载的期间出现的输出电流(Iout)脉冲(2)的结构；基于所确定的输出脉冲电流从直流电源(1)提供脉冲输入电流(Iin)；通过控制和脉冲整形电路(8)将输入电流脉冲(6)的最大电流电平(6′)限制为与输出电流脉冲(2)的峰值电流(2′)相比基本上更低的预定电平。本发明还涉及用于馈送给直流电能的设备。

Description

向用于脉冲负载的放大器模块馈送直流电能的方法和设备
技术领域
本发明涉及向用于脉冲负载的放大器模块馈送直流电能的方法和设备。
背景技术
难以将直流电能馈送给包括数个元件的天线阵列中的多个放大器模块，特别是在电流消耗存在大的变化(在脉冲雷达应用中通常是这样)时。
常见的实施方式是经由调压电源将电压馈送给脉冲负载。
先前已知的基本上属于所描述的种类的技术显示了以下形式的问题：由于脉冲电流而导致的、馈电线上的电流脉动的高电平。此外，在短时段期间具有大量的上升和下降的脉冲电流导致了对系统的其它部分的电磁干扰(EMI)。另外，电源需要被设计以处理峰值电流负载。
发明内容
本发明的目的是：尤其是通过提供减少的EMI干扰以及就峰值电流而言的减小的直流电源额定电流，来提供对上述问题的解决方案。
借助于根据本发明的方法和设备来达到本发明的该目的和其它目的。
根据本发明的一方面，提供了一种用于将直流电能馈送给用于脉冲负载的放大器模块的方法，包括以下步骤：从直流电源提供电流脉冲；经由调压电源对电流脉冲进行修正以提供输出电压；通过所述输出电压对所述放大器模块中的电容器配置进行充电；以及从所述电容器配置将电流脉冲馈送给所述负载，其特征在于经由调压电源对电流脉冲进行修正还包括以下步骤：确定在从所述配置馈送给所述负载的期间出现的输出电流脉冲的结构；基于所确定的输出脉冲电流，从所述直流电源提供脉冲输入电流；通过控制和脉冲整形电路，将输入电流脉冲的最大电流电平限制为预定电平，所述预定电平与所述输出电流脉冲的峰值电流相比更低；以及控制输入电流脉冲的波形，以使所述输入电流脉冲的上升时间和下降时间与所述输出电流脉冲的上升时间和下降时间相比而延长。
优选地，脉冲负载是天线阵列。
优选地，输出电流脉冲的能量基本上对应于来自直流电源的输入电流脉冲的能量。
优选地，在用于对电容器配置进行充电的输入电流脉冲的建立期间，通过瞬时电压差感测配置来感测瞬时电压差。
优选地，在电容器配置充电期间，借助于对基准电压放大器配置的反馈来对标称输出电压进行调节。
优选地，提供差动放大器布置和修正电流镜以用于电压调节。
优选地，控制通路器件的功率晶体管的操作，以限制最大输入电流电平。
优选地，在修正电流镜中提供电容器布置，以用于减少输入电流脉冲的上升时间和下降时间。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于将直流电能馈送给用于脉冲负载的放大器模块的设备，所述设备包括用于直流电流脉冲供应的直流电源、以及布置在被布置用于被充电的模块中的电容器配置，所述电容器配置被布置用于将脉冲电流馈送给脉冲负载，并且通过调压电源提供输出电压，其特征在于包括：装置，用于基于所确定的在从所述电容器配置馈送给所述脉冲负载的期间出现的电流脉冲的结构、从所述直流电源提供脉冲输入电流；以及装置，用于通过控制和脉冲整形电路将输入电流脉冲的最大电流电平限制为预定电平，所述预定电平与所述确定的电流脉冲的结构相比更低，其中，所述控制和脉冲整形电路包括：装置，用于控制所述输入电流脉冲的波形，以使所述输入电流脉冲的上升时间和下降时间与输出电流脉冲的上升时间和下降时间相比而延长。
优选地，脉冲负载是天线阵列。
优选地，输出电流脉冲的能量对应于来自直流电源的输入脉冲的能量。
优选地，根据本发明的设备包括：瞬时电压差感测配置，用于在用于对电容器配置进行充电的输入电流脉冲的建立期间感测瞬时电压差。
优选地，装置用于借助于电压缓慢调节电路在电容器配置充电期间对标称输出电压进行调节。
优选地，根据本发明的设备包括差动布置和修正电流镜。
优选地，根据本发明的设备包括布置，所述布置包括功率晶体管以及用于通过限制最大输入电流电平来控制功率晶体管的操作的装置。
优选地，根据本发明的设备包括：在修正电流镜中的电容器布置，用于控制输入电流脉冲的上升时间和下降时间。
借助于根据本发明的方法和设备的优选方案来达到进一步的优点。
附图说明
基于结合附图来阅读的以下详细描述，将会更好地理解本发明，在附图中：
图1示意性地示出了关于根据本发明的电流/电压调节器配置的第一实施例的框图；以及
图2示意性地示出了对根据图1的调节配置中的输入电流和输出电流以及输出电压的仿真。
具体实施方式
在图1中，直流电源1被布置用于向脉冲负载3提供直流电能，所述直流电能用于输出电流脉冲2。4表示用于储能的电容器配置或电容器组，该电容器配置被布置用于将电流脉冲2馈送给所述负载3。
经由直流电源1与负载3之间的电流/电压调节器配置5来提供输出电压Uout。
被馈送给负载的(即，负载所需要的)输出电流脉冲2的能量基本上对应于从直流电源1提供的输入电流脉冲6的能量，但由于电流/电压调节器配置5中的小的能量损耗而出现微小差别。输出脉冲的能量被确定并且由此是已知的。
如上文所讨论的，输出电流脉冲2具有不利的最大电流电平和波形，并且对于许多应用而言上升时间和下降时间非常短。
如同将与图2相关地进一步讨论的，电流/电压调节器配置5被布置用于修正输入电流脉冲6，最大电流电平6′被限制为预定电平，并且所述电流脉冲的上升时间和下降时间优选地被控制成使得所述上升时间和下降时间与至负载的输出电流脉冲的情况相比更长。
根据本发明的电流/电压调节器配置5包括电流感测布置7、控制和脉冲整形电路8、通路器件9、电压基准布置10和电压感测布置11，所述电流/电压调节器配置被布置用于提供来自所述直流电源的、用于对所述电容器配置进行充电的输出电压Uout，以提供用于负载所需要的启动输出电流脉冲2和连续输出电流脉冲2的能量。优选地，该电路具有电压缓慢调节回路，以获得不具有过调量的稳定的阶跃响应。
在图1中示出了与负载3相关的电容器配置4。
更详细地，电流感测布置7包括与例如通路器件9的功率晶体管以及控制和脉冲整形电路8的差动放大器布置相协作的修正电流镜布置，所述通路器件被控制为用作可变电阻，以限制最大电流电平6′，并且所述电流镜包括用于控制输入电流脉冲6的上升时间和下降时间的电容器布置。
所述电压感测布置包括用于借助于反馈基准电压差动放大器配置而对标称输出电压进行调节的装置。
作为示例，图2示出了根据仿真的图示，其示出了在所述电容器配置的连续的充放电期间、在来自所述电源的连续的输入电流脉冲期间、以及在从所述电容器配置至所述负载的连续的输出电流脉冲期间的、电流/电压调节器配置的输入电流和输出电流以及输出电压(行为)相对于时间的特性。
在该示例中，输入电压Uin为+41V，电压基准为+10V，标称输出电压为+36V，输出电流脉冲2的最大电流电平2′为10A，输入电流的最大电流电平为2A。
图2中的上部图示示出了相对于时间的输出电压，并且在左部具有高重复频率的短脉冲，而在右侧具有低重复频率的长脉冲。
图2中的下部图示示出了相对于时间的输入电流和输出电流。在左部示出了高频脉冲负载电流的50个脉冲，即，具有高重复频率的短脉冲，并且在右部示出了低频脉冲负载电流的3个脉冲，即，具有低重复频率的长脉冲。
对于左部中的高重复频率脉冲，所选择的脉冲长度是短的，并且占空度对于限制输入电流而言过低。因此，电路不断对输出电压进行调节，而输入电流保持恒定，直到高重复频率脉冲结束，然后输入电流下降到零。
对于右侧的长脉冲，输出电压在每个脉冲期间下降，并且在延迟之后输入电流限制器开启以将输出电容器充电回至标称输出电压。
因此，通过来自电源的输入电流脉冲6来提供用于被放电给负载的10A的短输出电流脉冲2的能量，并通过电流/电压调节器配置来对输入脉冲6进行控制和整形，使得在该示例中最大电流电平6′约为2A且脉冲6的上升时间和下降时间与输出电流脉冲2的上升时间和下降时间相比要长得多。
可以借助于对分立元件(即，电阻、电容器、晶体管等)的选择来对电流/电压调节器配置的特性进行控制和修正，所述电流/电压调节器配置的特性与例如输出电压、最大电流电平以及上升时间和下降时间相关。
对于本领域的技术人员而言，根据上文给出的详细描述，应当已在相当大的充分的程度上阐明了根据本发明的方法和设备的功能。
本发明提供了与现有技术相比的若干优点。因此，由于直流电源1不必被设计/被形成尺寸以处理负载电流/输出电流的峰值电流脉冲，因而预定的受限制的最大电流电平使得可以将直流电源1制成更小。在所给出的示例中，以负载电流比输入电流的形式的减小约为5∶1。
此外，整形后的具有更长的上升时间和下降时间的输入脉冲降低了对该系统的其它部分或相应系统的电磁干扰。
可以通过改变分立元件来容易地修正所述电流/电压调节器配置的特性。
在上文中已经结合示例和优选实施例描述了本发明。
但是，在不偏离基本发明构思的情况下，可以设想另外的实施例以及小的添加和修改。
因此，本发明适用于将直流电能馈送给包括数个元件的天线阵列中(例如脉冲雷达应用中)的多个放大器模块。但是，本发明还适用于其它应用，特别是其特征在于就脉冲电流消耗而言的大范围变化的应用。
就主要是对电流/电压调节配置的详细设计而言，存在许多可能的解决方案以及特定的部件特性等。
因此，本发明不应被认为是限定于所公开的实施例，而是可以在所附的权利要求的范围内变化。

Claims (16)

1.一种用于将直流电能馈送给用于脉冲负载的放大器模块的方法，包括以下步骤：
-从直流电源提供电流脉冲；
-经由调压电源对电流脉冲进行修正以提供输出电压；
-通过所述输出电压对所述放大器模块中的电容器配置(4)进行充电；以及
-从所述电容器配置(4)将电流脉冲馈送给所述负载，
其特征在于经由调压电源对电流脉冲进行修正还包括以下步骤：
-确定在从所述电容器配置(4)馈送给所述负载的期间出现的输出电流(Iout)脉冲(2)的结构；
-基于所确定的输出脉冲电流，从所述直流电源(1)提供脉冲输入电流(Iin)；
-通过控制和脉冲整形电路(8)，将输入电流脉冲(6)的最大电流电平(6′)限制为预定电平，所述预定电平与所述输出电流脉冲(2)的峰值电流(2′)相比更低；以及
-控制输入电流脉冲(6)的波形，以使所述输入电流脉冲的上升时间和下降时间与所述输出电流脉冲(2)的上升时间和下降时间相比而延长。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲负载是天线阵列。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
-所述输出电流脉冲的能量基本上对应于来自所述直流电源的所述输入电流脉冲的能量。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于包括以下步骤：在用于对所述电容器配置(4)进行充电的所述输入电流脉冲的建立期间，通过瞬时电压差感测配置(7)来感测瞬时电压差。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于包括以下步骤：
-在电容器配置(4)充电期间，借助于对基准电压放大器配置(8，10，11)的反馈来对标称输出电压(Uout)进行调节。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于包括以下步骤：提供差动放大器布置和修正电流镜以用于电压调节。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于包括以下步骤：
-控制通路器件(9)的功率晶体管的操作，以限制最大输入电流(Iin)电平(6′)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于包括以下步骤：
-在修正电流镜中提供电容器布置，以用于减少所述输入电流脉冲(6)的上升时间和下降时间。
9.一种用于将直流电能馈送给用于脉冲负载的放大器模块的设备，所述设备包括用于直流电流脉冲供应的直流电源、以及布置在被布置用于被充电的模块中的电容器配置(4)，所述电容器配置(4)被布置用于将脉冲电流馈送给脉冲负载，并且通过调压电源提供输出电压，
其特征在于所述调压电源包括：用于基于所确定的在从所述电容器配置(4)馈送给所述脉冲负载(3)的期间出现的电流(Iout)脉冲(2)的结构、从所述直流电源(1)提供脉冲输入电流(Iin)的装置；以及用于通过控制和脉冲整形电路(8)将输入电流(Iin)脉冲(6)的最大电流电平(6′)限制为预定电平(6′)的装置，所述预定电平(6′)与所述确定的电流脉冲(2)的结构相比更低，其中，
所述控制和脉冲整形电路(8)包括：用于控制所述输入电流脉冲(6)的波形，以使所述输入电流脉冲的上升时间和下降时间与输出电流脉冲(2)的上升时间和下降时间相比而延长的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，所述脉冲负载是天线阵列。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于：所述输出电流脉冲(2)的能量对应于来自所述直流电源的输入脉冲(6)的能量。
12.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于包括：瞬时电压差感测配置(7)，用于在用于对所述电容器配置(4)进行充电的所述输入电流脉冲的建立期间感测瞬时电压差。
13.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于：所述调压电源用于借助于电压缓慢调节电路在电容器配置(4)充电期间对标称输出电压(Uout)进行调节。
14.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于包括差动布置和修正电流镜。
15.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于所述调压电源包括功率晶体管以及用于通过限制最大输入电流电平(6′)来控制所述功率晶体管的操作的装置。
16.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于包括：在修正电流镜中的电容器布置，用于控制所述输入电流脉冲的上升时间和下降时间。
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