CN104965685B - 一种除法器 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种除法器，由2个线性放大电路和最小值电路构成。本发明的除法器通过两个线性函数近似实现除法功能，结构简单，成本低，精度高，与专用除法器芯片的误差在4％以内。

Description

一种除法器

技术领域

本发明涉及模拟电子技术领域，尤其是一种除法器。

背景技术

近年来，随着化石能源和环境污染的日期加剧，可再生能源的发展和应用受到世界各国的广泛关注。在可再生能源发电系统中，由于太阳能和燃料电池等可再生能源的输出为变化范围宽的直流电，电网电压为频率和幅值固定的交流电，因此需要直直变换器把宽范围变化的直流电变换成恒定的直流电送给后级并网逆变器。为了消除宽输入电压对输出电压和电感电流的影响，通常要求在控制系统中加入输入电压前馈信号。而输入电压前馈信号与输入电压成反比，因此需要专门的除法器芯片实现，但现有的除法器芯片价格较高。为了降低成本，有文献提出采用单个线性函数近似的方法，但其误差较大，因此研究精度高、结构简单和成本低的除法器，有着重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中除法器的缺点，提出一种精度高、结构简单和成本低的除法器。

本发明的一种除法器包括第一线性放大电路、第二线性放大电路和最小值电路，其中第一线性放大电路包括第一运算放大器和第一电阻至第四电阻，第二线性放大电路包括第二运算放大器和第五电阻至第八电阻，最小值电路包括第一二极管、第二二极管和第九电阻；输入端分别接第四电阻的一端和第七电阻的一端，且输入端对地电压作为输入电压，第四电阻的另一端连接第一运算放大器的同相端，第一运算放大器的反相端分别接第一电阻的一端、第二电阻的一端和第三电阻的一端，第一电阻的另一端接地，第二电阻的另一端接第一运算放大器的输出端，参考段分别接第三电阻的另一端、第八电阻的一端和第九电阻的一端，且参考端对地电压作为参考电压，第八电阻的另一端分别接第七电阻的另一端和第二运算放大器的同相端，第二运算放大器的反相端分别接第五电阻的一端和第六电阻的一端，第五电阻的另一端接地，第六电阻的另一端接第二运算放大器的输出端，第一二极管的阴极接第一运算放大器的输出端，第二二极管的阴极接第二运算放大器的输出端，第二二极管的阳极分别接第一二极管的阳极、第九电阻的另一端和输出端，且输出端对地电压作为输出电压。

参考电压为控制芯片参考端的电压。输入电压为宽输入电压变换器的输入电压。输出电压为宽输入电压变换器的输入电压前馈信号。该除法器是由2个线性函数实现的除法功能。可通过调节第一电阻至第八电阻的组值实现。

本发明的除法器通过分段线性函数逼近和最小值电路实现除法功能，大大降低了成本、提高了精度且实现简单。可广泛应用于需要实现除法功能的场合，如宽输入电压范围输入电压前馈补偿的场合。

附图说明

图1：除法器电路图；

图2：理论输入电压前馈信号与本除法器输出的输入电压前馈信号波形图及其误差曲线图。

图中的主要符号名称：U_in：输入电压，D₁、D₂：第一、第二二极管，R₁～R₉：第一至第九电阻，U_o：输出电压，U_c：参考电压，U_{o_th}：理论输出电压，U_{o_ap}：本除法器的输出电压，e％：专用除法器和本除法器输出电压的误差的百分比。

具体实施方式

由图1可知，本发明的一种除法器包括第一线性放大电路1、第二线性放大电路2和最小值电路3，其中第一线性放大电路1包括第一运算放大器和第一电阻R₁至第四电阻R₄，第二线性放大电路2包括第二运算放大器和第五电阻R₅至第八电阻R₈，最小值电路3包括第一二极管D₁、第二二极管D₂和第九电阻R₉；输入端分别接第四电阻R₄的一端和第七电阻R₇的一端，且输入端对地电压作为输入电压U_in，第四电阻R₄的另一端连接第一运算放大器的同相端，第一运算放大器的反相端分别接第一电阻R₁的一端、第二电阻R₂的一端和第三电阻R₃的一端，第一电阻R₁的另一端接地，第二电阻R₂的另一端接第一运算放大器的输出端，参考段分别接第三电阻R₃的另一端、第八电阻R₈的一端和第九电阻R₉的一端，且参考端对地电压作为参考电压U_c，第八电阻R₈的另一端分别接第七电阻R₇的另一端和第二运算放大器的同相端，第二运算放大器的反相端分别接第五电阻R₅的一端和第六电阻R₆的一端，第五电阻R₅的另一端接地，第六电阻R₆的另一端接第二运算放大器的输出端；第一二极管D₁的阴极接第一运算放大器的输出端，第二二极管D₂的阴极接第二运算放大器的输出端，第二二极管D₂的阳极分别接第一二极管D₁的阳极、第九电阻R₉的另一端和输出端，且输出端对地电压作为输出电压U_o。

参考电压U_c为控制芯片参考端的电压。输入电压U_in为宽输入电压变换器的输入电压。输出电压U_o为宽输入电压变换器的输入电压前馈信号。该除法器是由2个线性函数实现的除法功能。可通过调节第一电阻R₁至第八电阻R₈的组值实现。

本发明采用2个二极管和1个上拉电阻(即第九电阻)实现了2个电压最小值的选取，所述二极管可选肖特基二极管或常用二极管，如1N4148。第一和第二运算放大器采用1个双运放的芯片，如LF353，LM358等。

具体阻值选取步骤如下：首先在输入电压最大值和最小值处将对应的理论函数值进行傅里叶级数展开，确定2个线性函数的斜率范围；然后绘制理论函数的波形图，初步估算2个线性函数交点的范围；最后采用仿真软件求理论函数和分段线性函数误差绝对值百分比的最小值，从而解出对应电阻的最优解。

具体实例：若输入电压前馈信号为

则经过优化后本除法器的阻值为：R₁＝37.622kΩ，R₂＝10kΩ，R₃＝20.235kΩ，R₄＝6kΩ，R₅＝10kΩ，R₆＝10kΩ，R₇＝17.347kΩ，R₈＝141.716kΩ，R₉＝10kΩ。

图2给出了式(1)所得波形和本除法器所得波形，以及两者误差相对值e％。两者误差相对值e％为

从图2可知，e％小于4％，因此本除法器具有很高的精度，且采用1个运算放大器芯片，9个电阻和2个二极管即可实现，降低了成本。

Claims (6)

1.一种除法器，其特征在于该除法器由2个线性放大电路和最小值电路构成，该除法器包括第一线性放大电路(1)、第二线性放大电路(2)和最小值电路(3)，其中第一线性放大电路(1)包括第一运算放大器和第一电阻(R₁)至第四电阻(R₄)，第二线性放大电路(2)包括第二运算放大器和第五电阻(R₅)至第八电阻(R₈)，最小值电路(3)包括第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)和第九电阻(R₉)；输入端分别接第四电阻(R₄)的一端和第七电阻(R₇)的一端，且输入端对地电压作为输入电压(U_in)，第四电阻(R₄)的另一端连接第一运算放大器的同相端，第一运算放大器的反相端分别接第一电阻(R₁)的一端、第二电阻(R₂)的一端和第三电阻(R₃)的一端，第一电阻(R₁)的另一端接地，第二电阻(R₂)的另一端接第一运算放大器的输出端，参考端分别接第三电阻(R₃)的另一端、第八电阻(R₈)的一端和第九电阻(R₉)的一端，且参考端对地电压作为参考电压(U_c)，第八电阻(R₈)的另一端分别接第七电阻(R₇)的另一端和第二运算放大器的同相端，第二运算放大器的反相端分别接第五电阻(R₅)的一端和第六电阻(R₆)的一端，第五电阻(R₅)的另一端接地，第六电阻(R₆)的另一端接第二运算放大器的输出端；第一二极管(D₁)的阴极接第一运算放大器的输出端，第二二极管(D₂)的阴极接第二运算放大器的输出端，第二二极管(D₂)的阳极分别接第一二极管(D₁)的阳极、第九电阻(R₉)的另一端和输出端，且输出端对地电压作为输出电压(U_o)。

2.根据权利要求1所述的除法器，所述参考电压(U_c)为控制芯片参考端的电压。

3.根据权利要求1所述的除法器，所述输入电压(U_in)为宽输入电压变换器的输入电压。

4.根据权利要求1所述的除法器，所述输出电压(U_o)为宽输入电压变换器的输入电压前馈信号。

5.根据权利要求1所述的除法器，该除法器是由2个线性函数实现的除法功能。

6.根据权利要求2所述的除法器，该除法器可通过调节第一电阻(R₁)至第八电阻(R₈)的阻值实现。