CN106527561A - 一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路 - Google Patents

一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路，包括输入电压电路、DC/DC变换器、磁调谐器件、电流取样电路、设定电压电路、误差放大电路、滤波电路、线性恒流源电路、电压跟踪电路，所述电压跟踪电路用于获取DC/DC电路输出端和磁调谐器件输入端的压差，并产生控制电压至DC/DC变换器的控制端，使DC/DC变换器的输出电压比线性恒流源电路的输出电压高固定值。本发明采用电压跟踪技术使DC/DC跟踪后级磁调谐器件所需电压，不论磁调谐器件工作在何种状态下，DC/DC输出始终只比所需电压高固定值，从而最大限度的减小系统功耗，提高驱动效率。解决了现有磁调谐器件驱动效率低的问题，具有很强的实用价值。

Description

一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路
技术领域
本发明涉及一种磁调谐驱动电路，尤其涉及一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路。
背景技术
磁调谐器件工作时需要提供高精度、可调谐的恒定磁场，目前常用实现方法为通过驱动器提供恒定电流实现恒定磁场，一般采用如本发明图1所示的单级线性恒流电路构成驱动器，该电路通过电流取样电路获得通过磁调谐器件绕组的电流值，然后与设定电压进行比较，通过V/I放大电路控制达林顿管的导通电阻，从而改变施加于磁调谐器件绕组上的电流，在磁调谐器件内部获得可调谐的恒定磁场，该电路可以获得性能优良的恒定磁场。
另一种改进思路是单级开关恒流电路，其原理如本发明图2，该电路通过采样，反馈的方式实现，但采用DC/DC变换电路实现恒流，即电流取样后反馈至DC/DC电路的设定端，通过改变DC/DC电压输出实现磁调谐，采用PWM模式的DC/DC大幅提升了系统效率。
但单级线性恒流的问题在于：
1、工作电压范围窄，效率低。
由于输入输出电流相等，因此其驱动效率η为：
其中，Vd为磁调谐器件工作电压，Vi为输入电压。
从该式可知，驱动效率随着输入电压的升高而急剧降低，而磁调谐器件的驱动器一般和系统配用，一般由用户提供12V/24V总线电压，如果要提高效率，则需要用户提供特定的电压。
2、达林顿管压降过大
达林顿管饱和电压约2V，大量的功率消耗在达林顿管上，因此需要选择大体积的器件，并采取足够的散热措施，即便这样，达林顿管的温升依然很高。
以ZJS00806J7型数控YIG带通滤波器为例，其最大工作频率为6GHz，所需最大驱动电流为460mA，此时工作电压为4.8V，当用户提供输入电压为9V时，驱动效率为53％，其中有约2W的功率以热能的形式浪费掉，该热量导致系统温度升高，降低了系统可靠性。当用户采用12V或24V总线电压驱动时，则效率更低，温升更高。
单级开关恒流电路可以实现高转换效率，但其输出所包含的开关纹波电压会耦合至磁调谐器件，从而影响微波性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决上述问题的方案，可以适应宽输入电压范围，同时大幅提高驱动效率，降低系统功耗和产品温升，提高产品可靠性，同时具备高性能和低干扰的优点的一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路，包括输入电压电路、DC/DC变换器，磁调谐器件、电流取样电路、设定电压电路、误差放大电路，还包括线性恒流源电路、电压跟踪电路；
所述输入电压电路经DC/DC变换器、线性恒流源电路后接磁调谐器件，使磁调谐器件内部产生恒定磁场，所述磁调谐器件输出端经电流取样电路后，与设定电压电路同时接入到误差放大电路中；
所述误差放大电路的输出端连接线性恒流源电路的控制端；用于放大设定电压与电流采样电路输出电压的差值，并将差值电压送入线性恒流源电路的控制端，控制其输出电流的大小；
所述电压跟踪电路包括两个输入端和一个输出端，其中两输入端分别连接到DC/DC变换器输出端和磁调谐器件输入端，输出端连接DC/DC变换器的控制端；用于获取DC/DC变换器输出端和磁调谐器件输入端的压差，并产生控制电压至DC/DC变换器的控制端，使DC/DC变换器的输出电压比线性恒流源电路的输出电压高固定值。
作为优选：所述输入电压电路和DC/DC变换器间还设有滤波电路。
作为优选：所述电压跟踪电路为差分放大电路。
作为优选：所述滤波电路为PI型滤波电路，所述DC/DC变换器为BUCK变换型DC/DC或Boost变换型DC/DC，所述电流取样电路为高精度高稳定性无感电阻或电阻放大器组合，所述误差放大电路为加法器电路或误差比较电路。
其中，所述滤波电路用于对输入电压进行滤波；
所述DC/DC变换器开始时用于将滤波后的输入电压预稳压为合适的中间值电压；
所述线性恒流源电路用于提供恒定电流,从而在磁调谐器件内部产生所需恒定磁场同时消除前级DC/DC产生的开关纹波电压；
所述磁调谐器件内部磁场强度随电流变化；
所述误差放大电路用于放大设定电压与电流采样电路输出电压的差值；
所述设定电压电路用于产生设定电压，我们通过改变设定电压电路的电压输入值，可以改变误差放大电路的输出电压，从而改变线性恒流源电路输出电流的大小，最终改变磁场强度；
所述电压跟踪电路始终跟踪DC/DC电路输出端和磁调谐器件输入端的压差，并产生控制电压至DC/DC变换器的控制端，使DC/DC变换器的出电压比线性恒流源电路的输出电压高固定值。
本发明中，滤波电路可以是PI型滤波电路及其他滤波电路，所述DC/DC变换器为BUCK变换型DC/DC或Boost变换型DC/DC等形式，所述电流取样电路为高精度高稳定性无感电阻或电阻和放大电路的组合等其他形式，所述误差放大电路为加法器电路或误差比较电路等形式。
磁调谐器件是以磁性材料为谐振元件，通过磁场进行调谐的器件，器件可以是振荡器或滤波器，谐振元件材料可以是单晶或多晶，形状可以是球形、块状或膜片形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用电压跟踪技术，使得DC/DC输出始终跟踪后级线性恒流源所需电压，高固定值，从而最大限度的减小系统功耗，提高驱动效率。该驱动电路可解决现有磁调谐器件驱动效率低的问题，有利于提高驱动效率，具有很强的实用价值。
附图说明
图1为现有技术中的单级线性恒流电路；
图2为现有技术中的单级开关恒流电路；
图3为本发明的电路原理图；
图4为本发明实施例2的电路图；
图5为现有技术和实施例2不同输入电压下的效率对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1到图3，
一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路，包括输入电压电路、DC/DC变换器，磁调谐器件、电流取样电路、设定电压电路、误差放大电路，还包括线性恒流源电路、电压跟踪电路；
所述输入电压电路经DC/DC变换器、线性恒流源电路后接磁调谐器件，使磁调谐器件内部产生恒定磁场，所述磁调谐器件输出端经电流取样电路后，与设定电压电路同时接入到误差放大电路中；
所述误差放大电路的输出端连接线性恒流源电路的控制端；用于放大设定电压与电流采样电路输出电压的差值，并将差值电压送入线性恒流源电路的控制端，控制其输出电流的大小；
所述电压跟踪电路包括两个输入端和一个输出端，其中两输入端分别连接到DC/DC变换器输出端和磁调谐器件输入端，输出端连接DC/DC变换器的控制端；用于获取DC/DC变换器输出端和磁调谐器件输入端的压差，并产生控制电压至DC/DC变换器的控制端，使DC/DC变换器的输出电压比线性恒流源电路的输出电压高固定值。
本实施例中，所述输入电压电路和DC/DC变换器间还设有滤波电路，所述电压跟踪电路为差分放大电路，所述滤波电路为PI型滤波电路，所述DC/DC变换器为BUCK变换型DC/DC或Boost变换型DC/DC，所述电流取样电路为高精度高稳定性无感电阻或电阻放大器组合，若采用大电阻，则使用一个额电阻采样即可，若为小电阻采样，则配合放大器使用，所述误差放大电路为加法器电路或误差比较电路。
当然，各模块不仅限于本实施例中所述的形式。
首先，输入电压经滤波电路滤波，DC/DC变换器预稳压为合适的中间值电压，提供给线性恒流源电路，由其产生恒流来使磁调谐器件产生磁场，通过改变设定电压，能最终改变限定恒流源电路的恒流输出的大小，从而改变磁场，而电压跟踪电路保证DC/DC输出和磁调谐器件输入始终为固定值。从而最大限度的减小系统功耗，提高驱动效率。
所述高效能驱动技术效率为：
其中，η为驱动器总体效率，Vd为磁调谐器件工作电压，△V为跟踪电压，ηd为DC/DC的转换效率。
采用所述高效能驱动技术比单级线性恒流技术节约的功率为：
其中，Id为磁调谐器件工作电流。
实施例2：参见图4和图5，为了更进一步的说明本发明的方案，参见图4，根据本发明思路，设计了一种具体的电路。
图中，所述输入电压范围为7～36VDC；
L2、C3、C4构成PI型滤波电路，滤除DC/DC电路对前级电路的干扰，
U2、C1、L1、C2构成BUCK变换型DC/DC，其中U2采用LT8609，但不排除其它DC/DC控制芯片，其输出电压受后级电压跟踪电路控制；
R1，R2，R3，R6，Q2，C5构成差分放大电路，实现电压跟踪功能，本实例中保证Q1两端电压差始终为0.8V；
电流采样电路选用采样电阻R4，通过检测电流获得磁调谐器件的磁场强度，并将电流转换为电压；
U3为参考电压设置电路，其为高精度DAC，通过SPI控制改变设定电压从而改变YIG工作频率；
R8，R5，U4，C6为误差放大电路，用于放大设定电压和电流检测电压的差值；
Q1为高性能N型MOSFET，其受误差电压的控制实现恒流输出。
输入电压经PI型滤波电路滤波，经DC/DC变换器转换后，磁调谐器件的输出电压由电阻R4取样，和设定电压一起送入误差放大电路中，通过改变设定电压的电压值，可以改变误差电压，从而达到改变YIG工作频率的目的。
采用本实施例和现有技术的方法进行效率对比如图5，可见采用本发明电路后，效率大幅度提高。
当然，本实施例仅为本发明的一种方式，其余电路能符合本发明思路，均在本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路，包括输入电压电路、DC/DC变换器，磁调谐器件、电流取样电路、设定电压电路、误差放大电路，其特征在于：还包括线性恒流源电路、电压跟踪电路；
所述输入电压电路经DC/DC变换器、线性恒流源电路后接磁调谐器件，使磁调谐器件内部产生恒定磁场，所述磁调谐器件输出端经电流取样电路后，与设定电压电路同时接入到误差放大电路中；
所述误差放大电路的输出端连接线性恒流源电路的控制端；用于放大设定电压与电流采样电路输出电压的差值，并将差值电压送入线性恒流源电路的控制端，控制其输出电流的大小；
所述电压跟踪电路包括两个输入端和一个输出端，其中两输入端分别连接到DC/DC变换器输出端和磁调谐器件输入端，输出端连接DC/DC变换器的控制端；用于获取DC/DC变换器输出端和磁调谐器件输入端的压差，并产生控制电压至DC/DC变换器的控制端，使DC/DC变换器的输出电压比线性恒流源电路的输出电压高固定值。
2.根据权利要求1所述的一种高效率磁调谐器件驱动电路，其特征在于：所述输入电压电路和DC/DC变换器间还设有滤波电路。
3.根据权利要求1或2所述的一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路，其特征在于：所述电压跟踪电路为差分放大电路。
4.根据权利要求2所述的一种带电压跟踪的高效率磁调谐器件驱动电路，其特征在于：所述滤波电路为PI型滤波电路，所述DC/DC变换器为BUCK变换型DC/DC或Boost变换型DC/DC，所述电流取样电路为高精度高稳定性无感电阻或电阻放大器组合，所述误差放大电路为加法器电路或误差比较电路。
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