CN106787783B - 一种宽频功率源系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种宽频功率源系统，包括：功放电源、电压功率放大器、电流功率放大器、升压器、升流器、高精度宽频电压变换器和高精度宽频电流变换器，其中：功放电源分别与电压功率放大器和电流功率放大器电连接；电压功率放大器通过升压器与高精度宽频电压变换器电连接；电流功率放大器通过升流器与高精度宽频电流变换器电连接。输入系统的信号首先功率放大，然后又进行升压、升流处理，最终经过高精度宽频电压变换器和高精度宽频电流变换器后，输出具有高精度宽频功率的电压电流信号，同时会将输出的信号进行采样反馈送回信号源处，调整输入信号的准确度和稳定度，提高了宽频功率源的稳定度，确保宽频功率源各输出的不失真功率放大。

Description

一种宽频功率源系统

技术领域

本发明涉及电力系统设备技术领域，特别是涉及一种宽频功率源系统。

背景技术

电力系统设备是维持电力系统正常运作的器件，因此需要对电力系统设备进行长期的研究，以使得电力系统设备进一步优化。其中功率源就是一种必不可少的电力系统设备。由于实际的需要，功率源系统越来越得到重视。

传统常用的功率源一般为交流谐波标准功率源，交流谐波标准功率源实现的技术是在交流谐波功率稳定源的基础上加上独立的精密多功能标准表，通过通讯接口交换调节信息，简称“源表技术”。为保证稳定源输出各标准信号源的不失真功率放大，通过采用反馈的方法来处理，改善稳定源最重要的性能指标“稳定度”，而现有的精密稳定源并不具有长期稳定性。

上述交流谐波标准功率源主要缺陷有：标准表或标准表模块测量的量值与功率源反馈需要的量值并不完全一致，例如，标准表或标准表模块测量基波时仅给出电压与电流之间的相位，满足不了功率源要求的电压电流通道独立动态跟踪设定与反馈的需求。使得交流谐波标准功率源中输出的电压、电流信号失真大，稳定性差。

发明内容

本发明实施例中提供了一种宽频功率源系统，以解决现有技术中的功率源输出的电压、电流信号失真大，稳定性差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种宽频功率源系统，包括：功放电源、电压功率放大器、电流功率放大器、升压器、升流器、高精度宽频电压变换器和高精度宽频电流变换器，其中：

所述功放电源分别与所述电压功率放大器和所述电流功率放大器电连接；

所述电压功率放大器通过所述升压器与所述高精度宽频电压变换器电连接；

所述电流功率放大器通过所述升流器与所述高精度宽频电流变换器电连接。

优选地，所述高精度宽频电压变换器包括：双极电压互感器、档位切换继电器阵列和单片机，所述双极电压互感器与所述档位切换继电器阵列电连接；

所述单片机与所述档位切换继电器阵列电连接，用于向所述档位切换继电器阵列传输控制信号。

优选地，所述双极电压互感器包括第一级互感器和第二级互感器，所述第一级互感器和所述第二级互感器电连接。

优选地，所述电压功率放大器还与所述高精度宽频电压变换器电连接，所述电流功率放大器还与所述高精度宽频电流变换器电连接。

优选地，所述电压功率放大器、和所述电流功率放大器均设置有信号输入端。

优选地，所述高精度宽频电压变换器设置有电压信号输出端，所述高精度宽频电流变换器设置有电流信号输出端。

优选地，所述高精度宽频电压变换器还设置有电压反馈采样输出端，所述高精度宽频电流变换器还设置有电流反馈采样输出端。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种宽频功率源系统，包括：功放电源、电压功率放大器、电流功率放大器、升压器、升流器、高精度宽频电压变换器和高精度宽频电流变换器，其中：所述功放电源分别与所述电压功率放大器和所述电流功率放大器电连接；所述电压功率放大器通过所述升压器与所述高精度宽频电压变换器电连接；所述电流功率放大器通过所述升流器与所述高精度宽频电流变换器电连接。输入所述系统的信号首先功率放大，然后进行升压、升流处理，最终经过高精度宽频电压变换器和高精度宽频电流变换器后，输出具有高精度宽频功率的电压电流信号，同时会将输出的信号进行采样反馈送回信号源处，调整输入信号的准确度和稳定度，进而提高了宽频功率源的稳定度，确保宽频功率源各输出的不失真功率放大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种宽频功率源系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高精度宽频信号源的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种高精度宽频电压变换器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种双极电压互感器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明实施例提供的一种宽频功率源系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：功放电源、电压功率放大器、电流功率放大器、升压器、升流器、高精度宽频电压变换器和高精度宽频电流变换器。

所述功放电源分别与所述电压功率放大器和所述电流功率放大器电连接，所述功放电源用于向所述电压功率放大器和所述电流功率放大器供电，维持所述电压功率放大器和所述电流功率放大器的正常工作。所述电压功率放大器和所述电流功率放大器均设置有信号输入端，所述信号输入端用于输入测试信号，测试信号由一高精度宽频信号源产生。

图2为一种高精度宽频信号源的结构示意图，如图2所示，所述信号源包括：ARM系统、可编程逻辑器件、数字模拟转换器、幅值调整电路和反馈采样控制。信号源主要用于产生功率源所需要的各种信号波形信号，特别是谐波信号，供功率放大器放大输出满足系统工作测试需要的电压电流。高精度宽频信号源是基于直接数字频率合成法、大规模的可编程逻辑器件和高速高精度的DA设计。本发明通过可编程逻辑器件按直接数字频率合成法去构建正弦波信号源。

ARM系统根据测试需求，发送控制命令给可编程逻辑器件，运用直接数字频率合成法产生数字信号，通过高速DA产生满足需要的波形信号，通过幅值调整电路控制输出信号幅值。反馈采样控制电路对功率源反馈采样获得的信号进行数字采样，通过矢量跟踪反馈方法对信号输出控制参数进行调整，从而保证功率源输出准确稳定的电流电压信号。

直接数字频率合成法的核心是一个相位累加器，累计器在时钟的控制节拍下，输出值每拍按步进量按一定的数值递增，作为有限容量的累加器在时钟节拍控制下其输出值会在不断累加下溢出，溢出的余值不丢失并在时钟的不断作用下又继续按步进量递增累加，如此循环不断。

信号源通过系统控制器输出各种工频及谐波波形，经过所述电压功率放大器、所述电流功率放大器进行信号放大。所述电压功率放大器通过所述升压器与所述高精度宽频电压变换器电连接，所述升压器将所述电压功率放大器输出的信号电压进行提升，提升电压后的信号传输给高精度宽频电压变换器，所述高精度宽频电压变换器将输入的信号处理后，输出一宽频电压信号。所述电流功率放大器通过所述升流器与所述高精度宽频电流变换器电连接，所述升流器将所述电流功率放大器输出的信号的电流进行提升，提升电流后的信号传输给高精度宽频电流变换器，所述高精度宽频电流变换器将输入的信号处理后输出一宽频电流信号。所述高精度宽频电压变换器还设置有电压反馈采样输出端，所述高精度宽频电流变换器还设置有电流反馈采样输出端。其中所述高精度宽频电压变换器会向所述电压功率放大器返回一电压反馈信号，所述电压反馈信号可以使电压功率放大器根据反馈回的信号对输入的信号进行初步的调整，以满足最终输出的需要。所述高精度宽频电流变换器会向所述电流功率放大器返回一电流反馈信号，同理，电流功率放大器根据电流反馈信号也对输入的信号进行初步的调整。

如图3所示，本实施例中的高精度宽频电压变换器，包括双极电压互感器、档位切换继电器阵列和单片机，所述双极电压互感器与所述档位切换继电器阵列电连接。所述单片机与所述档位切换继电器阵列电连接，用于向所述档位切换继电器阵列传输控制信号。其中，高精度宽频电压变换器核心由具有4个电压档位的双级电压互感器构成，通过单片机实现本地手动或远程自动控制切换电压档位。

如图4所示，所述双极电压互感器包括第一级互感器和第二级互感器，所述第一级互感器和所述第二级互感器电连接。双级电压互感器相当于将第一级互感器的空载压降加在第二级互感器的一次绕组，使第二级互感器空载压降减小，而双级电压互感器的误差由第二级互感器空载压降决定，为第一级互感器和第二级互感器空载误差的乘积的负值，也等于第一级互感器和第二级互感器的一次绕组内阻抗和励磁导纳乘积的负值，双级电压互感器设计电压比例为50V：4V、100V：4V、200V：4V、400V：4V。

本实施例中，高精度宽频电流变换器由精密宽频双级电流互感器和电流/电压(I/U)变换器构成。高精度宽频电流互感器的作用是将大电流比例变换为80mA的小电流，I/U变换器的作用是将此电流比例变换为4V电压输出。精密宽频双级电流互感器是一种特殊电流互感器，它是由两级电流互感器组成的，其中第一级电流互感器与一般的电流互感器相同，而第二级电流互感器是将第一级互感器的励磁安匝作为第二级互感器的一次安匝。I/U变换器是将精密宽频双级电流互感器的二次电流变换成4V电压。I/U变换器采用的方法是将双级电流互感器二次绕组的主回路电流和检测绕组的电流分别独立检测并转换成电压，再将放大变换的两路电压输入到加法运算放大器求和，完成了有源阻抗的矢量电压合成输出。

本实施例中，所述电压功率放大器和所述电流功率放大器均采用线性功率放大器，来保证输出稳定，减小失真；功放电源采用变压器整流方式，减少开关电源对信号的影响。功率源的反馈跟踪使用了互感器测差理论，信号源合成的输出电压与自身反馈电压的差压可分解为比差和角差，能进行数字补偿，其中比差是调整DA的直流参考电压，角差调整是数字合成器的相位高速计数器。在电压、电流通道中，采样功率源本身的交流模拟信号输出，并将采样输出信号与信号源输出信号进行比较获得差值信号，把差值信号、信号源的输出信号以及采样输出信号同时作为反馈信号，提供给信号源作精密反馈补偿。本申请实施例中所述的差值信号的获得，是通过将采样输出信号反相后与信号源的输出信号经比例积分后获得两者的差值信号。差值信号交替与信号源输出信号、采样输出信号同步反馈输入到信号源作反馈补偿。差值信号、信号源的输出信号、采样器的采样输出信号经模数转换器转换成数字信号，然后反馈输入到信号源作反馈数字补偿。

由上述实施例可见，本发明实施例提供的一种宽频功率源系统，包括：功放电源、电压功率放大器、电流功率放大器、升压器、升流器、高精度宽频电压变换器和高精度宽频电流变换器，其中：所述功放电源分别与所述电压功率放大器和所述电流功率放大器电连接；所述电压功率放大器通过所述升压器与所述高精度宽频电压变换器电连接；所述电流功率放大器通过所述升流器与所述高精度宽频电流变换器电连接。输入所述系统的信号首先功率放大，然后进行升压、升流处理，最终经过高精度宽频电压变换器和高精度宽频电流变换器后，输出具有高精度宽频功率的电压电流信号，同时会将输出的信号进行采样反馈送回信号源处，调整输入信号的准确度和稳定度，进而提高了宽频功率源的稳定度，确保宽频功率源各输出的不失真功率放大。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种宽频功率源系统，其特征在于，包括：功放电源、电压功率放大器、电流功率放大器、升压器、升流器、高精度宽频电压变换器和高精度宽频电流变换器，其中：

所述功放电源分别与所述电压功率放大器和所述电流功率放大器电连接；

所述电压功率放大器通过所述升压器与所述高精度宽频电压变换器电连接；

所述电流功率放大器通过所述升流器与所述高精度宽频电流变换器电连接；

所述电压功率放大器和所述电流功率放大器均设置有信号输入端，所述信号输入端用于输入测试信号，所述测试信号由一高精度宽频信号源产生，其中，所述高精度宽频信号源包括ARM系统、可编程逻辑器件、数字模拟转换器、幅值调整电路和反馈采样控制电路；

所述ARM系统用于根据测试需求，发送控制命令给所述可编程逻辑器件；

所述可编程逻辑器件用于根据直接数字频率合成法产生数字信号；

所述幅值调整电路用于控制输出信号幅值；

所述反馈采样控制电路用于调整信号输出控制参数；

所述高精度宽频电压变换器包括：双极电压互感器、档位切换继电器阵列和单片机，所述双极电压互感器与所述档位切换继电器阵列电连接；

所述单片机与所述档位切换继电器阵列电连接，用于向所述档位切换继电器阵列传输控制信号。

2.根据权利要求1所述的宽频功率源系统，其特征在于，所述双极电压互感器包括第一级互感器和第二级互感器，所述第一级互感器和所述第二级互感器电连接。

3.根据权利要求1所述的宽频功率源系统，其特征在于，所述电压功率放大器还与所述高精度宽频电压变换器电连接，所述电流功率放大器还与所述高精度宽频电流变换器电连接。

4.根据权利要求1所述的宽频功率源系统，其特征在于，所述高精度宽频电压变换器设置有电压信号输出端，所述高精度宽频电流变换器设置有电流信号输出端。

5.根据权利要求4所述的宽频功率源系统，其特征在于，所述高精度宽频电压变换器还设置有电压反馈采样输出端，所述高精度宽频电流变换器还设置有电流反馈采样输出端。