CN107453733A - 一种温度自适应的铁氧体开关驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种温度自适应的铁氧体开关驱动器，该驱动器包括：该铁氧体开关驱动器包括：单状态触发电路、RS触发电路、预放大电路、电压比较电路、铁氧体开关驱动电路、运算放大电路；所述单状态触发电路、RS触发电路、预放大电路和铁氧体开关驱动电路依次连接；所述电压比较电路一端连接所述铁氧体开关驱动电路，另一端连接所述RS触发电路；所述运算放大电路一端连接所述电压比较电路，另一端连接所述铁氧体开关驱动电路。通过本发明对铁氧体材料脉冲电流进行采集和运算处理，在不使用温度传感器的情况下，对铁氧体材料的温度信息进行提取进而进行相关激励补偿，解决传统温度补偿方法补偿精度较差的问题，提高铁氧体开关的宽温性能指标。

Description

一种温度自适应的铁氧体开关驱动器
技术领域
本发明属于铁氧体开关驱动器领域，尤其涉及一种温度自适应的铁氧体开关驱动器领域。
背景技术
铁氧体开关具有改变微波信号传输通道的功能，目前广泛应用于地面、机载和卫星雷达领域。铁氧体开关主要由微波传输线腔体、铁氧体材料、线圈以及驱动器等构成，其中铁氧体材料和线圈位于微波传输线腔体内部，驱动器位于微波传输线腔体外部。驱动器作为铁氧体开关的重要组成部分，其主要功能为接收上级开关切换控制信号，对双线圈交替产生脉冲电流激励，改变铁氧体材料的微波特性，进而实现微波信号的通道切换。由于铁氧体为温度敏感材料，受到外部工作环境温度与传输高功率微波信号的影响，铁氧体开关在工作时，微波传输线腔体内部的铁氧体材料温度会发生变化，使得铁氧体开关性能指标变差，利用驱动器激励补偿是提高铁氧体开关在宽温范围内的性能指标的主要手段。
传统带有温度补偿功能的铁氧体开关驱动器通常将温度传感器置于微波传输线外部进行工作环境温度采集进而补偿，但是由于微波传输线腔体本身存在温度梯度，因此温度传感器采集温度与铁氧体材料的实际温度存在偏差，从而造成补偿精度差，影响铁氧体开关的性能指标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：传统铁氧体开关驱动器在进行温度补偿时，由于温度传感器采集温度与铁氧体材料的实际温度存在偏差，从而导致铁氧体开关宽温性能指标变差。
为解决上面的技术问题，本发明提供了一种温度自适应的铁氧体开关驱动器，该铁氧体开关驱动器包括：单状态触发电路、RS触发电路、预放大电路、电压比较电路、铁氧体开关驱动电路、运算放大电路；
所述单状态触发电路，用于根据控制信号的状态输出负脉冲信号；
所述RS触发电路，用于根据所述负脉冲信号输出高电平信号；
所述预放大电路，用于将所述高电平信号放大，以触发所述铁氧体开关驱动电路导通；
所述铁氧体开关驱动电路，用于在导通后，根据电路中的电流变化以及铁氧体材料温度的变化，输出周期脉冲电压VP；
所述运算放大电路，用于对所述周期脉冲电压进行自适应调节运算，得到运算电压；
所述电压比较电路，用于判断所述周期脉冲电压是否大于与所述运算电压，若大于，则输出高电平信号至所述RS触发电路，以便所述RS触发电路输出低电平信号，所述预放大电路将所述低电平信号放大，以触发所述铁氧体开关驱动电路关闭。
本发明的有益效果：通过对铁氧体材料脉冲电流进行采集和运算处理，在不使用温度传感器的情况下，对铁氧体材料的温度信息进行提取进而进行相关激励补偿，解决传统温度补偿方法补偿精度较差的问题，提高铁氧体开关的宽温性能指标。
进一步地，所述运算放大电路包括：依次连接的运算放大电路A、运算放大电路B、运算放大器电路；
所述运算放大电路A，用于对所述周期脉冲电压进行低通滤波，得到平滑电压；
所述运算放大电路B，用于对所述平滑电压进行缓冲；
所述运算放大电路C，用于对缓冲后的所述平滑电压进行调节运算，得到所述运算电压。
上述进一步地有益效果：通过采用运算放大器的缓冲运算处理，使得在不使用温度传感器的情况下，对铁氧体材料的温度信息进行提取进而进行相关激励补偿，实现了铁氧体开关驱动器驱动电流的温度自适应控制。
进一步地，所述铁氧体开关驱动电路的输出端VP通过电阻R1一端接地。
进一步地，所述铁氧体开关驱动电路包括：场效应功率管A、场效应功率管B、铁氧体线圈A和铁氧体线圈B；
所述场效应功率管A的栅极以及所述场效应功率管B的栅极分别与所述预放大电路连接；
所述场效应功率管A的源极与铁氧体线圈A、铁氧体线圈B和所述铁氧体线圈B的源极连接。
进一步地，所述运算放大电路A包括：运算放大器A；
所述运算放大器A的同向输入端与所述铁氧体开关驱动电路的输出端VP连接；
所述运算放大器A的反向输入端与电阻R2一端连接；
所述运算放大器A的输出端与所述运算放大器B的同向输入端连接；所述电阻R2另一端接地。
进一步地，所述运算放大电路A还包括：电阻R3和电容C1；
所述电阻R3和所述电容C1分别并联在所述运算放大器A的反向输入端与所述运算放大器A的输出端之间。
上述进一步地有益效果：运算放大器A、电阻R3和电容C1构成一个低通滤波器，当铁氧体开关工作于一个固定的开关频率时，电阻R1上产生周期稳定的脉冲电压波形VP，由于低通滤波器的积分平滑特性，经过一定的稳定时间，运算放大器A输出相对稳定的电压，该电压值随着VP周期脉冲电压对时间的积分值变化而变化。
进一步地，所述运算放大电路B包括：运算放大器B；
所述运算放大器B的反向输入端与所述运算放大器B的输出端连接，同时所述运算放大器B的反向输入端与所述运算放大器B的输出端的公共端与电阻R4一端连接；所述电阻R4另一端与所述运算放大电路C的反向输入端连接。
上述进一步地有益效果：运算放大器B在这里起到缓冲作用。
进一步地，所述运算放大电路C包括：运算放大器C；
所述运算放大器C的同向输入端接地，所述运算放大器C的输出端与所述电压比较电路连接。
进一步地，所述运算放大电路C还包括：电阻R5；所述电阻R5一端连接在所述运算放大器C的反向输入端，另一端连接在所述运算放大器C的输出端。
进一步地，所述运算放大电路C还包括：电阻R6、电阻R7；所述电阻R6一端与所述运算放大器C的同向输入端连接，另一端接外部电压；所述电阻R7一端与所述运算放大器C的同向输入端连接，另一端接地。
附图说明
图1为本发明的一种温度自适应的铁氧体开关驱动器的结构示意图；
图2为本发明实施例中的铁氧体开关驱动器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明的一种温度自适应的铁氧体开关驱动器的结构示意图。
如图1所示，本实施例1是一种温度自适应的铁氧体开关驱动器，该铁氧体开关驱动器包括：单状态触发电路、RS触发电路、预放大电路、电压比较电路、铁氧体开关驱动电路、运算放大电路；
所述单状态触发电路，用于根据控制信号的状态输出负脉冲信号；
所述RS触发电路，用于根据所述负脉冲信号输出高电平信号；
所述预放大电路，用于将所述高电平信号放大，以触发所述铁氧体开关驱动电路导通；
所述铁氧体开关驱动电路，用于在导通后，根据电路中的电流变化以及铁氧体材料温度的变化，输出周期脉冲电压VP；
所述运算放大电路，用于对所述周期脉冲电压进行自适应调节运算，得到运算电压；
所述电压比较电路，用于判断所述周期脉冲电压是否大于与所述运算电压，若大于，则输出高电平信号至所述RS触发电路，以便所述RS触发电路输出低电平信号，所述预放大电路将所述低电平信号放大，以触发所述铁氧体开关驱动电路关闭。
需要说明的是，在本实施例中是所述单状态触发电路、RS触发电路、预放大电路和铁氧体开关驱动电路依次连接；所述电压比较电路一端连接所述铁氧体开关驱动电路，另一端连接所述RS触发电路；所述运算放大电路一端连接所述电压比较电路，另一端连接所述铁氧体开关驱动电路。
当控制信号为低电平时，单状态触发电路就会输出高电平此时铁氧体开关线圈A和线圈B中无电流流过，电阻R1两端电压，即VP电压为零，电压比较器的输出为低电平。
当控制信号由低电平跳变到高电平时，单状态触发电路输出负脉冲，RS触发电路输出高电平，预放大电路输出高电平，场效应功率管A导通，铁氧体开关线圈A中开始有激励电流通过。随着线圈A中的电流增加，VP电压升高，当VP电压超过运算放大器C的输出值时，电压比较器的输出端由低电平跳变为高电平进入RS触发电路的输入端位置，RS触发电路的输出由低电平跳变为高电平，预放大电路输出低电平，将场效应功率管A关闭，线圈A中的电流截止，将铁氧体开关激励至第一微波通道。
当控制信号由高电平跳变到低电平时，单稳态触发电路输出负脉冲，RS触发电路的输出为低电平，预放大电路输出高电平，场效应功率管B导通，铁氧体开关线圈B中开始有激励电流通过。随着线圈B中的电流增加，VP电压随之升高，当VP电压超过运算放大器C的输出值时，电压比较器的输出端由低电平跳变为高电平，RS触发电路的输出由低电平跳变为高电平，预放大电路输出低电平，将场效应功率管B关闭，线圈B中的电流截止，将铁氧体开关激励至第二微波通道。
通过对铁氧体材料脉冲电流进行采集和运算处理，在不使用温度传感器的情况下，对铁氧体材料的温度信息进行提取进而进行相关激励补偿，解决传统温度补偿方法补偿精度较差的问题，提高铁氧体开关的宽温性能指标。
可选地，如图2所示，在另一实施例中所述运算放大电路包括：依次连接的运算放大电路A、运算放大电路B、运算放大器电路；
所述运算放大电路A，用于对所述周期脉冲电压进行低通滤波，得到平滑电压；
所述运算放大电路B，用于对所述平滑电压进行缓冲；
所述运算放大电路C，用于对缓冲后的所述平滑电压进行调节运算，得到所述运算电压。
可选地，在另一实施例中所述铁氧体开关驱动电路的输出端VP通过电阻R1一端接地。
可选地，在另一实施例中所述铁氧体开关驱动电路包括：场效应功率管A、场效应功率管B、铁氧体线圈A和铁氧体线圈B；
所述场效应功率管A的栅极以及所述场效应功率管B的栅极分别与所述预放大电路连接；
所述场效应功率管A的源极与铁氧体线圈A、铁氧体线圈B和所述铁氧体线圈B的源极连接。
可选地，在另一实施例中所述运算放大电路A包括：运算放大器A；
所述运算放大器A的同向输入端与所述铁氧体开关驱动电路的输出端VP连接；
所述运算放大器A的反向输入端与电阻R2一端连接；
所述运算放大器A的输出端与所述运算放大器B的同向输入端连接；所述电阻R2另一端接地。
可选地，在另一实施例中所述运算放大电路A还包括：电阻R3和电容C1；
所述电阻R3和所述电容C1分别并联在所述运算放大器A的反向输入端与所述运算放大器A的输出端之间。
需要说明的是，根据理想运算放大器的“虚短”和“虚断”特性，得到运算放大器A的电压放大倍数AF1满足公式(1)：
在公式(1)中，R2为电阻R2的阻值，R3为电阻R3的阻值，XC为电容C1的容抗，R3电阻值远大于R2的电阻值。当运算放大器A2输入信号频率较低时，XC趋近于无穷大，由于R3远大于R2，此时AF1趋近于无穷大；当运算放大器A输入信号频率较高时，XC趋近于0，此时AF1近似等于1。综上可以看出，运算放大器A、电阻R2、电阻R3、电容C1构成一个低通滤波器。当铁氧体开关工作于一个固定的开关频率时，电阻R1上产生周期稳定的脉冲电压波形VP，由于低通滤波器的积分平滑特性，经过一定的稳定时间，运算放大器A输出相对稳定的电压VO1，VO1电压值随着VP周期脉冲电压对时间的积分值变化而变化。
运算放大器B的电压放大倍数AF2为1，VO1与Vin1的电压相同，运算放大器B在电路中起缓冲器作用。
可选地，在另一实施例中所述运算放大电路B包括：运算放大器B；
所述运算放大器B的反向输入端与所述运算放大器B的输出端连接，同时所述运算放大器B的反向输入端与所述运算放大器B的输出端的公共端与电阻R4一端连接；所述电阻R4另一端与所述运算放大电路C的反向输入端连接。
可选地，在另一实施例中所述运算放大电路C包括：运算放大器C；
所述运算放大器C的同向输入端接地，所述运算放大器C的输出端与所述电压比较电路连接。
可选地，在另一实施例中所述运算放大电路C还包括：电阻R5；所述电阻R5一端连接在所述运算放大器C的反向输入端，另一端连接在所述运算放大器C的输出端。
可选地，如图2所示，在另一实施例中所述运算放大电路C还包括：电阻R6、电阻R7；所述电阻R6一端与所述运算放大器C的同向输入端连接，另一端接外部电压；所述电阻R7一端与所述运算放大器C的同向输入端连接，另一端接地。
需要说明的是，运算放大器C的输出电压VREF满足公式(2)：
在公式(2)中，R4～R7分别为电阻R4～电阻R7的电阻值。
铁氧体开关工作于控制信号是固定开关频率，当铁氧体材料的温度升高时，根据铁氧体材料的磁滞回线特性(线圈围这磁性采样)，铁氧体材料的矫顽力会变小，周期脉冲电压VP对时间的积分变小，根据前面分析与计算，运算放大器A的输出电压变小，运算放大器B的输出电压变小，运算放大器C的输出电压变大，铁氧体开关线圈A和线圈B中的激励电流会变大，实现了铁氧体开关驱动器驱动电流的温度自适应控制。同理，当铁氧体材料的温度降低时，铁氧体开关线圈A和线圈B中的激励电流会变小，实现了铁氧体开关驱动器驱动电流的温度自适应控制。
另一具体实施例，如图2所示，一种温度自适应的铁氧体开关驱动器，该铁氧体开关驱动器包括：单稳态触发器A、单稳态触发器B、非门、RS触发器A、RS触发器B、或非门A、或非门B、预放大电路、场效应功率管A、场效应功率管B、电压比较器、电阻R1，还包括：运算放大器A、运算放大器B、运算放大器C，电容C1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7。
单稳态触发器A的输入端与非门的输入端连接，单稳态触发器A的输出端与RS触发器A的一个输入端、或非门A的一个输入端连接，非门的输出端与单稳态触发器B的输入端连接，单稳态触发器B的输出端与RS触发器B的一个输入端、或非门B的一个输出端连接，RS触发器A的输出端与或非门A的另一个输入端连接，RS触发器B的输出端与或非门B的另一个输入端连接，或非门A的输出端与预放大电路的一个输入端连接，或非门B的输出端与预放大电路的另一个输入端连接，预放大电路的一个输出端与场效应功率管A的栅极连接，预放大电路的另一个输出端与场效应功率管B的栅极连接，场效应功率管A的源极与场效应功率管B的源极、电阻R1的一端、电压比较器的一个输入端、运算放大器A的一个输入端连接，场效应功率管A的漏极与铁氧体线圈A的一端连接，场效应功率管B的漏极与铁氧体线圈B的一端连接，电阻R1的另一端接地，电压比较器的输出端与RS触发器A的另一个输入端、RS触发器B的另一个输入端、或非门A的第三个输入端、或非门B的第三个输入端连接，运算放大器A的另一个输入端与电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C1的一端连接，运算放大器A的输出端与运算放大器B的一个输入端、电阻R3的另一端、电容C1的另一端连接，电阻R2的另一端接地，运算放大器B的另一个输入端与运算放大器B的输出端、电阻R4的一端连接，运算放大器C的一个输入端与电阻R6的一端、电阻R7的一端连接，电阻R6的另一端接电源VDD，电阻R7的另一端接地，运算放大器C的另一个输入端与电阻R4的另一端、电阻R5的一端连接，运算放大器C的输出端与电阻R5的另一端、电压比较器的另一个输入端连接。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度自适应的铁氧体开关驱动器，其特征在于,该铁氧体开关驱动器包括：单状态触发电路、RS触发电路、预放大电路、电压比较电路、铁氧体开关驱动电路、运算放大电路；
所述单状态触发电路，用于根据控制信号的状态输出负脉冲信号；
所述RS触发电路，用于根据所述负脉冲信号输出高电平信号；
所述预放大电路，用于将所述高电平信号放大，以触发所述铁氧体开关驱动电路导通；
所述铁氧体开关驱动电路，用于在导通后，根据电路中的电流变化以及铁氧体材料温度的变化，输出周期脉冲电压VP；
所述运算放大电路，用于对所述周期脉冲电压进行自适应调节运算，得到运算电压；
所述电压比较电路，用于判断所述周期脉冲电压是否大于与所述运算电压，若大于，则输出高电平信号至所述RS触发电路，以便所述RS触发电路输出低电平信号，所述预放大电路将所述低电平信号放大，以触发所述铁氧体开关驱动电路关闭。
2.根据权利要求1所述的铁氧体开关驱动器，其特征在于，所述运算放大电路包括：依次连接的运算放大电路A、运算放大电路B、运算放大器电路；
所述运算放大电路A，用于对所述周期脉冲电压进行低通滤波，得到平滑电压；
所述运算放大电路B，用于对所述平滑电压进行缓冲；
所述运算放大电路C，用于对缓冲后的所述平滑电压进行调节运算，得到所述运算电压。
3.根据权利要求1所述的铁氧体开关驱动器，其特征在于，所述铁氧体开关驱动电路的输出端VP通过电阻R1一端接地。
4.根据权利要求1所述的铁氧体开关驱动器，其特征在于，所述铁氧体开关驱动电路包括：场效应功率管A、场效应功率管B、铁氧体线圈A和铁氧体线圈B；
所述场效应功率管A的栅极以及所述场效应功率管B的栅极分别与所述预放大电路连接；
所述场效应功率管A的源极与铁氧体线圈A、铁氧体线圈B和所述铁氧体线圈B的源极连接。
5.根据权利要求2所述的铁氧体开关驱动器，其特征在于，所述运算放大电路A包括：运算放大器A；
所述运算放大器A的同向输入端与所述铁氧体开关驱动电路的输出端VP连接；
所述运算放大器A的反向输入端与电阻R2一端连接；
所述运算放大器A的输出端与所述运算放大器B的同向输入端连接；所述电阻R2另一端接地。
6.根据权利要求5所述的铁氧体开关驱动器，其特征在于，所述运算放大电路A还包括：电阻R3和电容C1；
所述电阻R3和所述电容C1分别并联在所述运算放大器A的反向输入端与所述运算放大器A的输出端之间。
7.根据权利要求5或6所述的铁氧体开关驱动器，其特征在于，所述运算放大电路B包括：运算放大器B；
所述运算放大器B的反向输入端与所述运算放大器B的输出端连接，同时所述运算放大器B的反向输入端与所述运算放大器B的输出端的公共端与电阻R4一端连接；所述电阻R4另一端与所述运算放大电路C的反向输入端连接。
8.根据权利要求7所述的铁氧体开关驱动器，其特征在于，所述运算放大电路C包括：运算放大器C；
所述运算放大器C的同向输入端接地，所述运算放大器C的输出端与所述电压比较电路连接。
9.根据权利要求2或8所述的铁氧体开关驱动器，其特征在于，所述运算放大电路C还包括：电阻R5；所述电阻R5一端连接在所述运算放大器C的反向输入端，另一端连接在所述运算放大器C的输出端。
10.根据权利要求2或8所述的铁氧体开关驱动器，其特征在于，所述运算放大电路C还包括：电阻R6、电阻R7；所述电阻R6一端与所述运算放大器C的同向输入端连接，另一端接外部电压；所述电阻R7一端与所述运算放大器C的同向输入端连接，另一端接地。
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