CN109120170A - 一种小功率电压频率可调逆变正弦波信号源 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种小功率电压频率可调逆变正弦信号源，主要由信号源控制器、逆变电路、数字功率放大电路、过流保护电路和电压反馈电路和直流电源组成；逆变电路采用12位串行DA转换器，该DA转换器接收信号源控制器发送的串行控制信号，产生相应幅值的可控直流电压信号；直流电压信号接入模拟开关，开关的控制端由信号源控制器产生频率控制方波信号控制，输出与控制信号同频率、电压幅值可控的方波电压信号。本发明具有如下显著优点：输出电压范围宽，2~115V可调整；输出频率范围宽，360~10000Hz可调整；输出电压采用闭环控制，带载条件下可达到2%的精度；电路器件紧凑，体积小；输出功率高，可达到5W。

Description

一种小功率电压频率可调逆变正弦波信号源
技术领域
本发明涉及小功率交流逆变电源领域，特别是一种小功率电压频率可调逆变正弦波信号源。
背景技术
小功率电压频率可调逆变正弦信号源是一种小功率正弦波波信号源，主要用于自整角机、旋转变压器、LVDT传感器、RVDT传感器等传感器测试仪器设备中，提供测试用正弦波信号源。该类逆变电源用于在传感器测试过程中提供所需电压和频率的正弦波信号，信号功率需求一般不超过5W。
目前，自整角机和旋转变压器属于轴角测量类传感器，其激磁电源的电压范围是2~110V，频率范围是400~10000Hz；LVDT传感器和RVDT传感器属于位移类传感器，其激磁电源的电压范围是2~28V，频率范围是360~5000Hz。在该类传感器的测试仪器或设备中，需要设计能够提供以上电压和频率范围的小功率电压频率可调正弦波信号源。
目前该类正弦波信号源多采用直流电源逆变实现，但是由于正弦信号源的电压范围宽，频率范围大，电压的控制精度要求高，需要设计合适的电压频率可调逆变电路，数字功率放大电路，具有滤波功能的输出隔离变压器和测量精度高的输出信号采样反馈电路组成，以满足该类正弦波信号源的设计指标要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够满足轴角和位移传感器测试需要，电压频率可调的小功率正弦波信号源。
实现本发明目的技术解决方案为：一种小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其特点是：该正弦波信号源主要由信号源控制器、逆变电路、数字功率放大电路、过流保护电路和电压反馈电路和直流电源组成；
所述的逆变电路采用12位串行DA转换器，该DA转换器接收信号源控制器发送的串行控制信号，产生相应幅值的可控直流电压信号；直流电压信号接入模拟开关，开关的控制端由信号源控制器产生频率控制方波信号控制，输出与控制信号同频率、电压幅值可控的方波电压信号；该方波电压信号接入8阶低通滤波器，产生与方波信号同频率，幅值可控的正弦波信号；
所述的数字功率放大电路采用D类数字功率放大器；逆变电路产生的正弦波信号接入D类功率放大器，进行功率放大；功放放大后输出的PWM波信号，正负两端分别驱动1对N沟道和P沟道场效应管的G级，作为场效应管的开关信号；场效应管电源由直流电源提供；
所述的过流保护电路从场效应管输出端串接入电阻；将电阻两端电压信号经过运放电路滤波并放大，转换成跟随变压器输入电流变化的电压信号；电压信号经过双运放组成的比较器与3个比例电阻设定的电压值比较产生逻辑电平信号；该信号作为过流保护信号控制功放电路输入信号开关通断，并同时接入信号源控制器；
电压反馈电路从输出变压器输出端引出，接入反馈变压器进行隔离降压；降压后的正弦波信号接入12位AD转换器进行电压值采样，采样后电压值通过的串行信号接入信号源控制器，在信号源控制器完成输出电压值的计算。
本发明所述的小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其进一步优选的技术方案是：所述的信号源控制器为DSP处理器或单片机。
本发明所述的小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其进一步优选的技术方案是：场效应管电源由+5V直流电源提供，依据信号源输出功率选用3~6A电流场效应管。
本发明所述的小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其进一步优选的技术方案是：过流保护电路从场效应管输出端串接入电阻，电阻阻值选择10毫欧。
本发明所述的小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其进一步优选的技术方案是：电压反馈电路设计为保证输出电压在空载和满载时满足±2%的变化幅值要求；当测量输出电压值超出设定电压值±2%范围时，信号源控制器调整DA转换器产生的电压幅值从而调整变压器最终输出电压幅值，直至输出电压值稳定达到设定值±2%范围内，结束电压自适应调整过程，实现电压闭环反馈调整的功能。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
（1）本发明采用高精度电压频率可调逆变电路和数字功率放大电路，该电路采用12位DA转换器实现输出电压值精确调整，模拟开关实现输出正弦信号频率精确控制，8阶滤波器产生正弦信号。该逆变电路设计，器件数量少，电压、频率控制精度高。数字功率放大电路相比传统线性功放电路，转换效率高，体积小，发热量小，适合仪器设备应用；
（2）本发明采用具有滤波功能的输出隔离变压器，该变压器可将PWM波直接滤波成正弦波信号，变压器频率适应范围宽，升压范围大，体积小，便于仪器设备中印制板安装。
（3）本发明采用电流检测保护电路和电压测量反馈电路，可实现过流自动关断输出和高精度的电压值采样反馈。比现有信号源产品过流保护灵敏，输出电压反馈控制精度高，能够满足作为传感器高精度测试信号源的要求。
（4）总体而言，本发明输出电压范围宽，2~115V可调整，；输出频率范围宽，360~10000Hz可调整，；输出电压采用闭环控制，带载条件下可达到2%的精度；电路器件紧凑，体积小；输出功率高，可达到5W。
附图说明
图1是本发明正弦波信号源电路结构框图。
图2是本发明正弦波信号源逆变电路框图。
图3是本发明正弦波信号源数字功率放大电路框图。
图4是本发明正弦波信号源过流保护电路和电压反馈电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本实施例电压频率可调逆变正弦波信号源由DA转换器、模拟开关、滤波器、D类功率放大器、场效应管、输出变压器、反馈变压器、AD转换器、信号源控制器和直流电源组成。构成该正弦波信号源的电路主要由信号源控制器、逆变电路、数字功率放大电路、过流保护电路和电压反馈电路和直流电源组成。其中信号源控制器可根据仪器设备控制要求，可选择DSP处理器或单片机完成信号源控制功能。
结合图1和图2，本实施例正弦波信号源的逆变电路，采用12位串行DA转换器，该转换器接收信号源控制器发送的串行控制信号，产生相应幅值的可控直流电压信号。直流电压信号接入模拟开关，开关的控制端由信号源控制器产生频率控制方波信号控制，输出与控制信号同频率，电压幅值可控的方波电压信号。该方波电压信号接入8阶低通滤波器，产生与方波信号同频率，幅值可控的正弦波信号。至此，完成了由直流电压信号到正弦波信号的逆变过程。该电路输出的正弦信号幅值由信号源控制器控制DA转换器输出电压幅值实现，频率由信号源控制器产生方波频率控制。
结合图1和图3，本实施例中的数字功率放大电路，采用D类数字功率放大器。逆变电路产生的正弦信号接入D类功率放大器，进行功率放大。功放放大后输出的PWM波信号，正负两端分别驱动1对N沟道和P沟道场效应管的G级，作为场效应管的开关信号。场效应管电源由+5V直流电源提供，依据信号源输出功率选用3~6A电流场效应管。经场效应管进行电流放大的输出信号接入输出变压器产生输出正弦波信号。经数字功率放大后产生的正弦波电源信号，在最小电压2V时，最大输出电流可达到2.5A，功率5W。
结合图1和图4，本实施例正弦波信号源包含过流保护电路和电压反馈电路。
过流保护电路从场效应管输出端串接入电阻，阻值选择10毫欧。将电阻两端电压信号经过运放电路滤波并放大，转换成跟随变压器输入电流变化的电压信号。电压信号经过双运放组成的比较器与3个比例电阻设定的电压值比较产生逻辑电平信号。该信号作为过流保护信号控制功放电路输入信号开关通断，并同时接入信号源控制器。当场效应管输出电流超过设定值，产生低电平信号将运放输入信号开关关断，起到过流保护作用。
电压反馈电路设计为了保证输出电压在空载和满载时满足±2%的变化幅值要求。该电路从输出变压器输出端引出，接入反馈变压器进行隔离降压。降压后的正弦波信号接入12位AD转换器进行电压值采样，采样后电压值通过的串行信号接入信号源控制器，在信号源控制器完成输出电压值的计算。当测量输出电压值超出设定电压值±2%范围时，信号源控制器调整DA转换器产生的电压幅值从而调整变压器最终输出电压幅值，直至输出电压值稳定达到设定值±2%范围内，结束电压自适应调整过程，实现电压闭环反馈调整的功能。
本实施例电压频率可调逆变正弦波信号源具有如下显著优点：输出电压范围宽，2~115V可调整；输出频率范围宽，360~10000Hz可调整；输出电压采用闭环控制，带载条件下可达到2%的精度；电路器件紧凑，体积小；输出功率高，可达到5W。

Claims (5)

1.一种小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其特征在于：该正弦波信号源主要由信号源控制器、逆变电路、数字功率放大电路、过流保护电路和电压反馈电路和直流电源组成；
所述的逆变电路采用12位串行DA转换器，该DA转换器接收信号源控制器发送的串行控制信号，产生相应幅值的可控直流电压信号；直流电压信号接入模拟开关，开关的控制端由信号源控制器产生频率控制方波信号控制，输出与控制信号同频率、电压幅值可控的方波电压信号；该方波电压信号接入8阶低通滤波器，产生与方波信号同频率，幅值可控的正弦波信号；
所述的数字功率放大电路采用D类数字功率放大器；逆变电路产生的正弦波信号接入D类功率放大器，进行功率放大；功放放大后输出的PWM波信号，正负两端分别驱动1对N沟道和P沟道场效应管的G级，作为场效应管的开关信号；场效应管电源由直流电源提供；
所述的过流保护电路从场效应管输出端串接入电阻；将电阻两端电压信号经过运放电路滤波并放大，转换成跟随变压器输入电流变化的电压信号；电压信号经过双运放组成的比较器与3个比例电阻设定的电压值比较产生逻辑电平信号；该信号作为过流保护信号控制功放电路输入信号开关通断，并同时接入信号源控制器；
电压反馈电路从输出变压器输出端引出，接入反馈变压器进行隔离降压；降压后的正弦波信号接入12位AD转换器进行电压值采样，采样后电压值通过的串行信号接入信号源控制器，在信号源控制器完成输出电压值的计算。
2.根据权利要求1所述的小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其特征在于：所述的信号源控制器为DSP处理器或单片机。
3.根据权利要求1所述的小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其特征在于：场效应管电源由+5V直流电源提供，依据信号源输出功率选用3~6A电流场效应管。
4.根据权利要求1所述的小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其特征在于：过流保护电路从场效应管输出端串接入电阻，电阻阻值选择10毫欧。
5.根据权利要求1所述的小功率电压频率可调逆变正弦波信号源，其特征在于：电压反馈电路设计为保证输出电压在空载和满载时满足±2%的变化幅值要求；当测量输出电压值超出设定电压值±2%范围时，信号源控制器调整DA转换器产生的电压幅值从而调整变压器最终输出电压幅值，直至输出电压值稳定达到设定值±2%范围内，结束电压自适应调整过程，实现电压闭环反馈调整的功能。
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