CN110007214A - 一种脉宽调制放大器老化过程能量回收系统 - Google Patents

一种脉宽调制放大器老化过程能量回收系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脉宽调制放大器老化过程能量回收系统，属于能量回收利用领域，包括功率电源和至少两级老化模块；所述至少两级老化模块之间依次串接，第一级老化模块的输入端连接所述功率电源；所述老化模块包括依次连接的控制电源、测试板和功率转换电路。本发明通过将多个老化模块依次串接，在使用一个功率电源的情况下，可以同时老化多个脉宽调制放大器，并且功率转换电路将脉宽调制放大器输出的能量转化为下一只脉宽调制放大器的电源，而不采用电源并联的方法回到功率电源，避免了电源噪声的问题，同时由于功率转换电路的结构特点，从而提高了能量的利用率。

Description

一种脉宽调制放大器老化过程能量回收系统
技术领域
本发明涉及能量回收利用领域，特别涉及一种脉宽调制放大器老化过程能量回收系统。
背景技术
脉宽调制放大器是电机驱动系统中的核心执行单元，广泛应用于各类航空、航天、兵器、船舶、电子等高价值、高可靠领域。
高可靠电子产品生产过程中，需要经过批量试验、筛选、老化环节。脉宽调制放大器电路，具有输出功率大(0.3～10KW)、输出效率较高(96％～98％)等特点。脉宽调制放大器电路输出的能量会几乎全部耗散到负载上，当多只脉宽调制放大器电路(比如每块输出功率1.5KW、100块电路产品)同时老化时，负载上能量耗散大约为150KW。这些能量如果全部变化为热量散发到环境中，必然会造成老化场地温度上升较高，同时形成安全隐患。
专利文献CN201965201U公开了一种能量回馈式脉宽调制放大器模块试验装置，该装置在使用一台外部功率电源和一台电子负载的情况下，只能老化一只脉宽调制放大器，对脉宽调制放大器输出的能量采用“电源并联”的方式进行回收，即脉宽调制放大器输出的能量通过整流滤波，电源变换后与外部功率电源并联。这种方法存在几个问题：
(1)在将能量变换为电源再与外部功率电源并联时，存在电源噪声，如何抑制电压噪声和电流噪声是一个难题；
(2)在使用一台外部功率电源和一台电子负载的情况下只能老化一只脉宽调制放大器，设备利用效率、工作效率低；
(3)这种将脉宽调制放大器输出的能量经过整流滤波和电源变换后，返回到功率电源的方法，由于经过整流滤波和电源变换后的能量不是作为完整的功率电源在使用，因此在将能量变换为电源与功率电源并联时，会损失一部分能量，能量的回收利用率不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脉宽调制放大器老化过程能量回收系统，以提高脉宽调制放大器老化过程中输出能量的回收利用率。
为实现以上目的，本发明采用一种脉宽调制放大器老化过程能量回收系统，包括功率电源和至少两级老化模块；所述至少两级老化模块之间依次串接，第一级老化模块的输入端连接所述功率电源；
所述老化模块包括依次连接的控制电源、测试板和功率转换电路。
进一步地，所述功率转换电路包括二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6，电容C1，电感L1；所述二极管V1的正极连接所述二极管V2的负极，所述二极管V3的正极连接所述二极管V4的负极，所述二极管V5的正极连接所述二极管V6的负极，所述二极管V1、V3和V5的负极连接后接入所述电感L1的一端，所述二极管V2、V4和V6的正极连接后接入所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端和所述电感L1的另一端连接。
进一步地，所述测试板的输出端与所述功率转换电路的输入端之间以三相桥形式或H桥形式连接。
进一步地，所述能量回收系统还包括能量耗散电路，在使用所述能量耗散电路时，将所述最后一级老化模块中的功率转换电路替换成所述能量耗散电路。
进一步地，所述能量耗散电路包括二极管V7、V8、V9、V10、V11、V12，电阻R1；所述二极管V7的正极连接所述二极管V8的负极，所述二极管V9的正极连接所述二极管V10的负极，所述二极管V11的正极连接所述二极管V12的负极，所述二极管V7、V9和V11的负极连接后接入所述电阻R1的一端，所述二极管V8、V10和V12的正极与所述电阻R1的另一端连接后接地。
进一步地，所述能量耗散电路还包括电子负载，所述电子负载连接在所述电阻R1和所述二极管V8、V10和V12的正极连接端之间。
进一步地，所述最后一级老化模块中的测试板的的输出端与所述能量耗散电路的输入端以三相桥形式或H桥形式连接。
进一步地，所述能量回收系统还包括补充电源，所述补充电源连接在相邻两级老化模块之间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
在老化环节，先将脉宽调制放大器安装在测试板上，再将多个老化模块依次串接，在使用一个功率电源的情况下，可以同时老化多个脉宽调制放大器，从而提高了工作效率；
功率转换电路将脉宽调制放大器输出的能量转化为下一只脉宽调制放大器的电源，而不采用电源并联的方法回到功率电源，从而避免了电源噪声的问题，同时由于功率转换电路的结构特点，能量利用率更高；
由于脉宽调制放大器的老化需要在一定的温度条件下进行，脉宽调制放大器输出的能量通过能量耗散电路中的电阻和电子负载集中发散到测试板上，从而提供了脉宽调制放大器的老化过程所需要的温度，不仅对能量进行了回收利用，还避免了能量直接发散到环境中，导致环境温度升高，造成安全隐患，并且不需要额外的功率电源进行调温，节约了资源。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1为脉宽调制放大器老化过程能量回收系统的整体框图；
图2为功率转换电路的拓扑图；
图3为测试板与功率转换电路以三相桥形式连接的拓扑图；
图4为测试板与功率转换电路以H桥形式连接的拓扑图；
图5为能量耗散电路的拓扑图；
图6为测试板与能量耗散电路以三相桥形式连接的拓扑图；
图7为测试板与能量耗散电路以H桥形式连接的拓扑图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本发明采用一种脉宽调制放大器老化过程能量回收系统，包括功率电源1和至少两级老化模块；至少两级老化模块之间依次串接，第一级老化模块的输入端连接功率电源1；老化模块包括依次连接的控制电源4、测试板2和功率转换电路3。
具体地说，老化时，先将脉宽调制放大器安装在测试板2上，再接通功率电源1，功率电源1为第一级老化模块中的脉宽调制放大器供电，脉宽调制放大器输出的能量经过功率转换电路3转换后，为后续的老化模块中的脉宽调制放大器供电。控制电源4用于控制和调整脉宽调制放大器的工作状态，使脉宽调制放大器能够正常工作。
需要说明的是，本实施例中所使用的控制电源4为现有产品。
如图2所示，功率转换电路3包括二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6，电容C1，电感L1；二极管V1的正极连接二极管V2的负极，二极管V3的正极连接二极管V4的负极，二极管V5的正极连接二极管V6的负极，二极管V1、V3和V5的负极连接后接入电感L1的一端，二极管V2、V4和V6的正极连接后接入电容C1的一端，电容C1的另一端和电感L1的另一端连接。
具体地说，专利文献CN201965201U公开的技术方案将能量变换为电源后直接与功率电源并联，这样会导致电源噪声，同时由于经过整流滤波和电源变换后的能量不是直接作为功率电源使用，因此在将能量变换为电源与功率电源并联时，会损失一部分能量，能量的回收利用率不高；而本实施例中的功率转换电路3将脉宽调制放大器输出的能量转换为电源后，直接作为完整的功率电源为后面的脉宽调制放大器供电，因此避免了与功率电源并联导致的电源噪声，减少了能量的损失，能量的回收利用率更高。
如图3和图6所示，当测试板2的输出端与功率转换电路3的输入端之间以三相桥形式连接时，测试板2的三个输出端分别接入二极管V1的正极和二极管V2的负极的连接端、二极管V3的正极和二极管V4的负极的连接端、二极管V5的正极和二极管V6的负极的连接端；当如图4和图7所示以H桥形式连接时，测试板2的两个输出端分别接入二极管V1的正极和二极管V2的负极的连接端、二极管V3的正极和二极管V4的负极的连接端。
具体地说，由于功率转换电路3有三条二极管支路，因此测试板2与功率转换电路3之间可以以三相桥形式或H桥形式连接，这样可以使本实施的能量回收系统适用于不同型号的脉宽调制放大器。本实施例适用于三相桥形式连接的脉宽调制放大器型号例如有HMSK4300HU、HMSK4300HD、CHMSK4310、CHMSK4361、CHMSK4370和HPW82521；适用于H桥形式连接的脉宽调制放大器型号例如有HSA12、CHSA51、HSA03、HSA03-A和HPA2810。
如图3和图4所示，能量回收电路还包括能量耗散电路5，在使用能量耗散电路5时，将最后一级老化模块中的功率转换电路3替换成能量耗散电路5。
具体地说，由于脉宽调制放大器的老化过程需要在一定的温度下进行，因此传统的方案多是采用额外的功率电源并配合电子元器件来调节老化过程的温度。本实施例中的能量耗散电路5直接将脉宽调制放大器输出的能量用于调节老化过程的温度，而不需要额外的功率电源，因此节约了资源。
如图5所示，能量耗散电路5包括二极管V7、V8、V9、V10、V11、V12，电阻R1；二极管V7的正极连接二极管V8的负极，二极管V9的正极连接二极管V10的负极，二极管V11的正极连接二极管V12的负极，二极管V7、V9和V11的负极连接后接入电阻R1的一端，二极管V8、V10和V12的正极与电阻R1的另一端连接后接地。
具体地说，脉宽调制放大器输出的能量通过能量耗散电路5中的电阻R1以发热的形式集中发散到测试板2上，从而提供了脉宽调制放大器的老化过程所需要的温度，不仅对能量进行了回收利用，还避免了能量直接发散到环境中，导致环境温度升高，造成安全隐患。
如图6和图7所示，能量耗散电路5还包括电子负载6，电子负载6连接在电阻R1和二极管V8、V10和V12的正极连接端之间。
具体地说，在老化不同型号的脉宽调制放大器时，需要的温度不同，因此需要的电阻阻值不同。由于电阻是焊接在电路板上，因此电阻不能进行替换，这样就需要生产不同的电路板来匹配不同型号的脉宽调制放大器。为了避免资源浪费，在二极管V8、V10、V12的正极连接端和电阻R1之间串联一个电子负载6，电子负载6可以调节温度，从而可以使同一块电路板可以匹配不同型号的脉宽调制放大器。
需要说明的是，本实施例中所使用的电子负载6为现有产品。
为了体现本实施例提供的能量回收系统跟专利文献CN201965201U公开的技术方案相比，具有更高的能量回收利用率，这里采用输出功率为1kW的脉宽调制放大器的老化过程进行说明。
采用专利文献CN201965201U公开的技术方案老化一只脉宽调制放大器，回收脉宽调制放大器输出的能量需要消耗的能量为：
1kW×4.5％+[1kW×(1-2％-2.5％)/80％]-1kW×(1-4.5％)＝283.75W/只。
本实施例采用六级老化模块进行对比，当使用电子负载6时，每老化一只脉宽调制放大器，回收脉宽调制放大器输出的能量需要消耗的能量为：
{1kW×4.5％×6+[1kW×(1-2％-2.5％)/80％]-1kW×(1-4.5％)}/6＝92.3W/只；
当不使用电子负载6时，回收脉宽调制放大器输出的能量需要消耗的能量为：
[1kW×4.5％×6+1kW×(1-2％-2.5％)]/6＝204.2W/只。
需要说明的是，实验所采用的脉宽调制放大器能量的损耗为2％，整流滤波和功率转换的损耗为2.5％，使用电子负载6的能量回收效率为80％。
由实验结果可知，本实施例不论是采用电子负载6回收能量，还是不采用电子负载6回收能量，老化一只脉宽调制放大器所消耗的能量均少于专利文献CN201965201U公开的技术方案，因此本实施例的能量回收利用率更高。
在使用能量耗散电路5时，如图3和图6所示，将最后一级老化模块中的测试板2的输出端与能量耗散电路5的输入端以三相桥形式连接，具体为测试板2的三个输出端分别接入二极管V7的正极和二极管V8的负极的连接端、二极管V9的正极和二极管V10的负极的连接端、二极管V11的正极和二极管V12的负极的连接端；或如图4和图7所示，以H桥的形式连接，具体为测试板2的两个输出端分别接入二极管V7的正极和二极管V8的负极的连接端、二极管V9的正极和二极管V10的负极的连接端。
具体地说，能量耗散电路5有三条二极管支路，也是为了使测试板2与能量耗散电路5之间可以以三相桥形式或H桥形式连接，从而使本实施的能量回收系统适用于不同型号的脉宽调制放大器。
如图6和图7所示，能量回收系统还包括补充电源7，补充电源7连接在相邻两级老化模块之间，具体为连接在前一级老化模块中的功率转换电路3的输出端和后一级老化模块中的测试板2的输入端之间。
具体地说，由于脉宽调制放大器老化需要消耗一部分能量，因此脉宽调制放大器输出的能量经过功率转化电路转化后的电源的电压有所降低，为了能更好地满足脉宽调制放大器老化时对电源电压的要求，在实际使用过程中，可以每隔几级老化模块，在功率转换电路3的输出端串联补充电源7。本实施例中补充电源7采用的是DC/DC电源，是现有的产品。
本发明通过将多个老化模块依次串接，在使用一个功率电源的情况下，可以同时老化多个脉宽调制放大器，并且功率转换电路将脉宽调制放大器输出的能量转化为下一只脉宽调制放大器的电源，而不采用电源并联的方法回到功率电源，避免了电源噪声的问题，同时由于功率转换电路的结构特点，从而提高了能量的利用率。
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 (8)

1.一种脉宽调制放大器老化过程能量回收系统，其特征在于，包括功率电源(1)和至少两级老化模块；所述至少两级老化模块之间依次串接，第一级老化模块的输入端连接所述功率电源(1)；
所述老化模块包括依次连接的控制电源(4)、测试板(2)和功率转换电路(3)。
2.如权利要求1所述的能量回收系统，其特征在于，所述功率转换电路(3)包括二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6，电容C1，电感L1；所述二极管V1的正极连接所述二极管V2的负极，所述二极管V3的正极连接所述二极管V4的负极，所述二极管V5的正极连接所述二极管V6的负极，所述二极管V1、V3和V5的负极连接后接入所述电感L1的一端，所述二极管V2、V4和V6的正极连接后接入所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端和所述电感L1的另一端连接。
3.如权利要求1所述的能量回收系统，其特征在于，所述测试板(2)的输出端与所述功率转换电路(3)的输入端之间以三相桥形式或H桥形式连接。
4.如权利要求1所述的能量回收系统，其特征在于，还包括能量耗散电路(5)，在使用所述能量耗散电路(5)时，将所述最后一级老化模块中的功率转换电路(3)替换成所述能量耗散电路(5)。
5.如权利要求4所述的能量回收系统，其特征在于，所述能量耗散电路(5)包括二极管V7、V8、V9、V10、V11、V12，电阻R1；所述二极管V7的正极连接所述二极管V8的负极，所述二极管V9的正极连接所述二极管V10的负极，所述二极管V11的正极连接所述二极管V12的负极，所述二极管V7、V9和V11的负极连接后接入所述电阻R1的一端，所述二极管V8、V10和V12的正极与所述电阻R1的另一端连接后接地。
6.如权利要求5所述的能量回收系统，其特征在于，所述能量耗散电路(5)还包括电子负载(6)，所述电子负载(6)连接在所述电阻R1和所述二极管V8、V10和V12的正极连接端之间。
7.如权利要求4所述的能量回收系统，其特征在于，所述最后一级老化模块中的测试板(2)的输出端与所述能量耗散电路(5)的输入端以三相桥形式或H桥形式连接。
8.如权利要求1所述的能量回收系统，其特征在于，还包括补充电源(7)，所述补充电源(7)连接在相邻两级老化模块之间。
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