CN110531127B - 功率源 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种功率源，包括主控模块、电压模块和电流模块，电压模块和电流模块均包括信号发生电路、信号调制电路、高压电源模块、桥式驱动电路、高频变压器和同步检波电路，主控模块根据用户指令输出指令控制信号至电压模块和电流模块，信号发生电路根据指令控制信号输出标准模拟信号，标准模拟信号输入信号调制电路进行调制，转换为高频脉宽调制信号控制桥式驱动电路驱动高频变压器，在高频变压器进行功率转换后采用同步检波电路进行信号选通检波，从而输出预设测试信号。本发明抛弃了工频升压器与升流器，改用高频变压器，缩小了设备重量以及体积，使用高频桥式驱动电路以及同步检波技术，大大降低设备的功率损耗，提高了功率源的可靠性。

Description

功率源

技术领域

本发明涉及功率源技术领域，特别涉及一种功率源。

背景技术

功率源广泛应用于电力系统继电保护装置试验、校验、检定等相关领域，它们的准确可靠程度关系到企业安全生产，是相关试验单位与科研机构不可或缺的仪器设备。

目前功率源拓扑结构依旧为模拟功率放大电路，即使用模拟放大电路对信号进行放大，再通过升压器或者升流器改变电压或电流，后来数字功率放大器被广泛应用，但基本框架也没有脱离升压器和升流器，以此技术为基础的设备，体积大、重量不轻、功率小，在骤升骤降、次谐波、闪变等波形模拟方面，均无法满足现在的需求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种功率源，旨在简化功率源结构、提高功率源的可靠性及提升功率源效率。

为实现上述目的，本发明提出的功率源包括主控模块、电压模块和电流模块；

所述主控模块，用于获取用户指令，并对应输出对应的指令控制信号至所述电压模块和所述电流模块，以及获取所述电压模块和所述电流模块输出的反馈信号，并根据所述反馈信号动态调整输出；

所述电压模块，用于将标准电压模拟信号进行功率放大，并输出具备带载能力的预设电压测试信号，所述电压模块包括用于根据所述指令控制信号产生所述标准电压模拟信号的第一信号发生电路、用于提供第一高压驱动电源的第一高压电源模块、用于对所述标准电压模拟信号进行调制转换成高频脉宽调制信号的第一信号调制电路、用于根据高频脉宽调制信号对所述第一高压驱动电源进行电压转换并输出与高频脉宽调制信号同频的高频电压信号的第一桥式驱动电路、用于对所述高频电压信号进行功率转换和隔离的第一高频变压器和用于对功率转换后的高频电压信号进行同步检波后输出所述预设电压测试信号的第一同步检波检波电路；

所述电流模块，用于将标准电流模拟信号进行功率放大，并输出具备带载能力的预设电流测试信号，所述电流模块包括用于根据所述指令控制信号产生所述标准电流模拟信号的第二信号发生电路、用于提供第二高压驱动电源的第二高压电源模块、用于对所述标准电流模拟信号进行调制转换成高频脉宽调制信号的第二信号调制电路、用于根据所述高频脉宽调制信号对所述第二高压驱动电源进行电流转换并输出与所述脉宽调制信号同频的高频电流信号的第二桥式驱动电路、用于对所述高频电流信号进行功率转换和隔离的第二高频变压器和用于对功率转换后的高频电流信号进行同步检波后输出所述预设电流测试信号的第二同步检波电路。

优选地，所述第一信号调制电路和所述第二信号调制电路均包括用于输出高频三角波信号的高频三角波发生电路、第一反相电路、第一运算放大器、第二运算放大器、第二反相电路和第三反相电路；

所述第一反相电路的信号输入端与所述第二运算放大器的反相输入端连接且连接节点为所述第一信号调制电路的信号输入端或所述第二信号调制电路的信号输入端，所述第一反相电路的信号输出端与所述第一运算放大器的正相输入端连接，所述高频三角波发生电路的信号输出端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第二运算放大器的正相输入端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二反相电路的信号输入端连接且连接节点为所述第一信号调制电路的第一信号输出端或所述第二信号调制电路的第一信号输出端，所述第二反相电路的信号输出端为所述第一信号调制电路的第二信号输出端或所述第二信号调制电路的第二信号输出端，所述第二运算放大器的输出端与所述第三反相电路的信号输入端连接且连接节点为所述第一信号调制电路的第三信号输出端或所述第二信号调制电路的第三信号输出端，所述第三反相电路的信号输出端为所述第一信号调制电路的第四信号输出端或所述第二信号调制电路的第四信号输出端。

优选地，所述第一桥式驱动电路和所述第二桥式驱动电路均包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；

所述第一开关管的输入端与所述第三开关管的输入端连接且连接节点为所述第一桥式驱动电路的电源输入端或所述第二桥式驱动电路的电源输入端，所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的输入端连接且连接节点为所述第一桥式驱动电路的第一电源输出端或所述第二桥式驱动电路的第一电源输出端，所述第三开关管的输出端与所述第四开关管的输入端连接且连接节点为所述第一桥式驱动电路的第二电源输出端或所述第二桥式驱动电路的第二电源输出端，所述第二开关管的输出端和所述第四开关管的输出端均接地，所述第一开关管的受控端用于接入第一高频脉宽调制信号，所述第二开关管的受控端用于接入第二高频脉宽调制信号，所述第三开关管的受控端用于接入第三高频脉宽调制信号，所述第四开关管的受控端用于接入第四高频脉宽调制信号。

优选地，所述第一同步检波电路和所述第二同步检波电路均包括驱动电路、第五开关管、第六开关管、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述第五开关管的输入端与所述第二电阻的第一端连接且连接节点为所述第一同步检波电路的电源输入端或所述第二同步检波电路的电源输入端，所述第五开关管的输出端、所述第一电阻的第一端及所述第六开关管的输入端互连，所述第六开关管的输出端和所述第一电容的第一端连接且连接节点为所述第一同步检波电路的信号输出端或所述第二同步检波电路的信号输出端，所述第二电阻的第二端与第一电容的第二端连接，所述第五开关管的受控端、所述第一电阻的第二端、所述第六开关管的受控端及所述驱动电路的信号端互连，所述驱动电路的信号输入端分别与所述第一信号调制电路的信号输出端或者所述第二信号调制电路的信号输出端连接；

所述驱动电路，用于将所述第一高频脉宽调制信号和所述第四高频脉宽调制信号进行与运算，以及将所述第二高频脉宽调制信号和所述第三高频脉宽调制信号进行与运算，并对两个与运算结果进行或运算，输出运算后的高频脉宽调制信号至所述第五开关管和所述第六开关管，以控制所述第五开关管和所述第六开关管对应导通导通或者关断。

优选地，所述电压模块还包括用于对所述预设电压测试信号进行滤波的第一低通滤波电路，所述电流模块还包括用于对所述预设电流测试信号进行滤波的第二低通滤波电路，所述第一低通滤波电路的信号输入端与所述第一同步检波电路的信号输出端连接，所述第二低通滤波电路的信号输入端与所述第二同步检波电路的信号输出端连接，所述第一低通滤波电路和所述第一低通滤波电路均包括电感、第二电容和第三电阻；

所述电感的第一端为所述第一低通滤波电路的输入端或所述第二低通滤波电路的输入端，所述电感的第二端、所述第二电容的第一端及所述第三电阻的第一端互连且连接节点为第一低通滤波电路的信号输出端或所述第二低通滤波电路的信号输出端，所述第三电阻的第二端、所述第二电容的第二端及对应的高频变压器的二次侧的另一端互连。

优选地，所述第一信号发生电路和所述第二信号发生电路均包括第一数模转换器、第二数模转换器、第三运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第一数模转换器的信号输入端和所述第二数模转换器的信号输入端分别与所述主控模块连接，所述第一数模转换器的信号输出端与所述第四电阻的第一端连接，所述第二数模转换器的信号输出端与所述第五电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端、所述第五电阻的第二端及所述第三运算放大器的正相输入端互连，所述第三运算放大器的反相输入端、所述第六电阻的第一端及所述第七电阻的第一端互连，所述第六电阻的第二端接地，所述第三运算放大器的输出端与所述第七电阻的第二端连接且连接节点为所述第一信号发生电路信号输出端或所述第二信号发生电路的信号输出端。

优选地，所述电压模块还包括用于对所述预设电压测试信号进行采样并输出第一采样信号的第一采样电路、用于对输入至所述第一高频变压器的电压信号和电流信号进行采样并输出第二采样信号的第二采样电路、用于将所述第一采样信号和所述标准电压模拟信号进行输出闭环控制，并输出第一误差信号的第一误差放大电路和用于将所述第一误差信号和所述第二采样信号进行输出闭环控制，并输出第二误差信号至所述第一信号调制电路的第二误差放大电路；

所述电流模块还包括用于对所述预设电流测试信号进行采样并输出第三采样信号的第三采样电路、用于对输入至所述第二高频变压器的电压信号和电流信号进行采样并输出第四采样信号的第四采样电路、用于将所述第三采样信号和所述标准电流模拟信号进行输出闭环控制，并输出第三误差信号的第三误差放大电路和用于将所述第三误差信号和所述第四采样信号进行输出闭环控制，并输出第四误差信号至所述第二信号调制电路的第四误差放大电路。

优选地，所述第一误差放大电路和所述第三误差放大电路均包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四运算放大器和第三电容；

所述第八电阻的第一端为所述第一误差放大电路的信号输入端或所述第三误差放大电路的信号输入端，所述第九电阻的第一端为所述第一误差放大电路的采样端或所述第三误差放大电路的采样端，所述第八电阻的第二端、所述第九电阻的第二端及所述第四运算放大器的正相输入端连接，所述第四运算放大器的反相输入端、所述第十电阻的第一端及所述第三电容的第一端互连，所述第十电阻的第二端接地，所述第四运算放大器的输出端与所述第三电容的第二端练级且连接节点为所述第一误差放大电路的信号输出端或所述第三误差放大电路的信号输出端。

优选地，所述第二误差放大电路和所述第四误差放大电路均包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第四电容和第五运算放大器；

所述第十一电阻的第一端为所述第二误差放大电路的信号输入端或所述第四误差放大电路的信号输入端，所述第十二电阻的第一端为所述第二误差放大电路的第一采样端或所述第四误差放大电路的第一采样端，所述第十三电阻的第一端为所述第二误差放大电路的第二采样端或所述第四误差放大电路的第二采样端，所述第十一电阻的第二端、所述第十二电阻的第二端、所述第十三电阻的第二端、所述第十五电阻的第一端、所述第四电容的第一端及所述第五运算放大器的反相输入端互连，所述第五运算放大器的正相输入端与所述第十四电阻的第一端连接，所述第十四电阻的第二端接地，所述第五运算放大器的输出端、所述第四电容的第二端及所述第十五电阻的第二端互连且其连接节点为所述第二误差放大电路的信号输出端或所述第四误差放大电路的信号输出端。

优选地，所述电压模块还包括用于通过控制内部开关管的不同导通方式，以使所述第一高频变压器的二次侧输出不同等级的高频电压信号的第一档位切换电路，所述第一档位切换电路连接在所述第一高频变压器和所述第一同步检波电路之间；

所述电流模块还包括用于通过控制内部开关管的不同导通方式，以使所述第二高频变压器的二次侧输出不同等级的高频电流信号的第二档位切换电路，所述第二档位切换电路连接在所述第二高频变压器和所述第二同步检波电路之间。

本发明技术方案通过采用主控模块、电压模块和电流模块组成功率源，电压模块用于将标准电压模拟信号进行功率放大，并输出用于对待测设备进行校正的预设电压测试信号，所述电流模块用于将标准电流模拟信号进行功率放大，并输出用于对待测设备进行校正的预设电流测试信号。

电压模块和电流模块结构相同，均包括信号调制电路、高压电源模块、桥式驱动电路、高频变压器和同步检波电路，信号调制电路、桥式驱动电路、高频变压器和同步检波电路依次连接，高压供电模块的电源端与桥式驱动电路的电源端连接。

标准模拟信号输入信号调制电路进行调制，转换为高频脉宽调制信号控制桥式驱动电路驱动高频变压器，在高频变压器进行功率转换后采用同步检波电路选通以对信号进行解调检波，从而输出预设测试信号，电流模块可输出预设电流测试信号，电压模块可输出预设电压测试信号。

本发明抛弃了沉重的工频升压器与升流器，改用高频变压器，大大缩小了设备重量以及体积，使用高频桥式驱动电路以及同步检波技术，大大降低设备的功率损耗，整体提升了设备的能量利用率，简化了功率源结构，提高了功率源的可靠性。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明功率源第一实施例的模块示意图；

图2为本发明功率源第二实施例的结构示意图；

图3为本发明功率源中信号调制电路一实施例的电路结构示意图；

图4为本发明功率源一实施例的电路结构示意图；

图5为本发明功率源中信号处理电路一实施例的电路结构示意图；

图6为本发明功率源第三实施例的结构示意图；

图7为本发明功率源中第一误差放大电路一实施例的结构示意图；

图8为本发明功率源中第二误差放大电路一实施例的结构示意图；

图9为本发明功率源中信号处理电路另一实施例的电路结构示意图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为：包括三个并列的方案，以“A/B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案，另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种功率源。

如图1和图2所示，本实施例中，功率源包括主控模块100、电压模块 200和电流模块300；

主控模块100，用于获取用户指令，并对应输出对应的指令控制信号至电压模块200和电流模块300，以及获取电压模块200和电流模块300输出的反馈信号，并根据反馈信号动态调整输出；

电压模块200，用于将标准电压模拟信号进行功率放大，并输出具备带载能力的预设电压测试信号，电压模块200包括用于根据指令控制信号产生标准电压模拟信号的第一信号发生电路210、用于提供第一高压驱动电源的第一高压电源模块260、用于对标准电压模拟信号进行调制转换成高频脉宽调制信号的第一信号调制电路220、用于根据高频脉宽调制信号对第一高压驱动电源进行电压转换并输出与高频脉宽调制信号同频的高频电压信号的第一桥式驱动电路230、用于对高频电压信号进行功率转换和隔离的第一高频变压器240 和用于对功率转换后的高频电压信号进行同步检波后输出预设电压测试信号的第一同步检波电路250；

电流模块300，用于将标准电流模拟信号进行功率放大，并输出具备带载能力的预设电流测试信号，电流模块300包括用于根据指令控制信号产生标准电流模拟信号的第二信号发生电路310、用于提供第二高压驱动电源的第二高压电源模块360、用于对标准电流模拟信号进行调制转换成高频脉宽调制信号的第二信号调制电路320、用于根据高频脉宽调制信号对第二高压驱动电源进行电流转换并输出与脉宽调制信号同频的高频电流信号的第二桥式驱动电路330、用于对高频电流信号进行功率转换和隔离的第二高频变压器340和用于对功率转换后的高频电流信号进行同步检波后输出预设电流测试信号的第二同步检波电路350。

本实施例中，用户通过交互界面下发控制指令，主控模块100根据用户输入的控制指令对应工作，并根据用户指令输出对应的指令控制信号至电压模块200和电流模块300，以控制电压模块200和电流模块300产生对应具有带载能力的预设电压测试信号和预设电流信号至待测设备进行校正工作，可实现直流输出、交流输出、交直流叠加输出、高次谐波输出等，主控模块100 同时获取电压模块200和电流模块300输出的反馈信号，并根据反馈信号动态调整输出的信号大小。

电压模块200和电流模块300中的信号发生电路、信号调制电路、桥式驱动电路、高频变压器和同步检波电路依次电性连接，高压电源模块的电源端与桥式驱动电路的电源输入端连接。

信号发生电路根据指令控制信号对应工作，并输出对应的标准模拟信号，信号调制电路用于对输入的标准模拟信号进行高频调制，以将低频的标准模拟信号转换为高频脉宽调制信号，进而为高频功率转换提供了基本条件。如图3所示，在一实施例中，第一信号调制电路220和第二信号调制电路320 均包括用于输出高频三角波信号的高频三角波发生电路11、第一反相电路12、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第二反相电路13和第三反相电路 14；第一反相电路12的信号输入端与第二运算放大器U2的反相输入端连接且连接节点为第一信号调制电路220的信号输入端或第二信号调制电路320 的信号输入端，第一反相电路12的信号输出端与第一运算放大器U1的正相输入端连接，高频三角波发生电路11的信号输出端分别与第一运算放大器 U1的反相输入端和第二运算放大器U2的正相输入端连接，第一运算放大器 U1的输出端与第二反相电路13的信号输入端连接且连接节点为第一信号调制电路220的第一信号输出端或第二信号调制电路320的第一信号输出端，第二反相电路13的信号输出端为第一信号调制电路220的第二信号输出端或第二信号调制电路320的第二信号输出端，第二运算放大器U2的输出端与第三反相电路14的信号输入端连接且连接节点为第一信号调制电路220的第三信号输出端或第二信号调制电路320的第三信号输出端，第三反相电路14的信号输出端为第一信号调制电路220的第四信号输出端或第二信号调制电路 320的第四信号输出端。

本实施例中，信号调制电路用于将第二误差放大电路290或第四误差放大电路390的输出信号与高频三角波信号进行信号调制，并通过第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端和第四信号输出端分别输出第一高频脉宽调制信号GH1、第二高频脉宽调制信号GL1、第三高频脉宽调制信号 GH2和第四高频脉宽调制信号GL2，第一高频脉宽调制信号GH1和第二高频脉宽调制信号GL1相位相反，第三高频脉宽调制信号GH2和第四高频脉宽调制信号GL2相位相反，第一高频脉宽调制信号GH1、第二高频脉宽调制信号 GL1、第三高频脉宽调制信号GH2和第四高频脉宽调制信号GL2分别输出至桥式驱动电路，其中，第一反相电路12、第二反相电路13和第三反相电路 14可为反相器，高频三角波发生电路11可为三角波信号源等。

如图4所示，在一实施例中，第一桥式驱动电路230和第二桥式驱动电路330均包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管 Q4；

第一开关管Q1的输入端与第三开关管Q3的输入端连接且连接节点为第一桥式驱动电路230的电源输入端或第二桥式驱动电路330的电源输入端，第一开关管Q1的输出端与第二开关管Q2的输入端连接且连接节点为第一桥式驱动电路230的第一电源输出端或第二桥式驱动电路330的第一电源输出端，第三开关管Q3的输出端与第四开关管Q4的输入端连接且连接节点为第一桥式驱动电路230的第二电源输出端或第二桥式驱动电路330的第二电源输出端，第二开关管Q2的输出端和第四开关管Q4的输出端均接地，第一开关管Q1的受控端用于接入第一高频脉宽调制信号GH1，第二开关管Q2的受控端用于接入第二高频脉宽调制信号GL1，第三开关管Q3的受控端用于接入第三高频脉宽调制信号GH2，第四开关管Q4的受控端用于接入第四高频脉宽调制信号GL2，本实施例中，四个开关管根据接收到的高频脉宽调制信号对应导通和关断，进而将高压供电模块输出的高压驱动电源进行转换，从而输出与高频脉宽调制信号同频的大功率的高频电压信号，同时桥式驱动电路驱动高频变压器，将能量传送到次级，然后通过同步检波检出预设电压测试信号或者预设电流测试信号。

在一实施例中，第一同步检波电路250和第二同步检波电路350均包括驱动电路(图未示出)、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；

第五开关管Q5的输入端与第一电阻R1的第一端连接且连接节点为第一同步检波电路250的电源输入端或第二同步检波电路350的电源输入端，第五开关管Q5的输出端、第二电阻R2的第一端及第六开关管Q6的输入端互连，第六开关管Q6的输出端和第一电容C1的第一端连接且连接节点为第一同步检波电路250的信号输出端或第二同步检波电路350的信号输出端，第一电阻R1的第二端与第一电容C1的第二端连接，第五开关管Q5的受控端、第二电阻R2的第二端、第六开关管Q6的受控端及驱动电路的信号端互连，驱动电路的信号输入端分别与第一信号调制电路210的信号输出端或者第二信号调制电路310的信号输出端连接；

驱动电路，用于将第一高频脉宽调制信号GH1和第四高频脉宽调制信号 GH4进行与运算，及将第二高频脉宽调制信号GH2和第三高频脉宽调制信号 GH3进行与运算，并对两个与运算记过进行或运算，输出运算后的高频脉宽调制信号至第五开关管Q5和第六开关管Q6，以控制第五开关管Q5和第六开关管Q6对应导通导通或者关断。

具体地，以输出正弦波为例，在正弦波前半周波时，第一开关管Q1与第四开关管Q4在其驱动波形时间内不能形成回路，不能为高频变压器提供驱动电流，而第二开关管Q2与第三开关管Q3在其驱动波形时间内，可以形成与正弦波波形幅度对应的脉冲调制宽度，在高频变压器的一次侧提供对应的脉冲调制宽度电流，而且第二开关管Q2与第三开关管Q3的驱动波形经过与运算，可以获得脉宽调制信号G_P，此时在高频变压器二次侧也会产生与一次侧占空比相同、幅度与初次级匝比相同的波形；同理在正弦波后半周波时，第二开关管Q2与第三开关管Q3在其驱动波形时间内不能为高频变压器初级提供驱动脉宽调制电流，而第一开关管Q1与第四开关管Q4此时则可在一次侧形成相应的脉宽调制波形，同时第一开关管Q1与第四开关管Q4驱动波形做与运算产生的波形作为G_P的驱动波形，则高频变压器二次侧也产生了方向相反、占空比相同、幅度与一次侧匝比相同的波形，经过同步检波电路同步检波，从而输出与低功率电压测试信号相同占空比和方向的预设测试信号。

如图5所示，在一实施例中，第一信号发生电路210和第二信号发生电路310均包括第一数模转换器71、第二数模转换器72、第三运算放大器U3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7；

第一数模转换器71的信号输入端和第二数模转换器72的信号输入端分别与主控模块100连接，第一数模转换器71的信号输出端与第四电阻R4的第一端连接，第二数模转换器72的信号输出端与第五电阻R5的第一端连接，第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第二端及第三运算放大器U3的正相输入端互连，第三运算放大器U3的反相输入端、第六电阻R6的第一端及第七电阻R7的第一端互连，第六电阻R6的第二端接地，第三运算放大器U3 的输出端与第七电阻R7的第二端连接且连接节点为第一信号发生电路210信号输出端或第二信号发生电路310的信号输出端。

本实施例中，信号发生电路通过两个数模转换器，可以将复杂的指令控制信号的波形分解为两个独立波形进行合成，并输出标准模拟信号至信号调制电路，同样也可以实现直流信号与交流信号的叠加，两信号可单独调节；相较于一个数模转换器控制，两个数模转换器合成信号具有更高的灵活性。

本发明技术方案通过采用主控模块100、电压模块200和电流模块300组成功率源，电压模块200用于将标准模拟信号进行功率放大，并输出用于对待测设备进行校正的预设电压测试信号，电流模块300用于将标准模拟信号进行功率放大，并输出用于对待测设备进行校正的预设电流测试信号。

电压模块200和电流模块300结构相同，均包括信号调制电路、高压供电模块、桥式驱动电路、高频变压器和同步检波电路，信号调制电路、桥式驱动电路、高频变压器和同步检波电路依次连接，高压供电模块的电源端与桥式驱动电路的电源端连接。

标准模拟信号输入信号调制电路进行调制，转换为高频脉宽调制信号控制桥式驱动电路驱动高频变压器，在高频变压器进行功率转换后采用同步检波电路选通以对信号进行解调检波，而后经低通滤波器后输出预设测试信号，电流模块300可输出预设电流测试信号，电压模块200可输出预设电压测试信号(预设电压测试信号或预设电流测试信号)。

本发明抛弃了沉重的工频升压器与升流器，改用高频变压器，大大缩小了设备重量以及体积，使用高频桥式驱动电路以及同步检波技术，大大降低设备的功率损耗，整体提升了设备的能量利用率，简化了功率源结构，提高了功率源的可靠性。

如图2和图4所示，电压模块200还包括用于对预设电压测试信号进行滤波的第一低通滤波电路270，电流模块300还包括用于对预设电流测试信号进行滤波的第二低通滤波电路370，第一低通滤波电路270的信号输入端与第一同步检波电路250的信号输出端连接，第二低通滤波电路370的信号输入端与第二同步检波电路350的信号输出端连接，第一低通滤波电路270和第一低通滤波电路270均包括电感L1、第二电容C2和第三电阻R3；

电感L1的第一端为第一低通滤波电路270的输入端或第二低通滤波电路 370的输入端，电感L1的第二端、第二电容C2的第一端及第三电阻R3的第一端互连且连接节点为第一低通滤波电路270的信号输出端或第二低通滤波电路370的信号输出端，第三电阻R3的第二端、第二电容C2的第二端及对应的高频变压器的二次侧的另一端互连，低通滤波电路将同步检波电路输出的预设测试信号进行滤波，避免谐波进入待测设备引起干扰。

如图6所示，电压模块200还包括用于对预设电压测试信号进行采样并输出第一采样信号的第一采样电路281、用于对输入至第一高频变压器的电压信号和电流信号进行采样并输出第二采样信号的第二采样电路291、用于将第一采样信号和标准电压模拟信号进行输出闭环控制，并输出第一误差信号的第一误差放大电路280和用于将第一误差信号和第二采样信号进行输出闭环控制，并输出第二误差信号至第一信号调制电路的第二误差放大电路290；

电流模块300还包括用于对预设电流测试信号进行采样并输出第三采样信号的第三采样电路381、用于对输入至第二高频变压器的电压信号和电流信号进行采样并输出第四采样信号的第四采样电路391、用于将第三采样信号和标准电流模拟信号进行输出闭环控制，并输出第三误差信号的第三误差放大电路380和用于将第三误差信号和第四采样信号进行输出闭环控制，并输出第四误差信号至第二信号调制电路的第四误差放大电路390。

本实施例中，采样电路可为互感器或者电阻分压电路，或者两者组成电路，采样电路用于对功率源的输出信号或者高频变压器的输入信号进行采集并转换出采样信号，第一误差放大电路280和第三误差放大电路380是输出闭环，用于将采样信号与输入信号进行比较并输出误差信号，通过积分电路将误差信号进行放大，然后生成误差信号送入下一级误差放大电路，第二误差放大电路290和第四误差放大电路390为内部前级闭环，对前级误差放大电路的误差信号与高频变压器的功率变换前级的输出电压和电流的采样信号进行比较并误差放大，该内闭环用于稳定内部环路，同时也保证功率变换电路在负载发生变化或者出现误操作、过压过流的时候对硬件电路部分进行保护，多重闭环保证每个环路的工作状态处于硬件系统的自动调整下，从而提高功率源在整个工作中的精度与稳定度。

如图7所示，在一实施例中，第一误差放大电路280和第三误差放大电路380均包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第四运算放大器 U4和第三电容C3；

第八电阻R8的第一端为第一误差放大电路280的信号输入端或第三误差放大电路380的信号输入端，第九电阻R9的第一端为第一误差放大电路280 的采样端或第三误差放大电路380的采样端，第八电阻R8的第二端、第九电阻R9的第二端及第四运算放大器U4的正相输入端连接，第四运算放大器U4 的反相输入端、第十电阻R10的第一端及第三电容C3的第一端互连，第十电阻R10的第二端接地，第四运算放大器U4的输出端与第三电容C3的第二端练级且连接节点为第一误差放大电路280的信号输出端或第三误差放大电路 380的信号输出端。

本实施例中，SIGN为标准输入信号，FB为第一采样电路280或者第三采样电路380输出的采样信号，两个信号幅值与各自的输入电阻成正比，相位相反，相互进行矢量叠加之后的信号与零信号进行比较放大，然后输出驱动后级电路，实现输出闭环功能。

进一步地，如图8所示，第二误差放大电路290和第四误差放大电路390 均包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第四电容C4和第五运算放大器U5；

第十一电阻R11的第一端为第二误差放大电路290的信号输入端或第四误差放大电路390的信号输入端，第十二电阻R12的第一端为第二误差放大电路290的第一采样端或第四误差放大电路390的第一采样端，第十三电阻 R13的第一端为第二误差放大电路290的第二采样端或第四误差放大电路390 的第二采样端，第十一电阻R11的第二端、第十二电阻R12的第二端、第十三电阻R13的第二端、第十五电阻R15的第一端、第四电容C4的第一端及第五运算放大器U5的反相输入端互连，第五运算放大器U5的正相输入端与第十四电阻R14的第一端连接，第十四电阻R14的第二端接地，第五运算放大器U5的输出端、第四电容C4的第二端及第十五电阻R15的第二端互连且其连接节点为第二误差放大电路290的信号输出端或第四误差放大电路390 的信号输出端。

本实施例中，IN信号为前级的第一误差信号，IFB为高频变压器的驱动电流采样信号，UFB为高频变压器的驱动电压采样信号，IFB、UFB、IN三个信号的幅度与各自的输入信号成正比，另外IFB、UFB的相位与IN的相位相反，三个信号进行矢量叠加之后被第五放大器U5放大继续驱动信号调制电路。

在一实施例中，电压模块200还包括用于通过控制内部开关管的不同导通方式，以使第一高频变压器的二次侧输出不同等级的高频电压信号的第一档位切换电路(图未示出)，第一档位切换电路连接在第一高频变压器240和第一同步检波电路250之间；

电流模块300还包括用于通过控制内部开关管的不同导通方式，以使第二高频变压器的二次侧输出不同等级的高频电流信号的第二档位切换电路(图未示出)，第二档位切换电路连接在第二高频变压器340和第二同步检波电路 350之间。

可以理解的是，数字脉冲信号在发生的过程中难免会存在上升沿与下降沿，两个时间上的延迟一定会对信号产生失真，从而导致输出信号失真度提高，为最大保证输出信号的保真度，控制脉宽调制信号最大占空比保持在50％以上；而且如果输出幅度过低，则输入信号幅度也会相应的变低，此时信号处理电路中就有一部分数据被浪费，无法保证信号的精度，因此需要对输出进行硬件档位划分，例如，如图9所示，在高频变压器二次侧设置多个开关 K1、K2、K3、K4，并分别与变压器的二次侧线圈不同位置对应连接，从而输出不同等级的高频功率信号，提高输出信号的保真度。

同时，为了保证采样数据的最大精度，还需要对反馈信号进行档位划分处理，通过采用不同开关和采样电阻对反馈信号进行采样信号档位的调整，调整采样信号尽可能的接近最大采样值。

进一步地，为了提高信号的稳定性，主控模块100与电压模块200和电流模块300分别通过光耦下发控制数据和上传数据，数据均使用光电隔离器隔离，使得模块之间实现电气隔离，从而维护各模块的独立性，且各模块均带有温度检测、过流过压检测，信号通过光耦上传系统信息。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率源，其特征在于，包括主控模块、电压模块和电流模块；

所述主控模块，用于获取用户指令，并对应输出对应的指令控制信号至所述电压模块和所述电流模块，以及获取所述电压模块和所述电流模块输出的反馈信号，并根据所述反馈信号动态调整输出；

所述电压模块，用于将标准电压模拟信号进行功率放大，并输出具备带载能力的预设电压测试信号，所述电压模块包括用于根据所述指令控制信号产生所述标准电压模拟信号的第一信号发生电路、用于提供第一高压驱动电源的第一高压电源模块、用于对所述标准电压模拟信号进行调制转换成高频脉宽调制信号的第一信号调制电路、用于根据高频脉宽调制信号对所述第一高压驱动电源进行电压转换并输出与高频脉宽调制信号同频的高频电压信号的第一桥式驱动电路、用于对所述高频电压信号进行功率转换和隔离的第一高频变压器和用于对功率转换后的高频电压信号进行同步检波后输出所述预设电压测试信号的第一同步检波电路；

所述电流模块，用于将标准电流模拟信号进行功率放大，并输出具备带载能力的预设电流测试信号，所述电流模块包括用于根据所述指令控制信号产生所述标准电流模拟信号的第二信号发生电路、用于提供第二高压驱动电源的第二高压电源模块、用于对所述标准电流模拟信号进行调制转换成高频脉宽调制信号的第二信号调制电路、用于根据所述高频脉宽调制信号对所述第二高压驱动电源进行电流转换并输出与所述脉宽调制信号同频的高频电流信号的第二桥式驱动电路、用于对所述高频电流信号进行功率转换和隔离的第二高频变压器和用于对功率转换后的高频电流信号进行同步检波后输出所述预设电流测试信号的第二同步检波电路。

2.如权利要求1所述的功率源，其特征在于，所述第一信号调制电路和所述第二信号调制电路均包括用于输出高频三角波信号的高频三角波发生电路、第一反相电路、第一运算放大器、第二运算放大器、第二反相电路和第三反相电路；

所述第一反相电路的信号输入端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，且连接节点为所述第一信号调制电路的信号输入端或所述第二信号调制电路的信号输入端，所述第一反相电路的信号输出端与所述第一运算放大器的正相输入端连接，所述高频三角波发生电路的信号输出端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第二运算放大器的正相输入端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二反相电路的信号输入端连接，且连接节点为所述第一信号调制电路的第一信号输出端或所述第二信号调制电路的第一信号输出端，所述第二反相电路的信号输出端为所述第一信号调制电路的第二信号输出端或所述第二信号调制电路的第二信号输出端，所述第二运算放大器的输出端与所述第三反相电路的信号输入端连接且连接节点为所述第一信号调制电路的第三信号输出端或所述第二信号调制电路的第三信号输出端，所述第三反相电路的信号输出端为所述第一信号调制电路的第四信号输出端或所述第二信号调制电路的第四信号输出端。

3.如权利要求2所述的功率源，其特征在于，所述第一桥式驱动电路和所述第二桥式驱动电路均包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；

所述第一开关管的输入端与所述第三开关管的输入端连接且连接节点为所述第一桥式驱动电路的电源输入端或所述第二桥式驱动电路的电源输入端，所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的输入端连接且连接节点为所述第一桥式驱动电路的第一电源输出端或所述第二桥式驱动电路的第一电源输出端，所述第三开关管的输出端与所述第四开关管的输入端连接且连接节点为所述第一桥式驱动电路的第二电源输出端或所述第二桥式驱动电路的第二电源输出端，所述第二开关管的输出端和所述第四开关管的输出端均接地，所述第一开关管的受控端用于接入第一高频脉宽调制信号，所述第二开关管的受控端用于接入第二高频脉宽调制信号，所述第三开关管的受控端用于接入第三高频脉宽调制信号，所述第四开关管的受控端用于接入第四高频脉宽调制信号。

4.如权利要求3所述的功率源，其特征在于，所述第一同步检波电路和所述第二同步检波电路均包括驱动电路、第五开关管、第六开关管、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述第五开关管的输入端与所述第一电阻的第一端连接且连接节点为所述第一同步检波电路的电源输入端或所述第二同步检波电路的电源输入端，所述第五开关管的输出端、所述第二电阻的第一端及所述第六开关管的输入端互连，所述第六开关管的输出端和所述第一电容的第一端连接且连接节点为所述第一同步检波电路的信号输出端或所述第二同步检波电路的信号输出端，所述第一电阻的第二端与第一电容的第二端连接，所述第五开关管的受控端、所述第二电阻的第二端、所述第六开关管的受控端及所述驱动电路的信号端互连，所述驱动电路的信号输入端分别与所述第一信号调制电路的信号输出端或者所述第二信号调制电路的信号输出端连接；

所述驱动电路，用于将所述第一高频脉宽调制信号和所述第四高频脉宽调制信号进行与运算，以及将所述第二高频脉宽调制信号和所述第三高频脉宽调制信号进行与运算，并对两个与运算结果进行或运算，输出运算后的高频脉宽调制信号至所述第五开关管和所述第六开关管，以控制所述第五开关管和所述第六开关管对应导通导通或者关断。

5.如权利要求4所述的功率源，其特征在于，所述电压模块还包括用于对所述预设电压测试信号进行滤波的第一低通滤波电路，所述电流模块还包括用于对所述预设电流测试信号进行滤波的第二低通滤波电路，所述第一低通滤波电路的信号输入端与所述第一同步检波电路的信号输出端连接，所述第二低通滤波电路的信号输入端与所述第二同步检波电路的信号输出端连接，所述第一低通滤波电路和所述第一低通滤波电路均包括电感、第二电容和第三电阻；

所述电感的第一端为所述第一低通滤波电路的输入端或所述第二低通滤波电路的输入端，所述电感的第二端、所述第二电容的第一端及所述第三电阻的第一端互连且连接节点为第一低通滤波电路的信号输出端或所述第二低通滤波电路的信号输出端，所述第三电阻的第二端、所述第二电容的第二端及对应的高频变压器的二次侧的另一端互连。

6.如权利要求1所述的功率源，其特征在于，所述第一信号发生电路和所述第二信号发生电路均包括第一数模转换器、第二数模转换器、第三运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第一数模转换器的信号输入端和所述第二数模转换器的信号输入端分别与所述主控模块连接，所述第一数模转换器的信号输出端与所述第四电阻的第一端连接，所述第二数模转换器的信号输出端与所述第五电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端、所述第五电阻的第二端及所述第三运算放大器的正相输入端互连，所述第三运算放大器的反相输入端、所述第六电阻的第一端及所述第七电阻的第一端互连，所述第六电阻的第二端接地，所述第三运算放大器的输出端与所述第七电阻的第二端连接且连接节点为所述第一信号发生电路信号输出端或所述第二信号发生电路的信号输出端。

7.如权利要求1所述的功率源，其特征在于，

所述电压模块还包括用于对所述预设电压测试信号进行采样并输出第一采样信号的第一采样电路、用于对输入至所述第一高频变压器的电压信号和电流信号进行采样并输出第二采样信号的第二采样电路、用于将所述第一采样信号和所述标准电压模拟信号进行输出闭环控制，并输出第一误差信号的第一误差放大电路和用于将所述第一误差信号和所述第二采样信号进行输出闭环控制，并输出第二误差信号至所述第一信号调制电路的第二误差放大电路；

所述电流模块还包括用于对所述预设电流测试信号进行采样并输出第三采样信号的第三采样电路、用于对输入至所述第二高频变压器的电压信号和电流信号进行采样并输出第四采样信号的第四采样电路、用于将所述第三采样信号和所述标准电流模拟信号进行输出闭环控制，并输出第三误差信号的第三误差放大电路和用于将所述第三误差信号和所述第四采样信号进行输出闭环控制，并输出第四误差信号至所述第二信号调制电路的第四误差放大电路。

8.如权利要求7所述的功率源，其特征在于，所述第一误差放大电路和所述第三误差放大电路均包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四运算放大器和第三电容；

所述第八电阻的第一端为所述第一误差放大电路的信号输入端或所述第三误差放大电路的信号输入端，所述第九电阻的第一端为所述第一误差放大电路的采样端或所述第三误差放大电路的采样端，所述第八电阻的第二端、所述第九电阻的第二端及所述第四运算放大器的正相输入端连接，所述第四运算放大器的反相输入端、所述第十电阻的第一端及所述第三电容的第一端互连，所述第十电阻的第二端接地，所述第四运算放大器的输出端与所述第三电容的第二端练级且连接节点为所述第一误差放大电路的信号输出端或所述第三误差放大电路的信号输出端。

9.如权利要求7所述的功率源，其特征在于，所述第二误差放大电路和所述第四误差放大电路均包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第四电容和第五运算放大器；

所述第十一电阻的第一端为所述第二误差放大电路的信号输入端或所述第四误差放大电路的信号输入端，所述第十二电阻的第一端为所述第二误差放大电路的第一采样端或所述第四误差放大电路的第一采样端，所述第十三电阻的第一端为所述第二误差放大电路的第二采样端或所述第四误差放大电路的第二采样端，所述第十一电阻的第二端、所述第十二电阻的第二端、所述第十三电阻的第二端、所述第十五电阻的第一端、所述第四电容的第一端及所述第五运算放大器的反相输入端互连，所述第五运算放大器的正相输入端与所述第十四电阻的第一端连接，所述第十四电阻的第二端接地，所述第五运算放大器的输出端、所述第四电容的第二端及所述第十五电阻的第二端互连且其连接节点为所述第二误差放大电路的信号输出端或所述第四误差放大电路的信号输出端。

10.如权利要求1所述的功率源，其特征在于，

所述电压模块还包括用于通过控制内部开关管的不同导通方式，以使所述第一高频变压器的二次侧输出不同等级的高频电压信号的第一档位切换电路，所述第一档位切换电路连接在所述第一高频变压器和所述第一同步检波电路之间；

所述电流模块还包括用于通过控制内部开关管的不同导通方式，以使所述第二高频变压器的二次侧输出不同等级的高频电流信号的第二档位切换电路，所述第二档位切换电路连接在所述第二高频变压器和所述第二同步检波电路之间。

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