CN117811503A - 一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，属于高压高频电路技术领域，包括驱动模块、第一MOS管、第二MOS管、电容器和电感器；驱动模块的输入端与外界控制器进行信号连接，驱动模块的输出端与第一MOS管和第二MOS管的栅极驱动信号反向；第一MOS管的漏极与正电源相连接，第二MOS管的源极与负电源相连接，第一MOS管的源极与第二MOS管的漏极相连接；电容器和电感器组成并联谐振电路，并联谐振电路的输入端与第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极相连接，并联谐振电路的输出端高压正弦和负载Rload相连接，为了MOSFET的开关损耗降低，能使单相MOS管的开关周期变长，频率降低，通过多相组合使得功率MOSFET工作到更高的频率。
Description
技术领域
本申请属于高压高频电路技术领域，具体地说，涉及一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法。
背景技术
正弦波信号发生电路是电子技术中常用的一种信号发生装置，在电子电路设计与实验、测量仪表、信号传输与通信、医疗消融等领域应用广泛。
目前正弦波信号发生电路技术偏向于LLC、LCC等谐振技术，受到器件工作电源电压限制，其输出电压较低，由于谐振需要起振时间，以及电路元件偏多等因素，如一台机器需要很多路单独输出时，电路板会比较沉重和复杂。
发明内容
为解决上述问题和技术缺陷，本申请实施例采用如下的技术方案，一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，包括驱动模块、第一MOS管、第二MOS管、电容器和电感器；
驱动模块的输入端与外界控制器进行信号连接，驱动模块的输出端与第一MOS管和第二MOS管的栅极相连接；
第一MOS管的漏极与电源正极相连接，第二MOS管的源极与电源负极相连接，第一MOS管的源极与第二MOS管的漏极相连接；
电容器和电感器组成并联谐振电路，并联谐振电路的输入端与第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极相连接，并联谐振电路的输出端高压正弦和负载Rload相连接。
优选地，所述电容器和电感器组成的并联谐振电路是以电感器的输出端作为并联谐振电路的输入端，电容器的输入端作为并联谐振电路的输出端。
优选地，所述并联谐振电路是通过电容器和电感器的谐振，使电容器输出放大后的信号。
进一步地，所述谐振频率f0计算公式如下：
其中，L1为电感器的电感值，C1为电容器的电容值。
优选地，并联谐振电路是通过谐振电容与负载Rload并联方式连接；也可以通过谐振电容与变压器并联后再与负载Rload相连。
优选地，所述驱动模块、第一MOS管、第二MOS管和并联谐振电路组成单相电路，每2个单相电路之间相连接组成调压电路，每个单向电路单独输出Vo，通过外界控制器生成相位差，达到控制电极电压从0～2Vo的正弦波输出，四个单独通道两两一组两组之间输出2Vo与2Vo，可以生成0～4Vo的正弦波，依此下去可以实现更高正弦波的电压。
进一步地，所述多通道电路的相位差为π/2时，将多通道电路视作两个单通道电路相连接，即调压电路，计算公式如下：
y1sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t)
y3sin(t)∶＝y1sin(t)+y2sin(t)
其中，y1sin(t)和y2sin(t)分别为两个单相电路的正弦波。
更进一步地，所述多通道电路的相位差为π时，将多通道电路视作两个单通道电路相连接，即调压电路，计算公式如下：
y1sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t)
y2sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t+π)
y3sin(t)∶＝y1sin(t)+y2sin(t)
再进一步地，所述多通道电路的相位差为2π时，将多通道电路视作两个单通道电路相连接，即调压电路，计算公式如下：
y1sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t)
y2sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t+2π)
y3sin(t)∶＝y1sin(t)+y2sin(t)
相比于现有技术，本申请实施例的有益效果为：
本申请每个部分会作为单独模块，所以单板元件少，通过多路组合方案，两两输出连接到负载调节电路输出电压，需要输出更高频率的高压正弦波时，可以将上述单通道电路，更改为多相单通道电路模式，可以使用开关开通关断间隔周期平均分配，使单相MOS管的开关周期变长，频率降低，所以MOSFET的开关损耗降低，也是通过多相组合使得功率MOS管工作到更高的频率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或示例性中的技术方案，下面将对实施例或示例性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申请的一些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以按照这些附图示出的获得其他的附图。
图1为本申请实施例的方案原理图一；
图2为本申请实施例的增加变压器变形后的原理图；
图3为本申请实施例的方案原理图二；
图4为本申请实施例的相位差为π/2时正弦波示意图一；
图5为本申请实施例的相位差为π/2时正弦波示意图二；
图6为本申请实施例的相位差为π/2时正弦波示意图三；
图7为本申请实施例的相位差为π时正弦波示意图；
图8为本申请实施例的相位差为2π时正弦波示意图；
图9为本申请实施例的高频方案示意图一；
图10为本申请实施例的高频方案示意图二；
图11为本申请实施例的高频方案示意图三。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例，基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1、图3和图7所示，一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，包括驱动模块、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、电容器C和电感器L；
驱动模块的输入端与外界控制器进行信号连接，驱动模块的输出端与第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的栅极相连接；
第一MOS管Q1的漏极与电源正极相连接，第二MOS管Q2的源极与电源负极相连接，第一MOS管Q1的源极与第二MOS管Q2的漏极相连接；
电容器C和电感器L组成并联谐振电路，并联谐振电路的输入端与第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的漏极相连接，并联谐振电路的输出端高压正弦和负载Rload相连接。
电容器C和电感器L组成的并联谐振电路是以电感器L的输出端作为并联谐振电路的输入端，电容器C的输入端作为并联谐振电路的输出端。
并联谐振电路是通过电容器C和电感器L的谐振，使电容器C输出放大后的信号。
谐振频率f0计算公式如下：
其中，L1为电感器L的电感值，C1为电容器C的电容值。
并联谐振电路是通过谐振电容与负载Rload并联；也可以通过谐振电容与变压器并联后再与负载Rload相连，参考图2。
驱动模块、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2和并联谐振电路组成单相电路，每个单相电路之间相连接组成多相电路，每个单向电路单独输出，通过外界控制器生成相位差，达到控制电极电压从0～2Vo的正弦波输出，四个单独通道两两一组两组之间输出2Vo与2Vo，可以生成0～4Vo的正弦波，依此下去可以实现更高正弦波的电压。
电容器C和电感器L组成并联谐振电路是利用电容器C和电感器L之间谐振点形成的共振，当第一MOS管Q1和第二MOS管Q2之间输出方波时，并联谐振电路输出放大的正弦波，低压MOS输出高压正弦波的优点。
调压电路的相位差为π/2时，将多通道电路视作两个单向电路相连接，计算公式如下：
y1sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t)
y3sin(t)∶＝y1sin(t)+y2sin(t)
其中，y1sin(t)和y2sin(t)分别为两个单相电路的正弦波。
y1sin(t)的正弦波如图4所示，y2sin(t)的正弦波如图5所示，y3sin(t)的正弦波如图6所示。
调压电路的相位差为π时，将多通道电路视作两个单向电路相连接，计算公式如下：
y1sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t)
y2sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t+π)
y3sin(t)∶＝y1sin(t)+y2sin(t)
计算后的y3sin(t)的正弦波如图7所示，从图中看出无限趋近于0。
调压电路的相位差为2π时，将多通道电路视作两个单向电路相连接，计算公式如下：
y1sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t)
y2sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t+2π)
y3sin(t)∶＝y1sin(t)+y2sin(t)
计算后的y3sin(t)的正弦波如图8所示，从图中看出幅值增大1倍，相当于电压相加。
另一个是在相同的MOSFET损耗情况下，可以通过多相组合的方案实现更高频率的高压正弦波的输出，通过该方案，使开关开通关断间隔周期平均分配，目的使单相MOS管的开关周期变长，频率降低，所以MOSFET的开关损耗降低，也是通过多相组合使得功率MOS管可以工作再更高的频率，结果图9、图10和图11所示，图11中的V(n003)对应PHASES点波形，V(n004)对应Vo,I(L1)对应电感L的电流。
以上所述实施例仅表达了本申请的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，其特征在于，包括驱动模块、第一MOS管(Q1)、第二MOS管(Q2)、电容器(C)和电感器(L)；
驱动模块的输入端与外界控制器进行信号连接，驱动模块的输出端与第一MOS管(Q1)和第二MOS管(Q2)的栅极相连接；
第一MOS管(Q1)的漏极与电源正极相连接，第二MOS管(Q2)的源极与电源负极相连接，第一MOS管(Q1)的源极与第二MOS管(Q2)的漏极相连接；
电容器(C)和电感器(L)组成并联谐振电路，并联谐振电路的输入端与第一MOS管(Q1)的源极和第二MOS管(Q2)的漏极相连接，并联谐振电路的输出端高压正弦和负载Rload相连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，其特征在于，所述电容器(C)和电感器(L)组成的并联谐振电路是以电感器(L)的输出端作为并联谐振电路的输入端，电容器(C)的输入端作为并联谐振电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，其特征在于，所述并联谐振电路是通过电容器(C)和电感器(L)的谐振，使电容器(C)输出放大后的信号。
4.根据权利要求3所述的一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，其特征在于，所述谐振频率f0计算公式如下：
其中，L1为电感器(L)的电感值，C1为电容器(C)的电容值。
5.根据权利要求1所述的一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，其特征在于，所述并联谐振电路是通过谐振电容与负载Rload并联方式连接；也可以通过谐振电容与变压器并联后再与负载Rload相连。
6.根据权利要求1所述的一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，其特征在于，所述驱动模块、第一MOS管(Q1)、第二MOS管(Q2)和并联谐振电路组成单通道电路，每2个单通道电路输出之间相连接组成调压电路，每个单通道电路输出Vo，通过外界控制器生成相位差，达到控制输出电压从0～2Vo的正弦波输出，四个单独通道两两一组两组之间输出2Vo与2Vo，可以生成0～4Vo的正弦波，实现更高正弦波的电压。
7.根据权利要求6所述的一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，其特征在于，所述多通道电路的相位差为π/2时，将多通道电路视作两个单通道电路相连接，即调压电路，计算公式如下：
y1sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t)
y3sin(t)∶＝y1sin(t)+y2sin(t)
其中，y1sin(t)和y2sin(t)分别为两个单相电路的正弦波。
8.根据权利要求7所述的一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，其特征在于，所述多通道电路的相位差为π时，将多通道电路视作两个单通道电路相连接，即调压电路，计算公式如下：
y1sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t)
y2sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t+π)
y3sin(t)∶＝y1sin(t)+y2sin(t)。
9.根据权利要求8所述的一种高压高频正弦波发生电路和波束合成方法，其特征在于，所述多通道电路的相位差为2π时，将多通道电路视作两个单通道电路相连接，即调压电路，计算公式如下：
y1sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t)
y2sin(t)∶＝sin(2·π·fsw·t+2π)
y3sin(t)∶＝y1sin(t)+y2sin(t)。
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