CN118362764A - 一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力电子技术领域，更具体地，本发明提供了一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器和方法，包括脉冲发生器模块、双向稳压直流电源模块和控制器模块；双向稳压直流电源模块的高压输出与脉冲发生器模块的双向稳压直流电源模块的输出端相连；控制器模块一端与脉冲发生器模块相连，为其提供脉冲信号，另一端与双向稳压直流电源模块相连，监测共模电压并控制模块运行，本发明能提供变化率连续可调的脉冲和连续可调的共模电压，在高强度测试时能保持共模电压的稳定。

Description

一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器和方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器和方法。

背景技术

在实际应用中，功率器件的开关频率越来越高，其运行电压也越来越高，这将导致严重的电磁辐射噪声，甚至会影响系统运行安全。共模瞬态抗扰度（CMTI）是运行在噪声环境中的隔离器的一个重要指标。这在诸如功率控制栅极驱动器的浮动电源应用中尤其重要，其中共模电源电压的变化可能超过隔离器的CMTI并导致错误开关，因此，对于隔离器件的CMTI测试就尤其重要，用于隔离器件CMTI测试的装置为共模脉冲发生器或共模浪涌发生器。在CMTI测试中，脉冲发生器输出脉冲的电压和dv/dt是最重要的指标。所以一种可调电压和dv/dt的脉冲发生器对于隔离器件的CMTI测试是十分必要的。

目前，用于CMTI测试的脉冲发生器通常使用电感储能，并在功率管关断时产生浪涌电压，但这种方法有明显的弊端，电感产生的浪涌会通过二极管流入到共模电压线路，这将导致共模电压的上升，使得测试条件不稳定，上述方法不能用于高强度测试。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的问题，提供一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器和方法，能够提供变化率连续可调的脉冲和连续可调的共模电压，在高强度测试时能保持共模电压的稳定。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，包括脉冲发生器模块、双向稳压直流电源模块和控制器模块，所述双向稳压直流电源模块与所述脉冲发生器模块连接，所述控制器模块一端与所述脉冲发生器模块连接，所述控制器模块另一端与所述双向稳压直流电源模块连接，通过调整所述脉冲发生器模块的导通时间输出电压变化率可调的脉冲，所述双向稳压直流电源模块为所述脉冲提供稳定可调的电压，所述控制器模块为所述脉冲发生器模块提供脉冲信号并监测所述双向稳压直流电源模块运行。

进一步，所述脉冲发生器模块包括第一电感、第九高压晶体管、高压二极管、第一电容器、第二电容器、第一直流电源和脉冲输出端口，所述第一直流电源的正输出端与第一电感一端相连，所述第一直流电源的负输出端与地端相连，所述第一电感的另一端分别与第九高压晶体管的漏极、高压二极管的阳极和脉冲输出端口一端相连，脉冲输出端口的另一端与地端相连，第九高压晶体管的源极与地端相连，高压二极管的阴极分别与第二电容器一端和双向稳压直流电源模块的输出端相连，所述第一电容器的两端分别连接所述第一直流电源的正输出端和负输出端，第二电容器两端分别连接双向稳压直流电源模块的输出端和地端。

进一步，所述双向稳压直流电源模块采用隔离型双向全桥DC/DC变换器。

进一步，所述双向稳压直流电源模块包括第二直流电源、第一高压晶体管、第二高压晶体管、第三高压晶体管、第四高压晶体管、第五高压晶体管、第六高压晶体管、第七高压晶体管、第八高压晶体管、变压器、第一电阻和第二电阻，所述第二直流电源的正输出端分别与第一高压晶体管的漏极、第三高压晶体管的漏极相连，所述第二直流电源的负输出端分别与第二高压晶体管的源极、第四高压晶体管的源极以及地端相连，所述第一高压晶体管的源极分别与第二高压晶体管的漏极和变压器相连，所述第三高压晶体管的源极分别与第四高压晶体管的漏极和变压器相连，所述双向稳压直流电源模块的输出端分别与第五高压晶体管的漏极和第七高压晶体管的漏极相连，地端分别与第六高压晶体管的源极和第八高压晶体管的源极相连，所述第五高压晶体管的源极分别与第六高压晶体管的漏极和变压器相连，所述第七高压晶体管的源极分别与第八高压晶体管的漏极和变压器相连，第一电阻与第二电阻串联在双向稳压直流电源模块的输出端和地端之间，第一电阻与第二电阻连接的节点和控制器模块的输入端相连。

进一步，所述控制器模块为脉冲发生器提供脉冲信号，通过调整脉冲信号的占空比改变脉冲发生器输出的脉冲信号。

进一步，所述控制器模块输出脉冲宽度调制信号控制双向稳压直流电源模块运行。

进一步，所述第一高压晶体管、第二高压晶体管、第三高压晶体管、第四高压晶体管、第五高压晶体管、第六高压晶体管、第七高压晶体管、第八高压晶体管和第九高压晶体管的栅极分别与所述控制器模块对应的栅极驱动管脚相连。

进一步，所述第一电阻与第二电阻连接的节点和控制器模块构成反馈检测回路，所述反馈检测回路检测双向稳压直流电源模块的输出端的电压。

进一步，所述隔离型双向全桥DC/DC变换器的工作原理，包括：控制变压器初级侧电压与变压器次级侧电压之间的移相比，调节所述隔离型双向全桥DC/DC变换器传输功率的大小和传输方向。

一种可调电压和电压变化率的脉冲发生方法，所述脉冲发生方法应用于所述的脉冲发生器，包括以下步骤：

S1：所述控制器模块控制双向稳压直流电源模块运行；

S2：所述控制器模块发送脉冲信号至脉冲发生器模块，通过调整脉冲发生器模块的导通时间，输出变化率和电压可调的脉冲信号；

S3：当所述脉冲信号导致双向稳压直流电源模块的输出端的电压超过预设阈值时，使双向稳压直流电源模块导通，所述控制器模块控制所述双向稳压直流电源模块的移相比，通过调节双向稳压直流电源模块的传输功率的大小和传输的方向，使所述脉冲信号的电压保持在预设值。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明包括脉冲发生器模块、双向稳压直流电源模块和控制器模块，双向稳压直流电源模块的高压输出与脉冲发生器模块的共模电源接口，控制器模块一端与脉冲发生器模块相连，为其提供脉冲信号，另一端与双向稳压直流电源模块相连，监测双向稳压直流电源模块输出端的电压，本发明能提供变化率连续可调的脉冲和连续可调的共模电压，在高强度测试时能保持共模电压的稳定。

附图说明

图1为本发明所述脉冲发生器的电路原理图；

图2为本发明所述脉冲发生器的双向稳压直流电源模块的单移相工作原理波形图;

图3为本发明所述可调电压和电压变化率的脉冲发生方法流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，如图1所示，包括脉冲发生器模块、双向稳压直流电源模块和控制器模块，所述双向稳压直流电源模块与所述脉冲发生器模块连接，所述控制器模块一端与所述脉冲发生器模块连接，所述控制器模块另一端与所述双向稳压直流电源模块连接，通过调整所述脉冲发生器模块的导通时间输出电压变化率可调的脉冲，所述双向稳压直流电源模块为所述脉冲提供稳定可调的电压，所述控制器模块为所述脉冲发生器模块提供脉冲信号并监测所述双向稳压直流电源模块运行。

本发明包括脉冲发生器模块、双向稳压直流电源模块和控制器模块，双向稳压直流电源模块的高压输出与脉冲发生器模块的双向稳压直流电源模块的输出端相连，控制器模块一端与脉冲发生器模块相连，为其提供脉冲信号，另一端与双向稳压直流电源模块相连，监测共模电压并控制模块运行，本发明能提供电压变化率可调的脉冲和连续可调的共模电压，在高强度测试时能保持共模电压的稳定。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，继续公开以下内容：

所述脉冲发生器模块包括第一电感、第九高压晶体管、高压二极管、第一电容器、第二电容器、第一直流电源和脉冲输出端口，所述第一直流电源的正输出端与第一电感一端相连，所述第一直流电源的负输出端与地端相连，所述第一电感的另一端分别与第九高压晶体管的漏极、高压二极管的阳极和脉冲输出端口一端相连，脉冲输出端口的另一端与地端相连，第九高压晶体管的源极与地端相连，高压二极管的阴极分别与第二电容器一端、双向稳压直流电源模块的输出端相连，所述第一电容器的两端分别连接所述第一直流电源的正输出端和负输出端，第二电容器两端分别连接双向稳压直流电源模块的输出端和地端。

脉冲发生器模块的工作原理是，通过打开第九高压晶体管（Q9）为第一电感器（L1）充电，在一定时间后关断晶体管，由于电感器中的电流不能突变，此时，同样大小的电流为晶体管的输出电容和高压二极管（D1）的结电容充电，因此，高压脉冲输出节点（VCMT）的电压就会迅速上升，形成一个高dv/dt的脉冲。计算VCMT节点对GND的dv/dt值：

其中，为第一直流电源（B1）两端的输出电压，为第九高压晶体管（Q9）的导通时间。可以看出，输出脉冲的dv/dt与导通时间呈线性关系，可以通过调整Q9的导通时间控制输出脉冲的dv/dt。

实施例3

本实施例在实施例1和2的基础上，继续公开以下内容：

如图2所示，所述双向稳压直流电源模块采用隔离型双向全桥DC/DC变换器，双向稳压直流电源模块采用隔离型双向全桥DC/DC变换器结构，能量能够双向流动。

所述双向稳压直流电源模块包括第二直流电源、第一高压晶体管、第二高压晶体管、第三高压晶体管、第四高压晶体管、第五高压晶体管、第六高压晶体管、第七高压晶体管、第八高压晶体管、变压器、第一电阻和第二电阻，所述第二直流电源的正输出端分别与第一高压晶体管的漏极、第三高压晶体管的漏极相连，所述第二直流电源的负输出端分别与第二高压晶体管的源极、第四高压晶体管的源极以及地端相连，所述第一高压晶体管的源极分别与第二高压晶体管的漏极、变压器相连，所述第三高压晶体管的源极分别与第四高压晶体管的漏极和变压器相连，所述双向稳压直流电源模块的输出端分别与第五高压晶体管的漏极和第七高压晶体管的漏极相连，地端分别与第六高压晶体管的源极和第八高压晶体管的源极相连，所述第五高压晶体管的源极分别与第六高压晶体管的漏极和变压器相连，所述第七高压晶体管的源极分别与第八高压晶体管的漏极和变压器相连，第一电阻与第二电阻串联在所述双向稳压直流电源模块的输出端和地端之间，第一电阻与第二电阻连接的节点和控制器模块的输入端相连。

所述控制器模块为脉冲发生器提供脉冲信号，通过调整脉冲信号的占空比改变脉冲发生器输出的脉冲信号。

控制器模块实时监测共模电压（VCM）大小，构成反馈控制回路，实时控制能量的正反向流动，使得共模电压（VCM）稳定在设定值。双向稳压直流电源模块的单移相工作原理波形图如图2所示，其中是变压器（T1）初级侧电压，是变压器（T1）次级侧电压，是变换器的半个开关周期，D是半个周期内开关信号和相对于和的移相比。

变换器的两个全桥逆变结构上的每个桥臂的上下两个开关管管之间都是相差180°的互补导通，单移相控制方式通过控制变压器初级侧电压与次级侧电压之间的移相比D，来调节变换器传输功率的大小同时控制变换器功率传输的方向，如果两个全桥之间的占空比固定为50%，当相位超前时，功率从初级侧到次级侧正向传输，当相位滞后时，功率从次级侧到初级侧反向传输。该变换器能在升压模式和降压模式中轻易切换，可以实现自然的双向功率传输，在脉冲发生器进行高强度测试，有电流涌入双向稳压直流电源模块的输出端时，双向稳压直流电源模块可以控制能量反向传输，保持共模电压稳定在设定值。

在具体实施过程中，所述变换器的理论传输功率为：

其中，为初级变压器与次级变压器的电压比、输入电压源的电压值、为PWM开关频率、为变压器的等效电感，即变压器的漏感与串联电感之和。

实施例4

本实施例在实施例1、2和3的基础上，继续公开以下内容：

所述控制器模块输出脉冲宽度调制信号控制双向稳压直流电源模块运行。

所述第一高压晶体管、第二高压晶体管、第三高压晶体管、第四高压晶体管、第五高压晶体管、第六高压晶体管、第七高压晶体管、第八高压晶体管和第九高压晶体管的栅极分别与所述控制器模块对应的栅极驱动管脚相连。

所述第一电阻与第二电阻连接的节点和控制器模块构成反馈检测回路，所述反馈检测回路检测所述双向稳压直流电源模块的输出端的电压反馈控制回路实时控制能量的正反向流动，使得所述共模电压稳定在预设值。

所述双向稳压直流电源模块采用隔离型双向全桥DC/DC变换器，能够产生高至1200V的稳定可调的共模电压；由于能量可以双向流动，即使在高强度测试时，共模电压也能保持稳定。

所述隔离型双向全桥DC/DC变换器的工作原理，包括：控制变压器初级侧电压与变压器次级侧电压之间的移相比，调节所述隔离型双向全桥DC/DC变换器传输功率的大小和传输的方向。

一种可调电压和电压变化率的脉冲发生方法，所述脉冲发生方法应用于所述的脉冲发生器，如图3所示，包括以下步骤：

S1：所述控制器模块控制双向稳压直流电源模块运行；

S2：所述控制器模块发送脉冲信号至脉冲发生器模块，通过调整脉冲发生器模块的导通时间，输出变化率和电压可调的脉冲信号；

S3：当所述脉冲信号导致双向稳压直流电源模块的输出端的电压超过预设阈值时，使双向稳压直流电源模块导通，所述控制器模块控制所述双向稳压直流电源模块的移相比，通过调节双向稳压直流电源模块的传输功率的大小和传输的方向，使所述脉冲信号的电压保持在预设值。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，其特征在于，包括脉冲发生器模块、双向稳压直流电源模块和控制器模块，所述双向稳压直流电源模块与所述脉冲发生器模块连接，所述控制器模块一端与所述脉冲发生器模块连接，所述控制器模块另一端与所述双向稳压直流电源模块连接，通过调整所述脉冲发生器模块的导通时间输出电压变化率可调的脉冲，所述双向稳压直流电源模块为所述脉冲提供稳定可调的电压，所述控制器模块为所述脉冲发生器模块提供脉冲信号并监测所述双向稳压直流电源模块运行。

2.根据权利要求1所述的一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，其特征在于，所述脉冲发生器模块包括第一电感、第九高压晶体管、高压二极管、第一电容器、第二电容器、第一直流电源和脉冲输出端口，所述第一直流电源的正输出端与第一电感一端相连，所述第一直流电源的负输出端与地端相连，所述第一电感的另一端分别与第九高压晶体管的漏极、高压二极管的阳极和脉冲输出端口一端相连，脉冲输出端口的另一端与地端相连，第九高压晶体管的源极与地端相连，高压二极管的阴极分别与第二电容器一端和双向稳压直流电源模块的输出端相连，所述第一电容器的两端分别连接所述第一直流电源的正输出端和负输出端，第二电容器两端分别连接双向稳压直流电源模块的输出端和地端。

3.根据权利要求1所述的一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，其特征在于，所述双向稳压直流电源模块采用隔离型双向全桥DC/DC变换器。

4.根据权利要求3所述的一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，其特征在于，所述双向稳压直流电源模块包括第二直流电源、第一高压晶体管、第二高压晶体管、第三高压晶体管、第四高压晶体管、第五高压晶体管、第六高压晶体管、第七高压晶体管、第八高压晶体管、变压器、第一电阻和第二电阻，所述第二直流电源的正输出端分别与第一高压晶体管的漏极、第三高压晶体管的漏极相连，所述第二直流电源的负输出端分别与第二高压晶体管的源极、第四高压晶体管的源极以及地端相连，所述第一高压晶体管的源极分别与第二高压晶体管的漏极和变压器相连，所述第三高压晶体管的源极分别与第四高压晶体管的漏极和变压器相连，所述双向稳压直流电源模块的输出端分别与第五高压晶体管的漏极和第七高压晶体管的漏极相连，地端分别与第六高压晶体管的源极和第八高压晶体管的源极相连，所述第五高压晶体管的源极分别与第六高压晶体管的漏极和变压器相连，所述第七高压晶体管的源极分别与第八高压晶体管的漏极和变压器相连，第一电阻与第二电阻串联在双向稳压直流电源模块的输出端和地端之间，第一电阻与第二电阻连接的节点和控制器模块的输入端相连。

5.根据权利要求2所述的一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，其特征在于，所述控制器模块为脉冲发生器提供脉冲信号，通过调整脉冲信号的占空比改变脉冲发生器输出的脉冲信号。

6.根据权利要求4所述的一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，其特征在于，所述控制器模块输出脉冲宽度调制信号控制双向稳压直流电源模块运行。

7.根据权利要求4所述的一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，其特征在于，所述第一高压晶体管、第二高压晶体管、第三高压晶体管、第四高压晶体管、第五高压晶体管、第六高压晶体管、第七高压晶体管、第八高压晶体管和第九高压晶体管的栅极分别与所述控制器模块对应的栅极驱动管脚相连。

8.根据权利要求4所述的一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，其特征在于，所述第一电阻与第二电阻连接的节点和控制器模块构成反馈检测回路，所述反馈检测回路检测双向稳压直流电源模块的输出端的电压。

9.根据权利要求8所述的一种可调电压和电压变化率的脉冲发生器，其特征在于，所述隔离型双向全桥DC/DC变换器的工作原理，包括：控制变压器初级侧电压与变压器次级侧电压之间的移相比，调节所述隔离型双向全桥DC/DC变换器传输功率的大小和传输方向。

10.一种可调电压和电压变化率的脉冲发生方法，其特征在于，所述脉冲发生方法应用于如权利要求1至9任一项所述的脉冲发生器，包括以下步骤：

S1：所述控制器模块控制双向稳压直流电源模块运行；

S2：所述控制器模块发送脉冲信号至脉冲发生器模块，通过调整脉冲发生器模块的导通时间，输出变化率和电压可调的脉冲信号；

S3：当所述脉冲信号导致双向稳压直流电源模块的输出端的电压超过预设阈值时，使双向稳压直流电源模块导通，所述控制器模块控制所述双向稳压直流电源模块的移相比，通过调节双向稳压直流电源模块的传输功率的大小和传输的方向，使所述脉冲信号的电压保持在预设值。