CN201985777U

CN201985777U - 一种高压大功率开关功率放大器

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Publication number: CN201985777U
Application number: CN2010206378957U
Authority: CN
Inventors: 张红彩; 张巧寿
Original assignee: BEIJING ETS SOLUTIONS Ltd; BEIJING SPACE STAR TECHNOLOGY EQUIPMENT Co
Current assignee: BEIJING ETS SOLUTIONS Ltd; BEIJING SPACE STAR TECHNOLOGY EQUIPMENT Co
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2020-12-02

Abstract

本实用新型属于功率放大技术领域，包括直流电源电路、控制电路、逆变电路、滤波电路和保护显示电路，直流电源电路与电网和逆变电路连接，控制电路与逆变电路和保护显示电路相连接，逆变电路与直流电源电路、控制电路和滤波电路连接，滤波电路与逆变电路和振动台连接，保护显示电路与控制电路连接，其特征在于：所述的逆变电路为两个IGBT半桥模块所组成的全桥逆变电路。本实用新型采用由两个IGBT半桥模块所组成的全桥逆变电路，功放输出电压高、单模块输出功率大。采用由集成芯片UC3637实现的PWM调制器，具有电路结构简单、性能可靠的特点，大大加强了PWM调制的性能和可靠性。

Description

一种高压大功率开关功率放大器

技术领域

本实用新型属于功率放大技术领域，具体涉及一种高压大功率开关功率放大器。

背景技术

功率放大器(以下简称功放)是电动振动试验系统的关键设备，它将给定的控制信号进行功率放大以驱动振动台设备。老的振动试验设备大都采用线性功放，与开关功放相比效率低、功耗大、可靠性差，而且体积庞大，使用非常不方便。新的设备均采用开关功放，主要由直流电源电路、控制电路、逆变电路、滤波电路和外围保护显示电路组成，如图1所示。直流电源电路从电网取得交流电压，通过整流、滤波为主电路提供直流电压。逆变电路是由功率场效应管(MOSFET)构成的单相全桥逆变器，它将直流电源电路整流而来的直流电压逆变成PWM(脉宽调制)脉冲交流电，再通过滤波电路得到所需的波形，多个逆变电路功率模块通过并联的方式获得更大的功率输出。控制电路接受反馈信号和给定信号，经控制机理作用的输出信号决定着主电路开关管的开通和关断。输出滤波器将主电路输出的PWM脉冲波形进行解调，滤除载波信号，从而驱动振动台。外围保护显示电路实时保护设备安全稳定运行，并提供良好的人机交互界面，以方便使用者操作、维护和搜集信息。逆变电路和控制电路是开关功放的核心部件。

近年来我国20t以上大推力电动振动台的发展为大型设备进行综合应力环境试验提供了条件，也对高压大功率开关功放提出了要求。现有的开关功放逆变电路使用MOSFET作为功率开关管，虽然有较好的高速控制性能，然而容量小、耐压低，难以实现大功率。所以目前开关功放的输出电压都是在120V左右，功率模块单元的功率输出为6KVA，应用范围局限在小推力振动台。另外，现有的开关功放控制电路都是用分立元件来实现，电路结构复杂，元器件多，故障率高，干扰较大。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种功放输出电压高、单模块输出功率大的高压大功率开关功率放大器。

本实用新型是这样实现的：

一种高压大功率开关功率放大器，包括直流电源电路、控制电路、逆变电路、滤波电路和保护显示电路，直流电源电路与电网和逆变电路连接，控制电路与逆变电路和保护显示电路相连接，逆变电路与直流电源电路、控制电路和滤波电路连接，滤波电路与逆变电路和振动台连接，保护显示电路与控制电路连接，所述的逆变电路为两个IGBT半桥模块所组成的全桥逆变电路。

如上所述的逆变电路包括驱动芯片、电源滤波器、上电复位电路、死区调节电路、使能信号电路、错误信号处理电路和IGBT接口和保护电路，以及IGBT；电源滤波器与驱动芯片连接；上电复位电路与驱动芯片连接；驱动芯片与电源滤波器、上电复位电路、死区调节电路、使能信号电路、错误信号处理电路、IGBT接口和保护电路，以及控制电路连接；死区调节电路与驱动芯片连接；使能信号电路与驱动芯片连接；错误信号处理电路与驱动芯片连接；IGBT接口和保护电路与驱动芯片连接；IGBT与IGBT接口和滤波电路连接。

如上所述的控制电路包括控制器和PWM调制器；其中，控制器与显示保护电路和PWM调制器连接；PWM调制器与控制器和逆变电路连接。

如上所述的控制器可采用智能处理芯片实现。

如上所述的控制器可采用单片机、DSP或ARM实现。

如上所述的PWM调制器采用集成芯片UC3637实现。

如上所述的PWM调制器由集成芯片UC3637、升压电路、载波生成电路和反向器组成；第一升压电路与控制器和集成芯片UC3637连接；反向器与控制器和第二升压电路连接，它的输入端与控制器连接，它的输出端与第二升压电路连接；第二升压电路与反向器和集成芯片UC3637连接；集成芯片UC3637与升压电路和载波生成电路连接；载波生成电路与集成芯片UC3637连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用由两个IGBT半桥模块所组成的全桥逆变电路，功放输出电压高、单模块输出功率大。采用由集成芯片UC3637实现的PWM调制器，具有电路结构简单、性能可靠的特点，大大加强了PWM调制的性能和可靠性。在优选的实施例中，采用基于驱动芯片2SD315A设计的驱动电路，它具有很强的驱动能力和很高的隔离电压能力，为功放输出高电压提供了可靠保障。

附图说明

图1是本实用新型的一种高压大功率开关功率放大器的结构原理图；

图2是图1中控制电路中PWM调制器的结构原理图；

图3是图1中控制电路中逆变电路的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的一种高压大功率开关功率放大器进行介绍：

如图1所示，一种高压大功率开关功率放大器，包括直流电源电路、控制电路、逆变电路、滤波电路和保护显示电路。

其中，直流电源电路与电网和逆变电路连接，它从电网取得交流电压，通过整流、滤波，为逆变电路提供直流电压。直流电源电路可采用现有技术实现。

控制电路与逆变电路和保护显示电路相连接，它接收来自滤波电路的输出作为反馈信号、来自滤波电路的保护信号和来自外界信号发生器的给定信号，它将给定信号与反馈信号的差值信号经过PI(比例积分)调节后进行PWM调制，然后将调制后的得到的调制PWM信号发送给逆变电路；它根据接收到保护信号，依据设定程序进行处理，停止输出控制信号；它还向保护显示电路发送显示信息。在本实施例中，上述设定程序是依据逆变电路的具体特性采用现有技术编写。

在本实施例中，控制电路包括控制器和PWM调制器，其中，控制器与显示保护电路和PWM调制器连接，它接收反馈信号、给定信号和保护信号，它将给定信号与反馈信号的差值信号经过PI(比例积分)调节，然后将调节信号发送给PWM调制器；它根据接收到的保护信号，当保护信号超过设定值时，向PWM调制器发送封锁信号，停止PWM调制器输出信号；它还向保护显示电路发送显示信息。

PWM调制器与控制器和逆变电路连接，它接收来自控制器的调节信号，将调节信号调制为调制PWM信号，然后将调制PWM信号发送给逆变电路；它还接收控制器的封锁信号，收到封锁信号后停止输出调制PWM信号。

如图2所示，PWM调制器采用集成芯片UC3637实现单极性倍频调制，它由集成芯片UC3637、升压电路、载波生成电路和反向器组成；第一升压电路与控制器和集成芯片UC3637连接，它接收调节信号，实现调节信号升压，并将升压后的信号发送给集成芯片UC3637的一个输入端。反向器与控制器和第二升压电路连接，它的输入端与控制器连接，接收调节信号，它的输出端与第二升压电路连接；它实现调节信号的反向。第二升压电路与反向器和集成芯片UC3637连接，对接收到的信号进行升压，并将升压后的信号发送给集成芯片UC3637的另一个输入端。

集成芯片UC3637与升压电路和载波生成电路连接，它接收升压电路发送的信号和载波信号，将升压电路发送的信号与载波信号比较完成单极性倍频调制，然后将其发送给逆变电路。

载波生成电路与集成芯片UC3637连接，它由集成芯片UC3637的内部振荡器和芯片外围电路组成，载波生成电路可采用现有技术实现，它将生成的载波提供给集成芯片UC3637。由于集成芯片UC3637输出的载波平均值为7.5V，为了让调制波与载波有效交截，采用基于运放的升压电路，将两路调制波的平均值升至7.5V。

本实用新型采用由集成芯片UC3637实现的PWM调制器，具有电路结构简单、性能可靠的特点。由于芯片将三角波振荡器、误差放大器、PWM比较器等集成于一体，拥有双向三角波，可自行设计幅值和频率，占空比从0到100％全程覆盖，大大加强了PWM调制的性能和可靠性。

控制器可采用单片机、DSP、ARM或其它智能处理芯片实现。升压电路可采用现有技术实现。

逆变电路为两个IGBT半桥模块所组成的全桥逆变电路，它与直流电源电路、控制电路和滤波电路连接，它接收来自控制电路的调制PWM信号，根据调制PWM信号驱动IGBT开通或关断，进而将直流电源电路整流而来的直流电压逆变成PWM(脉宽调制)脉冲交流电，并将其发送给滤波电路，它还向控制电路发送保护信号。

在本实施例中，如图3所示，逆变电路包括驱动芯片、电源滤波器、上电复位电路、死区调节电路、使能信号电路、错误信号处理电路、IGBT接口和保护电路，以及IGBT。

电源滤波器与驱动芯片连接，为驱动芯片提供稳定的直流电源。经过精确计算的阻容网络用来产生死区时间，以防止IGBT半桥直通。它可采用现有技术实现。

上电复位电路与驱动芯片连接，它为驱动芯片提供上电复位信号。它可采用现有技术实现。

死区调节电路与驱动芯片连接，它为驱动芯片提供死区时间，防止IGBT桥臂出现直通现象。它可采用现有技术实现。

使能信号电路与驱动芯片连接，它为驱动芯片提供使能电平，决定着芯片是否输出PWM驱动。它可采用现有技术实现。

错误信号处理电路与驱动芯片连接，它将驱动芯片检测到的错误信号作为保护信号传送给控制电路。在本实施例中，由于错误信息总是保存在驱动芯片2SD315A的故障寄存器中，将驱动芯片2SD315A的输出驱动故障信号接回复位端，这样可以在故障排除后自动清除错误信号。它可采用现有技术实现。

IGBT接口和保护电路与驱动芯片连接，它接收来自驱动芯片的驱动信号，并将其提供给IGBT。它可采用现有技术实现。

驱动芯片与电源滤波器、上电复位电路、死区调节电路、使能信号电路、错误信号处理电路、IGBT接口和保护电路，以及控制电路连接。控制电路输出的调制PWM信号从驱动芯片2SD315A的INA端输入，从INB端输入使能信号，以便在快速封锁驱动信号，保护设备安全。驱动芯片2SD315A输出的两路驱动信号经过接口和保护电路分别驱动IGBT半桥模块的两个开关管。

IGBT与IGBT接口和滤波电路连接，它接收来自IGBT接口的驱动信号，输出PWM脉冲波形给滤波电路。它可采用现有技术实现。

基于驱动芯片2SD315A设计的驱动电路具有很强的驱动能力和很高的隔离电压能力。2SD315A仅用单一的15V电源驱动，开关频率大于100KHz，内部集成过流保护电路，并具有多功能、低成本、易使用、高可靠性和长寿命等特点。

滤波电路与逆变电路和振动台连接，它将逆变电路输出的PWM脉冲波形进行解调，滤除载波信号，驱动振动台振动，它可采用现有技术实现。

保护显示电路与控制电路连接，它向控制电路发送保护信号，并将控制电路发送的显示信息进行显示。它可采用现有技术实现。

Claims

1.一种高压大功率开关功率放大器，包括直流电源电路、控制电路、逆变电路、滤波电路和保护显示电路，直流电源电路与电网和逆变电路连接，控制电路与逆变电路和保护显示电路相连接，逆变电路与直流电源电路、控制电路和滤波电路连接，滤波电路与逆变电路、和振动台连接，保护显示电路与控制电路连接，其特征在于：所述的逆变电路为两个IGBT半桥模块所组成的全桥逆变电路。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于：所述的逆变电路包括驱动芯片、电源滤波器、上电复位电路、死区调节电路、使能信号电路、错误信号处理电路和IGBT接口和保护电路，以及IGBT；电源滤波器与驱动芯片连接；上电复位电路与驱动芯片连接；驱动芯片与电源滤波器、上电复位电路、死区调节电路、使能信号电路、错误信号处理电路、IGBT接口和保护电路，以及控制电路连接；死区调节电路与驱动芯片连接；使能信号电路与驱动芯片连接；错误信号处理电路与驱动芯片连接；IGBT接口和保护电路与驱动芯片连接；IGBT与IGBT接口和滤波电路连接。

3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于：所述的控制电路包括控制器和PWM调制器；其中，控制器与显示保护电路和PWM调制器连接；PWM调制器与控制器和逆变电路连接。

4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于：所述的控制器可采用智能处理芯片实现。

5.根据权利要求3或4所述的功率放大器，其特征在于：所述的控制器可采用单片机、DSP或ARM实现。

6.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于：所述的PWM调制器采用集成芯片UC3637实现。

7.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于：所述的PWM调制器由集成芯片UC3637、升压电路、载波生成电路和反向器组成；第一升压电路与控制器和集成芯片UC3637连接；反向器与控制器和第二升压电路连接，它的输入端与控制器连接，它的输出端与第二升压电路连接；第二升压电路与反向器和集成芯片UC3637连接；集成芯片UC3637与升压电路和载波生成电路连接；载波生成电路与集成芯片UC3637连接。