CN202043055U - 输出电流源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种输出电流源，包括：串联连接的桥式逆变电源模块和线性功率放大器；以及分别与桥式逆变电源模块和线性功率放大器连接的驱动模块；其中，桥式逆变电源模块的输出电压用于为线性功率放大器供电，驱动模块驱动桥式逆变电源模块和线性功率放大器的输出电压同步变化。根据本实用新型提供的上述技术方案，解决了相关技术中交流电流源无法应用在对输出波形品质要求高的场合等问题，进而可以减小输出波形失真、大大提高系统效率。

Description

输出电流源

技术领域

本实用新型涉及仪器仪表领域，具体而言，涉及一种输出电流源。

背景技术

随着工业化的发展、技术水平的提高，生产实践中对交流电流源的输出电流要求越来越大，从几安培、几十安培发展到几百安培甚至几千安培。

随着输出电流的增大，相关技术中，采用模拟功放输出的交流电流源效率低下的缺点暴露无遗，由于模拟功放采用恒定电压供电，平均效率只有50％～60％，随着输出功率的增加，自身损耗也成比例增加，发热严重，故障率高，极大地限制了电流源输出电流进一步增加。为了提高输出电流，可以在传统模拟功放输出电流源后串入升流变压器，利用变压器功率守恒，通过初次级变比可以提升输出电流的原理，使得传统模拟功放输出电流源工作在最佳效率区间通过升流变压器提升输出电流。升流变压器的引入虽然可以在不改变交流电流源的输出功率的基础上大大提高输出电流，但是由于升流变压器的频率特性，只能在50Hz工频附近输出大电流，在20Hz以下的低频段升流变压器饱和无法输出。

但是，随着电力电子技术的发展，新能源技术的革命，在变频器测量、风力发电、光伏发电等领域迫切需要在0～400Hz变频频率范围输出的交流大电流源，而采用升流变压器的方法却无法满足低频段需要。

为此相关技术中，又出现了采用电力电子逆变技术的开关功放输出的交流电流源，开关功放中的功率管工作在开关状态下，没有线性状态，所以效率很高，适合在功率场合使用。但是，开关功放需要串接低通滤波器，使得带负载能力较差，而且功率管工作在开关状态下，产生大量谐波，噪音大，输出波形失真，无法应用在对输出波形品质要求高的场合。所以目前迫切需要能够在变频范围输出高品质大电流的交流电流源。

实用新型内容

针对相关技术中交流电流源无法应用在对输出波形品质要求高的场合等问题，本实用新型提供了一种输出电流源，以解决上述问题至少之一。

根据本实用新型，提供了一种输出电流源。

根据本实用新型的输出电流源包括：串联连接的桥式逆变电源模块和线性功率放大器；以及分别与所述桥式逆变电源模块和所述线性功率放大器连接的驱动模块；其中，所述桥式逆变电源模块的输出电压用于为所述线性功率放大器供电，所述驱动模块驱动所述桥式逆变电源模块和所述线性功率放大器的输出电压同步变化。

通过本实用新型，采用桥式逆变电源模块产生频率电压可变的正弦波电压为后级线性功率放大器供电，且所述桥式逆变电源模块和所述线性功率放大器的输出电压同步变化，解决了相关技术中交流电流源无法应用在对输出波形品质要求高的场合等问题，进而可以减小输出波形失真、大大提高系统效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的输出电流源的结构框图；

图2是根据本实用新型优选实施例的输出电流源的电路原理图；

图3是根据本实用新型实例的输出电流源的电路原理图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是根据本实用新型实施例的输出电流源的结构框图。如图1所示，该输出电流源包括：串联连接的桥式逆变电源模块10和线性功率放大器12；以及分别与桥式逆变电源模块10和线性功率放大器12连接的驱动模块14；其中，桥式逆变电源模块10的输出电压用于为线性功率放大器12供电，驱动模块14驱动桥式逆变电源模块10和线性功率放大器12的输出电压同步变化。

相关技术中，采用电力电子逆变技术的开关功放输出的交流电流源中，开关功放需要串接低通滤波器，使得带负载能力较差，而且功率管工作在开关状态下，产生大量谐波，噪音大，输出波形失真，无法应用在对输出波形品质要求高的场合。在图1所示的输出电流源中，采用桥式逆变电源模块产生频率电压可变的正弦波电压为后级线性功率放大器供电，且桥式逆变电源模块和线性功率放大器的输出电压同步变化，解决了相关技术中交流电流源无法应用在对输出波形品质要求高的场合等问题，进而可以减小输出波形失真、大大提高系统效率。

其中，如图2所示，线性功率放大器12与负载R0串联连接。

优选地，在桥式逆变电源模块和线性功率放大器之间还可以连接有低通滤波电路16。上述桥式逆变电源模块10的输出信号经过低通滤波电路滤波后得到与给定正弦波同频同相的输出交流电压，用于为线性功率放大器供电。

优选地，如图2所示，低通滤波电路16为LC低通滤波电路(由电感L1与电容C1串联构成的电路)。

优选地，桥式逆变电源模块10可以包括：4个呈全桥串接的逆变全桥开关管T1、T2、T3、T4。其连接方式具体可以参见图2和图3。需要注意的是，桥式逆变电源模块10不限于上述一种实施方式，也可以采用半桥等结构。

优选地，如图2所示，线性功率放大器包括：串联连接的两个线性调整管Q1和Q2，与Q1并联连接的二极管D1，与Q2并联连接的二极管D2，其中，Q1的E极与Q2的E极相连，D1的阳极与D2的阳极相连。

优选地，如图2所示，驱动模块14可以进一步包括：驱动信号产生电路140，用于产生一个预定的正弦信号；第一驱动电路142，连接在驱动信号产生电路与桥式逆变电源模块之间，用于采用一个预定的正弦信号驱动桥式逆变电源模块；以及第二驱动电路144，连接在驱动信号产生电路与线性功率放大器之间，用于采用一个预定的正弦信号驱动线性功率放大器。

优选地，如图3所示，第二驱动电路144可以进一步包括：第一线性驱动器1440，与线性调整管Q1的基极相连；第二线性驱动器1442，与线性调整管Q2的基极相连；反相器1444，与第一线性驱动器串联连接或者与第二线性驱动器串联连接。

优选地，如图3所示，驱动信号产生电路140可以进一步包括：用户接口模块1400，用于响应用户操作，获取用户输入的参数；单片机1402，与用户接口模块相连接，用于根据参数对现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，简称为FPGA)进行配置；FPGA1404，与单片机相连接，用于在配置后产生上述一个预定的正弦信号。

以下结合图3描述上述优选实施方式。

用户接口模块1400，可以响应用户的输入操作(例如，用户通过键盘进行的输入操作)，获取用户输入的预定频率参数和预定电流参数，单片机1402接收到上述输入参数后产生预定正弦波，经过分析计算对FPGA 1404进行配置。第一驱动电路(例如，正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，简称为SPWM驱动器))接收FPGA产生的正弦波调制信号，驱动全桥逆变电源输出，通过L1和C1构成的低通滤波电路后得到与给定正弦波同频同相的输出交流电压，输出交流电压为Q1、Q2、D1、D2构成的线性功放供电。由于在图3中与第二线性驱动器串联有一个反相器，因而Q1和Q2的驱动信号输入是反相的，所以当A点电压比B点高时，上述一个预定的正弦信号作为Q1的驱动输入驱动Q1管工作在线性放大区间，Q2的反并联二极管D2导通，Q2驱动无效；当A点电压比B点低时，上述一个预定的正弦信号反相以后作为Q2的驱动输入驱动Q2管工作在线性放大区间，Q1的反并联二极管D1导通，Q1驱动无效。

由此可见，桥式逆变电源模块10的输出信号和线性功率放大器12的输出信号都是与上述一个预定的正弦信号同频同相的，只要桥式逆变电源模块10的输出信号跟踪线性功率放大器12的输出信号就可以维持Q1和Q2两端压降在一个较低的水平，一般大于调整管饱和压降即可，通过上述处理，大大提高了系统的效率。

优选地，上述4个呈桥式串接的逆变全桥开关管可以为以下至少之一：功率场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称为MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称为IGBT)。

优选地，上述两个线性调整管Q1和Q2可以为以下至少之一：MOSFET、三极管。

实际应用中，T1～T4可以选用MOSFET或IGBT等全控功率元件，Q1、Q2可以选用MOSFET或三极管等大电流调整管。第一驱动电路可以由集成驱动芯片构成。

综上所述，借助本实用新型提供的上述实施例，采用桥式逆变电源模块产生频率电压可变的正弦波电压为后级线性功放供电，逆变电源和线性功放采用同一个给定的正弦信号进行驱动，所以后级线性功放的输出与供电同步变化，从而在负载上高效率地输出了给定交流电流。电流源综合了开关功放和线性功放的优点，使得线性功放的调整管两端压降保持在饱和压降略高一点基本不随输出负载变化而变化，从而极大地降低了调整管的损耗。由于前级供电是开关功放产生，本身效率很高，所以复合后系统效率也远远大于线性功放。该电流源后级输出没有变压器或滤波器，而是线性功放直接输出，输出波形品质好、频率范围宽、响应快、带载能力强，易于实现高精度高稳定的输出。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输出电流源，其特征在于，包括：

串联连接的桥式逆变电源模块和线性功率放大器；

以及分别与所述桥式逆变电源模块和所述线性功率放大器连接的驱动模块；

其中，所述桥式逆变电源模块的输出电压用于为所述线性功率放大器供电，所述驱动模块驱动所述桥式逆变电源模块和所述线性功率放大器的输出电压同步变化。

2.根据权利要求1所述的输出电流源，其特征在于，在桥式逆变电源模块和线性功率放大器之间还连接有低通滤波电路。

3.根据权利要求2所述的输出电流源，其特征在于，所述低通滤波电路为LC低通滤波电路。

4.根据权利要求1所述的输出电流源，其特征在于，所述桥式逆变电源模块包括：4个呈全桥串接的逆变全桥开关管。

5.根据权利要求1所述的输出电流源，其特征在于，所述线性功率放大器包括：串联连接的两个线性调整管Q1和Q2，与Q1并联连接的二极管D1，与Q2并联连接的二极管D2，其中，Q1的E极与Q2的E极相连，D1的阳极与D2的阳极相连。

6.根据权利要求5所述的输出电流源，其特征在于，所述驱动模块包括：

驱动信号产生电路，用于产生一个预定的正弦信号；

第一驱动电路，连接在所述驱动信号产生电路与所述桥式逆变电源模块之间，用于采用所述一个预定的正弦信号驱动所述桥式逆变电源模块；

第二驱动电路，连接在所述驱动信号产生电路与所述线性功率放大器之间，用于采用所述一个预定的正弦信号驱动所述线性功率放大器。

7.根据权利要求6所述的输出电流源，其特征在于，所述第二驱动电路包括：

第一线性驱动器，与所述线性调整管Q1的基极相连；

第二线性驱动器，与所述线性调整管Q2的基极相连；

反相器，与所述第一线性驱动器串联连接或者与所述第二线性驱动器串联连接。

8.根据权利要求6所述的输出电流源，其特征在于，所述驱动信号产生电路包括：

用户接口模块，用于响应用户操作，获取用户输入的参数；

单片机，与所述用户接口模块相连接，用于根据所述参数对可编程逻辑阵列FPGA进行配置；

所述FPGA，与所述单片机相连接，用于在配置后产生所述一个预定的正弦信号。

9.根据权利要求4所述的输出电流源，其特征在于，所述4个呈桥式串接的逆变全桥开关管为以下至少之一：功率场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT。

10.根据权利要求5至8中任一项所述的输出电流源，其特征在于，所述两个线性调整管Q1和Q2为以下至少之一：功率场效应晶体管MOSFET、三极管。

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