CN202721608U

CN202721608U - 地质雷达中高频电压转换装置

Info

Publication number: CN202721608U
Application number: CN 201220194760
Authority: CN
Inventors: 杨峰; 彭苏萍; 顾大钊
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB; China Shenhua Energy Co Ltd
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB; China Shenhua Energy Co Ltd
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-04-28

Abstract

本实用新型公开了一种地质雷达中高频电压转换装置，其包括：直流电压转换芯片处理单元、倍压升压单元和信号反馈单元；所述直流电压转换芯片处理单元，接收直流低压信号，在预先设置的工作频率下，对输入信号进行斩波，产生斩波脉冲信号，并将斩波脉冲信号输出给倍压升压单元；并根据信号反馈单元输入的反馈信号，对输出的信号进行调节；所述倍压升压单元，将接收到的斩波脉冲信号逐级进行升压，并产生高压信号，输出给用电设备和信号反馈单元；所述信号反馈单元，根据倍压升压单元输出的高压信号，生成反馈信号，输出到直流电压转换芯片处理单元。应用本实用新型的电压转换装置，能够适应地质雷达的供电需求。

Description

地质雷达中高频电压转换装置

技术领域

本实用新型涉及电压转换技术，特别涉及一种地质雷达中高频电压转换装置。

背景技术

地质雷达系统由发射天线系统、接收天线系统、主机和连接线四部分构成，发射天线系统、接收天线系统和主机都需要电压转换装置连接电池供电。

传统的电压转换装置多采用低频变压器作为主要升压元件，这种变压器体积较大，造成系统体积大、重量沉、操作维修不方便，更重要的是，目前地质雷达发射源触发脉冲的触发频率为50kHz-200kHz，传统电压转换装置的变压器工作频率只有几十赫兹，不能对发射源充电电容充电完全，这将导致作为发射源主要单元的雪崩电路雪崩特性受到影响，这将严重影响地质雷达发射天线的性能。

可见，目前地质雷达高频低压变高压的电压转换装置存在以下不足：

1、体积大，不利于集成。

传统的电压转换装置多使用变压器作为升压单元，这类变压器体积大、制作难度大、成本高，不利于电压转换装置和用电设备的集成。

2、工作频率低，使地质雷达发射源性能受到影响。

传统的电压转换装置使用的低频变压器作为升压单元，工作频率只有几十赫兹，而地质雷达发生源的触发脉冲频率为50kHz-200kHz，当电压转换装置对发射源供电时，由于工作频率低于触发频率，使得发射源电容充电不完全，这将影响发生源雪崩电路的雪崩特性，降低雪崩电压的幅度和稳定性，最终导致发射源性能受到严重影响。

3、输出电压不可调，且功耗大、耗电量大。

对于主要靠电池供电的地质雷达来说，野外工作时间受到限制。现有的电压转换装置，输出电压都是生产厂家设定固定值，不可调节获得任意输出电压，现有地质雷达高压电压转换装置是由几个输出电压幅度为48V的电压转换模块串联而成，这种串联系统功耗大，耗电量大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种地质雷达中高频电压转换装置，以适应地质雷达的供电需求。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种地质雷达中高频电压转换装置，包括：直流电压转换芯片处理单元、倍压升压单元和信号反馈单元；

所述直流电压转换芯片处理单元，接收直流低压信号，在预先设置的工作频率下，对输入信号进行斩波，产生斩波脉冲信号，并将斩波脉冲信号输出给倍压升压单元；并根据信号反馈单元输入的反馈信号，对输出的信号进行调节。

所述倍压升压单元，将接收到的斩波脉冲信号逐级进行升压，并产生高压信号，输出给用电设备和信号反馈单元。

所述信号反馈单元，根据倍压升压单元输出的高压信号，生成反馈信号，输出到直流电压转换芯片处理单元。

较佳地，所述直流电压转换芯片处理单元包括：直流电压转换芯片、开关频率控制电路和斩波电路。所述开关频率控制电路连接到直流电压转换芯片的频率设置引脚，用于设置工作频率。所述直流电压转换芯片，接收直流低压信号，产生开关频率控制电路设置频率的电压信号。所述斩波电路与直流电压转换芯片的电压输入引脚和输出引脚分别相连，用于对直流电压转换芯片产生的信号进行斩波，产生斩波脉冲信号，并将斩波脉冲信号输出给倍压升压单元。

较佳地，所述的直流电压转换芯片为LT3757芯片。

较佳地，所述的斩波电路包括：电感、N型场应管、第一电阻、第一二极管和第一电容；所述电感第一端与LT3757芯片的信号输入（in）引脚相连，第二端与N型场应管的漏极相连；所述N型场应管的栅极与LT3757芯片的信号输出（GATE）引脚相连，源极与第一电阻的第一端和LT3757芯片的信号检测（SENSE）引脚相连；所述第一电阻的第二端接地；所述第一二极管的正极与电感的第二端相连，负极与第一电容的第一端相连；所述第一电容的第二端接地。

较佳地，所述倍压升压单元包括：多级倍压升压电路；每一级倍压升压电路包括一第二电容、一第三电容、一第二二极管和一第三二级管；所述第一级倍压升压电路的第二电容的第一端与所述第一二极管的正极相连，第二端与第二二极管的负极和第三二极管的正极相连；所述第一级倍压升压电路的第三电容的第一端与第二二极管的正极和第一电容的第一端相连，第二端与第三二极管的负极相连。

所述后续级倍压升压电路的第二电容的第一端与前一级第二电容的第二端相连，第二端与本级第二二极管的负极和第三二极管的正极相连；所述后续级倍压升压电路的第三电容的第一端与本级第二二极管的正极和前一级第三电容的第二端相连，第二端与本级第三二极管的负极相连；最后一级倍压升压电路的第三电容的第二端为倍压升压单元的电压输出端。

较佳地，所述反馈电路包括：反馈分压电阻和反馈电位器，所述反馈分压电阻用于对从倍压升压单元接收的高压信号进行分压，分压后的信号经反馈电位器输出到LT3757芯片；该反馈分压电阻的第一端与倍压升压单元的电压输出端相连，第二端连接反馈电位器的调节端和第一端；所述反馈电位器的调节端连接至LT3757芯片的反馈（PBX）引脚，第二端接地，通过调节反馈电位器的电阻值调节所述LT3757芯片的输出电压。

较佳地，该装置还包括输入电压滤波电路、输出电压滤波电路；所述输入电压滤波电路由一个第一端与输入电压信号相连，第二端接地的电容实现；所述输出电压滤波电路，由一个连接到倍压升压单元的电压输出端的π型滤波器实现。

较佳地，所述直流电压转换芯片处理单元还包括环路补偿电路；所述环路补偿电路包括：一个补偿电阻和三个补偿电容；所述补偿电阻的第一端与LT3757芯片的VC引脚相连，第二端与第一补偿电容的第一端相连；所述第二补偿电容的第一端与补偿电阻第一端相连；所述第三补偿电容的第一端与LT3757芯片的Vcc引脚相连;所述第一补偿电容、第二补偿电容和第三补偿电容的第二端均接地。

较佳地，所述开关频率控制电路由电阻值为10.5kΩ-150kΩ的第二电阻或电位器实现，其第一端与LT 3757芯片的频率设置（RT）引脚相连，第二端接地。

较佳地，所述直流电压转换芯片处理单元接收的直流低压信号的电压为2.9V-40V；所述倍压升压单元输出的高压信号的电压为50V-500V，工作频率为100kHz-1MHz。

由上述的技术方案可见，本实用新型的这种地质雷达中高频电压转换装置，采用了直流电压转换芯片处理单元对低电压进行转换，能够预先设置地质雷达需要的工作频率，采用倍压升压单元进行升压，能够获得地质雷达需要高压，利用信号反馈单元，能够实现对输出信号的微调，因此能够适应地质雷达的供电需求。

附图说明

图1为本实用新型的地质雷达中高频电压转换装置结构框图；

图2为本实用新型一较佳实施例的电压转换装置的结构框图；

图3为图2所示电压转换装置的电路图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种地质雷达中高频电压转换装置，以适应地质雷达的供电需求。

如图1所示，本实用新型提供的这种地质雷达中高频电压转换装置，包括：直流电压转换芯片处理单元101、倍压升压单元102和信号反馈单元103。

其中，直流电压转换芯片处理单元101，接收直流低压信号，在预先设置的工作频率下，对输入信号进行斩波，产生斩波脉冲信号，并将斩波脉冲信号输出给倍压升压单元102，并根据信号反馈单元103输入的反馈信号，对输出的信号进行调节。

倍压升压单元102，将接收到的斩波脉冲信号逐级进行升压，并产生高压信号，输出给用电设备和信号反馈单元103。

信号反馈单元103，根据倍压升压单元输出的高压信号，生成反馈信号，输出到直流电压转换芯片处理单元101。

以下举一个具体实施例对本实用新型进行详细说明。

如图2所示，本实施例的电压转换装置包括：LT3757芯片201、斩波电路202、环路补偿电路203、软启动电路204、开关频率控制电路205、多级倍压升压电路206-208、反馈电位器209和反馈分压电阻201。

其中，LT3757芯片201为一种直流电压转换芯片，其连接有斩波电路202、环路补偿电路203、软启动电路204和开关频率控制电路205，这4个电路与LT3757芯片201配合，实现图1中电压转换芯片处理单元101的功能。多级倍压升压电路206-208实现图1中倍压升压单元102的功能。反馈电位器209和反馈分压电阻210实现图1中反馈电路的功能。

其中，LT3757芯片201，接收直流低压信号，产生开关频率控制电路205设置频率的电压信号输出给斩波电路202。本实施例中，直流低压信号的输入电压范围为2.9V～40V。经本实施例的电压转换装置后，稳定输出电压在50V～500V之间可调；工作频率范围为100kHz～1MHz之间可调。

图2中，斩波电路202与LT3757芯片201的电压输入引脚和输出引脚分别相连，用于对LT3757芯片201产生的信号进行斩波，产生斩波脉冲信号，并将斩波脉冲信号输出给第一级倍压升压电路206。

具体地，斩波电路202如图3所示，包括：电感L21、N型场应管Q21、第一电阻R25、第一二极管D21和第一电容C26。其中，电感L21用于对输入信号进行初步升压，其第一端与LT3757芯片的信号输入（in）引脚相连，第二端与N型场应管Q21的漏极相连。N型场应管Q21的栅极与LT3757芯片的信号输出（GATE）引脚相连，源极与第一电阻R25的第一端和LT3757芯片的信号检测（SENSE）引脚相连。第一电阻R25的第二端接地。第一二极管D21的正极与电感L21的第二端相连，负极与第一电容C26的第一端相连。第一电容C26的第二端接地。本实施例中，由电感L21的第二端输出斩波信号给第一倍压升压电路。

图2中，环路补偿电路203用来稳定LT3757芯片201内部电路的环路电压。如图3所示，本实施例中的环路补偿电路203包括：一个补偿电阻R24和三个补偿电容C22-C24。所述补偿电阻R24的第一端与LT3757芯片的VC引脚相连，第二端与第一补偿电容C22的第一端相连。所述第二补偿电容C23的第一端与补偿电阻R24第一端相连。所述第三补偿电容C24的第一端与LT3757芯片的Vcc引脚相连。所述第一补偿电容C22、第二补偿电容C23和第三补偿电容C24的第二端均接地。

图2中，开关频率控制电路205连接到LT3757芯片201的频率设置引脚，用于设置工作频率。如图3所示，本实施例中的开关频率控制电路由电阻值为10.5kΩ-150kΩ的第二电阻R23或可以调节电阻值的电位器实现，其第一端与LT3757芯片的频率设置（RT）引脚相连，第二端接地。如选用电位器实现，可以实现灵活地调整输出电压的工作频率。

图2中，软启动电路205用于限制系统开机启动及发生故障时的峰值开关电流，从而防止因瞬间电流过大对外部电路造成的损害。具体地，如图3所示，软启动电路205由一个一端接LT3757芯片的RT引脚，另一端接地的电阻R23实现。

图2中，多级倍压升压电路206-208串联起来，实现对电压的逐级升高。以3级倍压升压电路为例，其电路如图3所示，每一级倍压升压电路包括一第二电容、一第三电容、一第二二极管和一第三二级管。

其中，第一级倍压升压电路的第二电容C27的第一端与所述第一二极管D21的正极相连，第二端与第二二极管D22的负极和第三二极管D23的正极相连。所述第一级倍压升压电路的第三电容C28的第一端与第二二极管D22的正极和第一电容C26的第一端相连，第二端与第三二极管D23的负极相连。

第二级倍压升压电路的第二电容C29的第一端与前一级第二电容C27的第二端相连，第二端与本级第二二极管D24的负极和第三二极管 D25的正极相连。所述第二级倍压升压电路的第三电容C30的第一端与本级第二二极管D24的正极和前一级第三电容C28的第二端相连，第二端与本级第三二极管D25的负极相连。

第三级倍压升压电路的第二电容C31的第一端与前一级第二电容C29的第二端相连，第二端与本级第二二极管D26的负极和第三二极管D27的正极相连。所述第二级倍压升压电路的第三电容C32的第一端与本级第二二极管D26的正极和前一级第三电容C30的第二端相连，第二端与本级第三二极管D27的负极相连。

本实施例中，第三电容C32的第二端为倍压升压单元的电压输出端，将产生的高压信号输出给用的设备和信号反馈单元。

图2中反馈分压电阻210用于对从倍压升压单元接收的高压信号进行分压，分压后的信号经反馈电位器209输出到LT 3757芯片，反馈电位器209与反馈分压电阻210和LT3757芯片分别相连，反馈分压电阻210与最后一级倍压升压电路相连。具体地，如图3所示，该反馈分压电阻的R26第一端与最后一级倍压升压电路的第三电容C32相连，第二端连接反馈电位器R27的调节端和第一端。所述反馈电位器R27的调节端连接至LT3757芯片的反馈（PBX）引脚，第二端接地，通过调节反馈电位器R27的电阻值调节所述LT3757芯片的输出电压。

图2中，LT3757芯片的信号输入端还连接了一个输入电压滤波电路211，在最后一级倍压升压电路输出端还连接了一个输出电压滤波电路212，分别用于滤除输入电压和在处理过程中产生的高低频干扰信号。具体地，如图3所示，输入电压滤波电路由一个第一端与输入电压信号相连，第二端接地的电容C25实现。所述输出电压滤波电路，由一个连接到倍压升压单元的电压输出端的π型滤波器实现，该π型滤波器由电阻R28和电容C39、C40实现。

图3中的电阻R21和R22是LT3757芯片的常规使用方法，这里不再赘述。

本实施例中，由于采用了二极管与小容量充电电容组成的多级倍压升压电路，代替体积较大的变压器，可以将该电压转换装置直接集成在地质雷达发射源电路中，很大程度上缩小了地质雷达的体积，提高便携性。本实施例中采用先进的LT3757芯片搭建，工作频率在100kHz-1MHz之间可调，满足地质雷达发射源触发脉冲50kHz-200kHz的充放电频率要求。本实施例可由电池直接供电，经过多级倍压电路，产生宽输出电压，本实用新型通过调节反馈电位器，对输出电压进行微调，从而实现50V-500V之间电压可调。本实用新型通过增加倍压升压电路的级数实现输出500V高电压，代替现有电压转换系统由几个低输出电压模块串联输出高电压的模式，降低了功耗，延长了野外施工时，供电电池的工作时间。

Claims

1.一种地质雷达中高频电压转换装置，其特征在于，该电压转换装置包括：直流电压转换芯片处理单元、倍压升压单元和信号反馈单元；

所述直流电压转换芯片处理单元，接收直流低压信号，在预先设置的工作频率下，对输入信号进行斩波，产生斩波脉冲信号，并将斩波脉冲信号输出给倍压升压单元；并根据信号反馈单元输入的反馈信号，对输出的信号进行调节；

所述倍压升压单元，将接收到的斩波脉冲信号逐级进行升压，并产生高压信号，输出给用电设备和信号反馈单元；

2.如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于：所述直流电压转换芯片处理单元包括：直流电压转换芯片、开关频率控制电路和斩波电路；

所述开关频率控制电路连接到直流电压转换芯片的频率设置引脚，用于设置工作频率；

所述直流电压转换芯片，接收直流低压信号，产生开关频率控制电路设置频率的电压信号；

所述斩波电路与直流电压转换芯片的电压输入引脚和输出引脚分别相连，用于对直流电压转换芯片产生的信号进行斩波，产生斩波脉冲信号，并将斩波脉冲信号输出给倍压升压单元。

3.如权利要求2所述的电压转换装置，其特征在于：所述的直流电压转换芯片为LT3757芯片。

4.如权利要求3所述的电压转换装置，其特征在于：所述的斩波电路包括：电感、N型场应管、第一电阻、第一二极管和第一电容；所述电感第一端与LT3757芯片的信号输入（in）引脚相连，第二端与N型场应管的漏极相连；所述N型场应管的栅极与LT3757芯片的信号输出（GATE）引脚相连，源极与第一电阻的第一端和LT3757芯片的信号检测（SENSE）引脚相连；所述第一电阻的第二端接地；所述第一二极管的正极与电感的第二端相连，负极与第一电容的第一端相连；所述第一电容的第二端接地。

5.如权利要求4所述的电压转换装置，其特征在于：所述倍压升压单元包括：多级倍压升压电路；

每一级倍压升压电路包括一第二电容、一第三电容、一第二二极管和一第三二级管；所述第一级倍压升压电路的第二电容的第一端与所述第一二极管的正极相连，第二端与第二二极管的负极和第三二极管的正极相连；所述第一级倍压升压电路的第三电容的第一端与第二二极管的正极和第一电容的第一端相连，第二端与第三二极管的负极相连；

所述后续级倍压升压电路的第二电容的第一端与前一级第二电容的第二端相连，第二端与本级第二二极管的负极和第三二极管的正极相连；所述后续级倍压升压电路的第三电容的第一端与本级第二二极管的正极和前一级第三电容的第二端相连，第二端与本级第三二极管的负极相连；

最后一级倍压升压电路的第三电容的第二端为倍压升压单元的电压输出端。

6.如权利要求5所述的电压转换装置，其特征在于：所述反馈电路包括：反馈分压电阻和反馈电位器；

所述反馈分压电阻用于对从倍压升压单元接收的高压信号进行分压，分压后的信号经反馈电位器输出到LT3757芯片；该反馈分压电阻的第一端与倍压升压单元的电压输出端相连，第二端连接反馈电位器的调节端和第一端；所述反馈电位器的调节端连接至LT3757芯片的反馈（PBX）引脚，第二端接地，通过调节反馈电位器的电阻值调节所述LT3757芯片的输出电压。

7.如权利要求3所述的电压转换装置，其特征在于：该装置还包括输入电压滤波电路、输出电压滤波电路；

所述输入电压滤波电路由一个第一端与输入电压信号相连，第二端接地的电容实现；所述输出电压滤波电路，由一个连接到倍压升压单元的电压输出端的π型滤波器实现。

8.如权利要求3所述的电压转换装置，其特征在于：所述直流电压转换芯片处理单元还包括环路补偿电路；所述环路补偿电路包括：一个补偿电阻和三个补偿电容；所述补偿电阻的第一端与LT3757芯片的VC引脚相连，第二端与第一补偿电容的第一端相连；所述第二补偿电容的第一端与补偿电阻第一端相连；所述第三补偿电容的第一端与LT3757芯片的Vcc引脚相连;所述第一补偿电容、第二补偿电容和第三补偿电容的第二端均接地。

9.如权利要求3所述的电压转换装置，其特征在于：所述开关频率控制电路由电阻值为10.5kΩ-150kΩ的第二电阻或电位器实现，其第一端与LT 3757芯片的频率设置（RT）引脚相连，第二端接地。

10.如权利要求1-9任一项所述的电压转换装置，其特征在于：所述直流电压转换芯片处理单元接收的直流低压信号的电压为2.9V-40V；

所述倍压升压单元输出的高压信号的电压为50V-500V，工作频率为100kHz-1MHz。