CN208572043U - 一种多通道高频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及功率放大器技术领域，具体涉及一种多通道高频功率放大器,包括模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元、电源单元；本实用新型可同时对多路模拟或数字输入量进行处理，并能输出多路模拟的驱动信号，同时可将外接的电压小信号转换成具备一定负载能力的电压信号、电流信号，并提供了三个频带的信号，结构简单，适用性强，可广泛应用于各种继电保护及安全自动装置的测试，提高了电力设备的检测效率。

Description

一种多通道高频功率放大器

技术领域

本实用新型涉及功率放大器技术领域，具体涉及一种多通道高频功率放大器。

背景技术

功率放大器是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载（例如扬声器）的放大器。在对电力设备进行检测时常常需要对驱动信号进行放大，但是现有的功率放大器通道少，不能一次检测多个电力设备，影响电力设备的检测效率。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种多通道高频功率放大器，具体技术方案如下：

一种多通道高频功率放大器包括模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元、电源单元；所述模拟输入单元、开关量输入单元分别与输入选择单元连接；所述输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元依次连接；所述输入量识别单元、模数转换单元分别与控制模块连接；所述控制模块分别与人机交互单元、开关量输出单元、数模转换单元连接；所述数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元依次连接；所述电源单元分别与模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元连接；

所述人机交互模块用于实现与用户之间的交互操作，包括试验参数配置、试验流流程控制、试验参数展示；

所述模拟输入单元用于模拟输入量的输入；

所述开关量输入单元用于数字输入量的输入，可输入4路以内的相互独立的数字输入量；

所述输入选择单元用于选择模拟输入量输入或数字输入量输入；

所述输入量识别单元用于识别输入量是模拟输入量还是数字输入量；

所述模数转换单元用于将模拟输入量转换为数字输入量；

所述人机交互单元用于实现人机交互的操作，包括试验配置、试验流程控制、试验数据显示；

所述控制模块用于输入量选择、识别开出量控制、DA数据生成、试验控制；

所述开关量输出单元用于数字输出量的输出，可输出4路以内的相互独立的数字输出量；

所述数模转换单元用于将经过控制模块处理的数字信号转换为模拟信号，可实现12路以内的模拟信号转换输出；

所述功率放大单元用于将模拟信号放大；

所述模拟信号输出单元用于模拟信号的输出；

所述电源单元用于为模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元提供所需的电压；所述输入选择单元选择模拟输入量或者数字输入量，如果选择的是模拟输入量则将模拟输入量输入至模数转换单元进行模数转换，并将转换后的数字信号输入至控制模块进行处理，如果选择的是数字输入量，则直接将数字输入量输入至控制模块进行处理；控制模块对数字信号进行处理后并将处理后的信号输入至数模转换单元进行数模转换成模拟信号，并将模拟信号输入至功率放大单元进行功率放大后输入至模拟信号输出单元，模拟信号输出单元将模拟信号输入至小电流接地选线装置进行检测；所述功率放大单元包括3种类型的功率放大器，具体为低频电压功率放大器、低频电流功率放大器、高频电流功率放大器；所述低频电压功率放大器的3dB带宽为0-5kHz；所述低频电流功率放大器的3dB带宽为0-10kHz；所述高频电流功率放大器的3dB带宽为0-500kHz。

优选地，所述电源单元包括控制电源、低频电压功放电源、低频电流功放电源、高频电流功放电源；所述控制电源提供的电压为5V、24V；所述低频电压功放电源提供的电压为±200V；所述低频电流功放电源提供的电压为±3V；所述高频电流功放电源提供的电压为±5V。

优选地，所述控制模块包括CPU单元、FPGA单元、DSP单元、接口单元；所述CPU单元分别与接口单元、FPGA单元、DSP单元连接。

优选地，还包括模拟量隔离单元，所述模拟量隔离单元用于隔离外部模拟量输入，所述模拟量隔离单元分别与模拟输入单元、输入选择单元连接。

优选地，还包括数字隔离单元；所述数字隔离单元用于隔离数模转换单元产生的对控制模块有损害的共模电压；所述数字隔离单元分别与数模转换单元、控制模块连接。

优选地，还包括波形记录单元，所述波形记录单元用于记录控制模块处理后的信号波形；所述波形记录单元与控制模块连接。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供了一种多通道高频功率放大器，可同时对多路模拟或数字输入量进行处理，并能输出多路模拟的驱动信号，同时可将外接的电压小信号转换成具备一定负载能力的电压信号、电流信号，并提供了三个频带的信号，结构简单，适用性强，可广泛应用于各种继电保护及安全自动装置的测试，提高了电力设备的检测效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的功率放大单元的原理电路示意图；

图3为本实用新型中功率放大单元的面板示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种多通道高频功率放大器包括模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元、电源单元；模拟输入单元、开关量输入单元分别与输入选择单元连接；输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元依次连接；输入量识别单元、模数转换单元分别与控制模块连接；控制模块分别与人机交互单元、开关量输出单元、数模转换单元连接；数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元依次连接；电源单元分别与模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元连接；

人机交互模块用于实现与用户之间的交互操作，包括试验参数配置、试验流流程控制、试验参数展示；

模拟输入单元用于模拟输入量的输入；

开关量输入单元用于数字输入量的输入，可输入4路以内的相互独立的数字输入量；隔离电压为500V，接口类型为：空接点与24V～250V电位接点兼容，极性自动识别；

输入选择单元用于选择模拟输入量输入或数字输入量输入；

输入量识别单元用于识别输入量是模拟输入量还是数字输入量；

模数转换单元用于将模拟输入量转换为数字输入量；

人机交互单元用于实现人机交互的操作，包括试验配置、试验流程控制、试验数据显示；

控制模块用于输入量选择、识别开出量控制、DA数据生成、试验控制；

开关量输出单元用于数字输出量的输出，可输出4路以内的相互独立的数字输出量；接点容量为：250VDC/AC，2A；

数模转换单元用于将经过控制模块处理的数字信号转换为模拟信号，可实现12路以内的模拟信号转换输出；数模转换单元采用3片AD5764的DAC芯片实现12路模拟小信号输入。本实施例中，3片AD5764的DAC芯片采用控制线共用，输入、输出数据线独立工作的模式，选择低噪声、低温度系数、宽温度范围基准电压源ADR445BRZ，有利于减小DAC芯片输出误差。为了提高AD5764输出负载能力，在AD5764输出之后加运放隔离，电压跟随输出。需要选用低噪声运放，本实施例选用OP27GSZ芯片。

功率放大单元用于将模拟信号放大；

模拟信号输出单元用于模拟信号的输出；

电源单元用于为模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元提供所需的电压；输入选择单元选择模拟输入量或者数字输入量，如果选择的是模拟输入量则将模拟输入量输入至模数转换单元进行模数转换，并将转换后的数字信号输入至控制模块进行处理，如果选择的是数字输入量，则直接将数字输入量输入至控制模块进行处理；控制模块对数字信号进行处理后并将处理后的信号输入至数模转换单元进行数模转换成模拟信号，并将模拟信号输入至功率放大单元进行功率放大后输入至模拟信号输出单元，模拟信号输出单元将模拟信号输入至小电流接地选线装置进行检测。

功率放大单元的电路图如图2所示，功率放大单元采用三极管Q1A、三极管Q1B、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q15A、三极管Q15B、组成差分对称输入级，有效抑制共模电压；电阻R9、R12是输入电阻，可提高输入阻抗，同时与JFET门级杂散电容一起组成低通滤波，滤除信号源或电路板引入的高频干扰；输出级采用两对推挽电路分别驱动三极管Q3和三极管Q22，可有效提高电压转换速率；电阻R7、电阻R8、三极管Q14组成偏置电路，可设置功率放大单元的静态工作电流；+vb、-vb为自举电源输入端，可提高功率放大器的输出幅值。

功率放大单元包括3种类型的功率放大器，具体为低频电压功率放大器、低频电流功率放大器、高频电流功率放大器；低频电压功率放大器的3dB带宽为0-5kHz；低频电流功率放大器的3dB带宽为0-10kHz；高频电流功率放大器的3dB带宽为0-500kHz。具体参数如下表1所示，功率放大单元的面板示意图如图3所示：

表1 3种类型的功率放大器相关参数

	低频电压功率放大器	低频电流功率放大器	高频电流功率放大器
				输入范围	0~7V（RMS）	0~7V（RMS）	0~7V（RMS）
输出范围	0~120V（RMS）	0~10A（RMS）	0~5A（RMS）
				带宽	5kHz（3dB）	10kHz(3dB)	500kHz(3dB)
准确度	0.5%(>2V)，10mV(≤2V)	0.5%(>0.1A)，2.5mA(≤0.1A)	0.5%(>0.05A)，2.5mA(≤0.05A)
				面板区域	电压输出U1~U6	电流输出I1~I9	电流输出I10~I12

电源单元将220V交流电压转换为模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元所需的工作电压，具体包括控制电源、低频电压功放电源、低频电流功放电源、高频电流功放电源；控制电源为控制模块提供所需电压，提供的电压为5V、24V；低频电压功放电源为低频电压功率放大器，提供的电压为±200V；低频电流功放电源为低频电流功率放大器提供所需电压，提供的电压为±3V；高频电流功放电源为高频电流功率放大器提供所需电压，提供的电压为±5V。

控制模块包括CPU单元、FPGA单元、DSP单元、接口单元；CPU单元分别与接口单元、FPGA单元、DSP单元连接。

一种多通道高频功率放大器还包括模拟量隔离单元，模拟量隔离单元用于隔离外部模拟量输入，模拟量隔离单元分别与模拟输入单元、输入选择单元连接。模拟量隔离单元具体采用线性光耦实现，可选择HCNR201高线性模拟光电耦合器，使用HCNR201典型电路，可实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换。

一种多通道高频功率放大器还包括数字隔离单元；数字隔离单元用于隔离数模转换单元产生的对控制模块有损害的共模电压；数字隔离单元分别与数模转换单元、控制模块连接。数字隔离单元选用数字隔离芯片ADuM1401CRWZ。

一种多通道高频功率放大器还包括波形记录单元，波形记录单元用于记录控制模块处理后的信号波形；波形记录单元与控制模块连接。波形记录单元具备波形文件回放功能，可将电力故障录波文件记录的电压、电流重新输出。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多通道高频功率放大器，其特征在于：包括模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元、电源单元；所述模拟输入单元、开关量输入单元分别与输入选择单元连接；所述输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元依次连接；所述输入量识别单元、模数转换单元分别与控制模块连接；所述控制模块分别与人机交互单元、开关量输出单元、数模转换单元连接；所述数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元依次连接；所述电源单元分别与模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元连接；

所述人机交互模块用于实现与用户之间的交互操作，包括试验参数配置、试验流流程控制、试验参数展示；

所述模拟输入单元用于模拟输入量的输入；

所述开关量输入单元用于数字输入量的输入，可输入4路以内的相互独立的数字输入量；

所述输入选择单元用于选择模拟输入量输入或数字输入量输入；

所述输入量识别单元用于识别输入量是模拟输入量还是数字输入量；

所述模数转换单元用于将模拟输入量转换为数字输入量；

所述人机交互单元用于实现人机交互的操作，包括试验配置、试验流程控制、试验数据显示；

所述控制模块用于输入量选择、识别开出量控制、DA数据生成、试验控制；

所述开关量输出单元用于数字输出量的输出，可输出4路以内的相互独立的数字输出量；

所述数模转换单元用于将经过控制模块处理的数字信号转换为模拟信号，可实现12路以内的模拟信号转换输出；

所述功率放大单元用于将模拟信号放大；

所述模拟信号输出单元用于模拟信号的输出；

所述电源单元用于为模拟输入单元、开关量输入单元、输入选择单元、输入量识别单元、模数转换单元、人机交互单元、控制模块、开关量输出单元、数模转换单元、功率放大单元、模拟信号输出单元提供所需的电压；所述输入选择单元选择模拟输入量或者数字输入量，如果选择的是模拟输入量则将模拟输入量输入至模数转换单元进行模数转换，并将转换后的数字信号输入至控制模块进行处理，如果选择的是数字输入量，则直接将数字输入量输入至控制模块进行处理；控制模块对数字信号进行处理后并将处理后的信号输入至数模转换单元进行数模转换成模拟信号，并将模拟信号输入至功率放大单元进行功率放大后输入至模拟信号输出单元，模拟信号输出单元将模拟信号输入至小电流接地选线装置进行检测；所述功率放大单元包括3种类型的功率放大器，具体为低频电压功率放大器、低频电流功率放大器、高频电流功率放大器；所述低频电压功率放大器的3dB带宽为0-5kHz；所述低频电流功率放大器的3dB带宽为0-10kHz；所述高频电流功率放大器的3dB带宽为0-500kHz。

2.根据权利要求1所述的一种多通道高频功率放大器，其特征在于：所述电源单元包括控制电源、低频电压功放电源、低频电流功放电源、高频电流功放电源；所述控制电源提供的电压为5V、24V；所述低频电压功放电源提供的电压为±200V；所述低频电流功放电源提供的电压为±3V；所述高频电流功放电源提供的电压为±5V。

3.根据权利要求1所述的一种多通道高频功率放大器，其特征在于：所述控制模块包括CPU单元、FPGA单元、DSP单元、接口单元；所述CPU单元分别与接口单元、FPGA单元、DSP单元连接。

4.根据权利要求1所述的一种多通道高频功率放大器，其特征在于：还包括模拟量隔离单元，所述模拟量隔离单元用于隔离外部模拟量输入，所述模拟量隔离单元分别与模拟输入单元、输入选择单元连接。

5.根据权利要求1所述的一种多通道高频功率放大器，其特征在于：还包括数字隔离单元；所述数字隔离单元用于隔离数模转换单元产生的对控制模块有损害的共模电压；所述数字隔离单元分别与数模转换单元、控制模块连接。

6.根据权利要求1所述的一种多通道高频功率放大器，其特征在于：还包括波形记录单元，所述波形记录单元用于记录控制模块处理后的信号波形；所述波形记录单元与控制模块连接。