CN209248382U - 一种大功率宽频带可调制电流发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大功率宽频带可调制电流发生器，包括可调信号发生模块、信号调制模块、功率放大电路模块、PWM调相模块、注入模块、辅助模块；所述功率放大电路模块对前级电路传送的高频调制信号进行可靠的功率放大，经PWM调相对信号进行相位控制后，产生高频电压或者电流，并可将电流注入至目标系统中。本实用新型采用上述设计的电流发生器，能够产生一系列大功率宽频带可调制且相位可实时控制的电压或者电流，可广泛应用于需要大功率可调制的交流电压源或者电流源的场合。

Description

一种大功率宽频带可调制电流发生器

【技术领域】

本实用新型涉及电路设计与分析领域，特别涉及一种大功率宽频带可调制电流发生器。

【背景技术】

在电路设计与调试的过程中，在很多情况下，需要使用大功率可调电流源或者电压源。比如可以使用可调的大功率电流源或者电压源在电网中等效一个谐波源，对电网中注入一个谐波电压信号或者谐波电流信号。一般情况下，可以采用基于开关管与PWM技术的方式设计一个大功率的电流源，并通过数字闭环控制，控制输出电压与电流的大小与相位，由于开关管具有较高的耐压与耐流能力，可以实现电源的大功率化，但受到开关管开关频率的影响及数字控制时间精度的影响，这种拓扑的大功率电源很难发出高频的电压或者电流。另外一种常见的电源方案是基于模拟电路来实现，即采用模拟电路发出较高频的电压信号，并进行功率放大，然而这种方案中，信号的相位很难控制，不容易对信号进行所需的各种运算，并且采用这种方案的电源一般应用于无源网络，对于有源网络产生可控的电压或者电流，尤其交流有源系统，存在较大的困难。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种大功率宽频带可调制电流发生器，实现产生一系列大功率宽频带可调制且相位可实时控制的电压或者电流的功能。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种大功率宽频带可调制电流发生器，包括可调信号发生模块、信号调制模块、功率放大电路模块、PWM调相模块、注入模块、辅助模块；

所述可调信号发生模块用于产生若干个相位同步的待调制信号；

所述信号调制模块对可调信号发生模块输出的待调制信号进行运算，合成调制信号；

所述功率放大电路模块用于对调制完成的所述调制信号进行功率放大；

所述PWM调相模块通过PWM控制调整功率放大后的信号的相位；

所述注入模块用于在PWM调相模块输出为电压信号时，将电压信号转换为电流信号，并对目标系统注入所述电流信号；

所述辅助模块包括电源电路和触摸屏，电源电路为可调信号发生模块、信号调制模块、功率放大电路模块、PWM调相模块供电，触摸屏实现参数的输入与运行状态的显示。

作为一种实施方式，所述可调信号发生模块包括若干个信号发生电路，每个信号发生电路用于产生一个调制信号，所述调制信号的频带范围为1Hz至1MHz,若干个信号发生电路之间具有联络线，用以控制各信号发生电路发生待调制信号的相位同步。

作为一种实施方式，所述信号调制模块由多个集成运算电路构成，所述集成运算电路包括加法电路、减法电路、乘法电路、积分电路及微分电路。

作为一种实施方式，所述功率放大电路模块包括多块功率放大电路，所述多块功率放大电路组成桥式结构。

作为一种实施方式，所述PWM调相模块包括电感器、电容器、MOSFET、隔离变压器、DSP芯片、位于所述电感与大功率放大电路之间的第一电压传感器和第一电流传感器、位于所述电感与注入模块之间的第二电压传感器和第二电流传感器。

作为一种实施方式，所述注入模块由一个大功率的电阻组成，接于电感与后级的目标系统端口之间。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种大功率宽频带可调制电流发生器，采用多个基于模拟电路的信号发生模块产生所需的高频电压信号，并经过调制模块进行调制运算，进而通过功率放大电路模块对信号进行放大，通过可调PWM电感对信号的相位进行实时调整，并通过注入模块将电流注入至目标系统中，实现了产生一个大功率、宽频带、可调制及相位可控的电压或者电流的目的。

本实用新型装置结构简单，运行可靠，造价低，适用于需要大功率宽频带可调制电压源或者电流源的场合。

【附图说明】

图1为实施例提供的一种大功率宽频带可调制电流发生器的结构框图。

图2为实施例提供的信号调制模块的原理框图。

图3为实施例提供的功率放大电路模块的原理框图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

请参阅图1所示，本实用新型实施例提供的一种大功率宽频带可调制电流发生器，包括可调信号发生模块10、信号调制模块20、功率放大电路模块30、PWM调相模块40、注入模块50、辅助模块60。

可调信号发生模块10包括若干个信号发生电路，当需要对一个交流有源网络的端口注入一个调制的电流信号时，首先由信号发生模块生成多个交流信号，信号的个数即所需信号发生器的个数，及每个信号发生器产生信号的波形，由待产生的调制信号进行反向运算来确定，例如是宽频带正弦波信号、宽频带方波信号。信号发生电路基于AD9833芯片设计实现，其外围电路连接电阻和一个耦合电容，可以输出信号的频带范围为1Hz至1MHz(本文中的宽频带就是指频带范围可达1Hz至1MHz),多个信号发生电路之间具有联络线，用以实现多个信号发生电路发生信号的相位同步。

可调信号发生模块10连接信号调制模块20，即可调信号发生模块产生的多个待调制信号，送入信号调制模块中，信号调制模块基于多个集成运算电路构成，结构框图参阅图2所示，加法电路、减法电路、乘法电路、积分电路、微分电路并联设置，且分别串联有一个切换开关，通过切换开关进行选择使用，其可以对待调制信号进行加法、减法、乘法、积分、微分的运算，从而完成对信号的调制。

由于待注入系统所需的电流较大，系统端口的电压也比较高，因此，需要对调制后的信号进行电压与电流放大，即功率放大，在本实用新型中，功率放大电路模块30基于大功率晶体管设计完成功率放大电路，对前级的调制后的信号进行功率放大，包括电压放大与电流放大。功率放大电路模块同时采用多块功率放大电路组成桥式结构，例如图3所示，功率放大电路模块采用四块功率放大电路组成桥式结构，桥式结构提高了放大电路耐压与耐流的能力，功率放大模块的额定功率设计为2kW；并且，由于放大电路频带，带宽设计为10MHz，谐波失真小于0.01，信噪比大于95dB，可以实现对高频信号的有效放大。

由于待注入的系统中存在交流电压信号，因此在对注入电流进行控制时，需要对放大后的调制信号进行相位控制，在本实用新型中采用的PWM(Pulse width modulation)调相模块40基于PWM可调电感设计，包括电感器、电容器、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor的简称，金氧半场效晶体管)、隔离变压器、DSP芯片(作为控制平台)(电感器、电容器、MOSFET、隔离变压器、控制平台之间的连接关系是什么？或者提供调相模块的结构图)，及位于可调电感与功率放大电路之间的第一电压传感器和第一电流传感器，分别用来测量可调电感前的电压与电流的相位，以及位于可调电感与注入模块之间的第二电压传感器和第二电流传感器，分别用于测量可调电感后电压与电流的相位；通过PWM控制可以实时调节电路中等效电感的值，从而实时调节电压与电流的相位。

注入模块50由一个大功率(2000W)的电阻组成，接于本实用新型装置与后级的目标系统之间，可以完成电压信号与电流信号的转换。当需要对一个无源系统提供一个可调的电压时，即发生器等效为一个电压源时，可以不使用注入模块的大功率电阻，可调电感直接连接后级的无源网络；而当需要对一个有源网络注入一个可调的电流时，需要将注入模块连接至PWM调相模块中的电感器与有源网络之间，实现将前级的电压转换为电流并注入至有源系统中。

本实施例中所述辅助模块60包括电源电路和触摸屏，电源电路为系统各模块供电，触摸屏实现发生器参数(例如信号的调制形式、输出电流大小、相位、及PWM可调电感的控制参数)的输入功能与发生器运行状态的显示功能。

上述内容中的“第一”“第二”仅是用于区分，并不明示或暗示相对重要性或先后顺序。

本实用新型提供的一种大功率宽频带可调制电流发生器，基于模拟电路设计信号发生模块及信号调制、功率放大模块，可以发生较高频带的信号；通过信号调制模块实现了信号的运算调制功能，通过PWM调相模块实现了信号的相位控制；由多个功能模块的有机组合，实现了产生一个大功率、宽频带、可调制及相位可控的电流的目的。

本实用新型装置结构简单，运行可靠，造价低，适用于需要大功率宽频带可调制电压源或者电流源的场合。

Claims (7)

1.一种大功率宽频带可调制电流发生器，其特征在于，包括可调信号发生模块、信号调制模块、功率放大电路模块、PWM调相模块、注入模块、辅助模块；

所述可调信号发生模块用于产生若干个相位同步的待调制信号；

所述信号调制模块对可调信号发生模块输出的待调制信号进行运算，合成调制信号；

所述功率放大电路模块用于对调制完成的所述调制信号进行功率放大；

所述PWM调相模块通过PWM控制调整功率放大后的信号的相位；

所述注入模块用于在PWM调相模块输出为电压信号时，将电压信号转换为电流信号，并对目标系统注入所述电流信号；

所述辅助模块包括电源电路和触摸屏，电源电路为可调信号发生模块、信号调制模块、功率放大电路模块、PWM调相模块供电，触摸屏实现参数的输入与运行状态的显示。

2.根据权利要求1所述的大功率宽频带可调制电流发生器，其特征在于，所述可调信号发生模块包括若干个信号发生电路，每个信号发生电路用于产生一个调制信号，所述调制信号的频带范围为1Hz至1MHz,若干个信号发生电路之间具有联络线，用以控制各信号发生电路发生待调制信号的相位同步。

3.根据权利要求1所述的大功率宽频带可调制电流发生器，其特征在于，所述信号调制模块由多个集成运算电路构成，所述集成运算电路包括加法电路、减法电路、乘法电路、积分电路及微分电路。

4.根据权利要求1所述的大功率宽频带可调制电流发生器，其特征在于，所述功率放大电路模块包括多块功率放大电路，所述多块功率放大电路组成桥式结构。

5.根据权利要求1所述的大功率宽频带可调制电流发生器，其特征在于，所述PWM调相模块包括电感器、电容器、MOSFET、隔离变压器、DSP芯片、位于所述电感与大功率放大电路之间的第一电压传感器和第一电流传感器、位于所述电感与注入模块之间的第二电压传感器和第二电流传感器。

6.根据权利要求5所述的大功率宽频带可调制电流发生器，其特征在于，所述注入模块由一个大功率的电阻组成，接于电感与后级的目标系统端口之间。

7.根据权利要求5所述的大功率宽频带可调制电流发生器，其特征在于，第一电压传感器和第一电流传感器均为霍尔传感器，第二电压传感器和第二电流传感器均为霍尔传感器。