CN220605893U - 大功率纹波信号发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了大功率纹波信号发生器，包括功放模块、电平比较模块、信号隔离模块和电流开关模块，功放模块中的交流信号源的输出端与电平比较模块的输入端相连；电平比较模块的输出端与信号隔离模块的输入端相连；信号隔离模块的输出端与电流开关模块的控制信号输入端相连，电流开关模块的第一电流输入端连接第一供电电源；电流开关模块的第二电流输入端连接第二供电电源，第二供电电源与功放模块相连。本实用新型提供的大功率纹波信号发生器，能够动态调整功放模块的供电电源，实现在正弦周期内切换不同的供电电压，以保证输出波形不失真、不畸变，满足测试需求，提高测试精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号发生器技术领域，尤其涉及大功率纹波信号发生器。
背景技术
用电设备的供电一般分为交流供电和直流供电两种。无论是交流供电还是直流供电，电源输入端都会伴有电源波纹。产生电源波纹的因素有许多，即使使用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。波纹的主要来源包括：来自工频变压器的纹波、高频干扰脉冲、来自于寄生电容或电感的纹波、开关器件产生的纹波、调节控制环路引起的纹波。为了检验用电设备对供电电源纹波电压的敏感度，需要对设备做相应的测试。在测试中，需要使用波纹信号发生器以输出波纹信号。
在GJB 151B-2013军用设备和分系统中，CS101(25Hz～150kHz电源线传导数度)项目用于检验EUT承受耦合到输入电源线上的信号的能力，主要目的是在允许电源电压波形失真的脉动电压条件下确保设备性能不降低。在CS101测试中，纹波信号发生器需要发出25Hz-150Hz的正弦波，通过耦合变压器将信号加载在被试品两端，如果要在被试品端加载相同幅度的波形，在低频段，纹波信号发生器需要提供更大的电流，在高频段，纹波信号发生器需要提供更高的电压。但是目前市面上常见的纹波发生器，由于功放结构的供电电源的电压是固定的，因此在用于CS101测试系统时，低频段会导致功放过热、输出效率低等不良现象，缩短信号发生器使用寿命，影响测试结果。
实用新型内容
本实用新型的目的是要提供大功率纹波信号发生器，可以解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
根据本实用新型的一个方面，提供了大功率纹波信号发生器，
包括功放模块、电平比较模块、信号隔离模块和电流开关模块，
功放模块用于将输入的交流信号源Vin转化成测试所需信号并输出，功放模块中的交流信号源的输出端与电平比较模块的输入端相连，功放模块的输出端作为大功率纹波信号发生器的输出端口；
电平比较模块的输出端与信号隔离模块的输入端相连；
信号隔离模块的输出端与电流开关模块的控制信号输入端相连，
电流开关模块的第一电流输入端连接第一供电电源；电流开关模块的第二电流输入端连接第二供电电源，第二供电电源与功放模块相连。
在一些实施方式中，功放模块包括交流信号源Vin、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R1、电阻R2和电阻R3，
交流信号源的输出端通过串联连接的二极管D3和二极管D4与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的集电极与电流开关模块中第一电流开关V1的控制信号输入端相连，三极管Q3的集电极与第二供电电源的正极相连；
三极管Q3的发射极与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与电流开关模块中第一电流开关V1的第一电流输入端相连，三极管Q1的集电极通过二极管D1与第二供电电源的正极相连；
三极管Q3的发射极通过电阻R3与三极管Q4的发射极相连，三极管Q4的基极通过二极管D5和二极管D6与交流信号源的输出端相连，三极管Q4的集电极与第二供电电源的负极相连；
三极管Q4的发射极与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的集电极通过二极管D2与第二供电电源的负极相连，三极管Q2的发射极和三极管Q1的发射极通过串联连接的电阻R1和电阻R2相连，电阻R1和电阻R2相连的一端作为功放模块的输出端。
在一些实施方式中，电平比较模块包括比较器AR1和比较器AR2，比较器AR1和比较器AR2的型号为LT1016，
比较器AR1的同相输入端与交流信号源的输出端相连，比较器AR1的反向输入端连接直流电平DC+，比较器AR1的输出端连接信号隔离模块的输入端；
比较器AR2的同相输入端与交流信号源的接地端相连，比较器AR2的反向输入端连接直流电平DC-，比较器AR2的输出端连接信号隔离模块的输入端。
在一些实施方式中，信号隔离模块包括芯片U1和芯片U2，芯片U1和芯片U2是型号为6N137的光耦合器，芯片U1的输入端与比较器AR1的输出端通过电阻R6相连，芯片U1的输出端与电流开关模块的控制信号输入端相连；
芯片U2的输入端与比较器AR2的输出端通过电阻R7相连，芯片U2的输出端与电流开关模块的控制信号输入端相连。
在一些实施方式中，电流开关模块包括开关V1和开关V2，开关V1和开关V2为氮化镓MOSFET，开关V1的控制信号输入端与芯片U1的输出端相连，开关V1的第一电流输入端连接第一供电电源的正极，开关V1的第二电流输入端通过二极管D1连接第二供电电源的正极，第二供电电源的正极通过二极管D1后分别连接三极管Q3的集电极和三极管Q1的集电极，
开关V2的控制信号输入端与芯片U2的输出端相连，开关V1的第一电流输入端连接第一供电电源的负极，开关V1的第二电流输入端通过二极管D2连接第二供电电源的负极，第二供电电源的负极通过二极管D2后分别连接三极管Q2的集电极和三极管Q4的集电极，开关V1的第一电流输入端和控制信号输入端之间连接有电阻R9。
在一些实施方式中，第一供电电源为50V直流电源。
在一些实施方式中，第二供电电源为25V直流电源。
本实用新型提供的大功率纹波信号发生器，通过在功放模块上添加了电平比较模块、信号隔离模块和电流开关模块，能够动态调整功放模块的供电电源，满足纹波信号发生器适应不同供电电压的需求，实现在正弦周期内切换不同的供电电压，以保证输出波形不失真、不畸变，满足测试需求，提高测试精度；电路结构简单，开发成本低，有效提高大功率波纹信号发生器的经济适用性。
另外，在本实用新型技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一实施例提供的大功率纹波信号发生器的结构示意图。
图2为本实用新型一实施例提供的大功率纹波信号发生器的电路图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例：
在本实施例中，参考说明书附图1-2，提供了一种大功率纹波信号发生器，包括功放模块、电平比较模块、信号隔离模块和电流开关模块，其中，功放模块用于将输入的交流信号源Vin转化成测试所需信号并输出，功放模块中的交流信号源的输出端与电平比较模块的输入端相连，功放模块的输出端作为大功率纹波信号发生器的输出端口；电平比较模块的输出端与信号隔离模块的输入端相连；信号隔离模块的输出端与电流开关模块的控制信号输入端相连，电流开关模块的第一电流输入端连接第一供电电源；电流开关模块的第二电流输入端连接第二供电电源，第二供电电源与功放模块相连。
具体的，功放模块可以包括交流信号源Vin、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R1、电阻R2和电阻R3，交流信号源的输出端通过串联连接的二极管D3和二极管D4与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的集电极与电流开关模块中第一电流开关V1的控制信号输入端相连，三极管Q3的集电极与第二供电电源的正极相连；三极管Q3的发射极与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与电流开关模块中第一电流开关V1的第一电流输入端相连，三极管Q1的集电极通过二极管D1与第二供电电源的正极相连；三极管Q3的发射极通过电阻R3与三极管Q4的发射极相连，三极管Q4的基极通过二极管D5和二极管D6与交流信号源的输出端相连，三极管Q4的集电极与第二供电电源的负极相连；三极管Q4的发射极与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的集电极通过二极管D2与第二供电电源的负极相连，三极管Q2的发射极和三极管Q1的发射极通过串联连接的电阻R1和电阻R2相连，电阻R1和电阻R2相连的一端作为功放模块的输出端。
电平比较模块包括比较器AR1和比较器AR2，比较器AR1和比较器AR2可以是型号LT1016的比较器，比较器AR1和比较器AR2的开通延时小于2ns，传播延时小于10ns，累计延时小于12ns。比较器AR1的同相输入端与交流信号源的输出端相连，比较器AR1的反向输入端连接直流电平DC+，比较器AR1的输出端连接信号隔离模块的输入端；比较器AR2的同相输入端与交流信号源的接地端相连，比较器AR2的反向输入端连接直流电平DC-，比较器AR2的输出端连接信号隔离模块的输入端。
信号隔离模块包括芯片U1和芯片U2，芯片U1和芯片U2可以是型号为6N137的光耦合器，芯片U1和芯片U2的开通延时小于23ns，传播延时小于48ns，累计延时小于71ns。芯片U1的输入端与比较器AR1的输出端通过电阻R6相连，芯片U1的输出端与电流开关模块的控制信号输入端相连；芯片U2的输入端与比较器AR2的输出端通过电阻R7相连，芯片U2的输出端与电流开关模块的控制信号输入端相连。
电流开关模块包括开关V1和开关V2，开关V1和开关V2可以选用型号为IGLD60R070D1的氮化镓MOSFET，开关V1和开关V2的开通延时小于12ns，传播延时小于14ns，累计延时小于26ns。开关V1的控制信号输入端与芯片U1的输出端相连，开关V1的第一电流输入端连接第一供电电源的正极，开关V1的第二电流输入端通过二极管D1连接第二供电电源的正极，第二供电电源的正极通过二极管D1后分别连接三极管Q3的集电极和三极管Q1的集电极，开关V2的控制信号输入端与芯片U2的输出端相连，开关V1的第一电流输入端连接第一供电电源的负极，开关V1的第二电流输入端通过二极管D2连接第二供电电源的负极，第二供电电源的负极通过二极管D2后分别连接三极管Q2的集电极和三极管Q4的集电极，开关V1的第一电流输入端和控制信号输入端之间连接有电阻R9。
在可选的实施例中，第一供电电源可以是50V直流电源；第二供电电源可以是25V直流电源。
本实用新型在使用时，功放模块正电源供电切换原理如下：
由于比较器AR1的同相输入端连接交流信号源Vin，反向输入端连接固定的直流电平DC+，因此当交流信号的电平低于直流电平DC+时，比较器AR1输出低电平，芯片U1处于关断状态，此时开关V1的控制信号为低电平，开关V1关断，此时第二供电电源通过二极管D1为功放模块提供正向供电；当交流信号的电平高于直流电平DC+时，比较器AR1输出高电平，芯片U1处于开通状态，此时开关V1的控制信号为高电平，开关V1开通，此时第一供电电源通过开关V1为功放模块提供正向供电。
功放模块负电源供电切换的原理和功放模块正电源供电切换原理相同，因此不再赘述。
本实用新型提供的大功率纹波信号发生器，通过在功放模块上添加了电平比较模块、信号隔离模块和电流开关模块，能够动态调整功放模块的供电电源，满足纹波信号发生器适应不同供电电压的需求，实现在正弦周期内切换不同的供电电压，以保证输出波形不失真、不畸变，满足测试需求，提高测试精度；电路结构简单，开发成本低，有效提高大功率波纹信号发生器的经济适用性；通过选用低延时的电子元件，使电平比较模块、信号隔离模块和电流开关模块能够在短时间内完成供电电源的切换，进一步避免由于延时过长导致的波形失真和畸变。
以上所述仅是本实用新型的可选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.大功率纹波信号发生器，其特征在于，
包括功放模块、电平比较模块、信号隔离模块和电流开关模块，
所述功放模块用于将输入的交流信号源Vin转化成测试所需信号并输出，所述功放模块中的交流信号源的输出端与所述电平比较模块的输入端相连，所述功放模块的输出端作为大功率纹波信号发生器的输出端口；
所述电平比较模块的输出端与所述信号隔离模块的输入端相连；
所述信号隔离模块的输出端与所述电流开关模块的控制信号输入端相连，
所述电流开关模块的第一电流输入端连接第一供电电源；所述电流开关模块的第二电流输入端连接第二供电电源，所述第二供电电源与所述功放模块相连。
2.根据权利要求1所述的大功率纹波信号发生器，其特征在于，
所述功放模块包括交流信号源Vin、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R1、电阻R2和电阻R3，
交流信号源的输出端通过串联连接的二极管D3和二极管D4与三极管Q3的基极相连，所述三极管Q3的集电极与所述电流开关模块中第一电流开关V1的控制信号输入端相连，所述三极管Q3的集电极与所述第二供电电源的正极相连；
所述三极管Q3的发射极与所述三极管Q1的基极相连，所述三极管Q1的集电极与所述电流开关模块中第一电流开关V1的第一电流输入端相连，所述三极管Q1的集电极通过二极管D1与所述第二供电电源的正极相连；
所述三极管Q3的发射极通过电阻R3与所述三极管Q4的发射极相连，所述三极管Q4的基极通过二极管D5和二极管D6与所述交流信号源的输出端相连，所述三极管Q4的集电极与所述第二供电电源的负极相连；
所述三极管Q4的发射极与所述三极管Q2的基极相连，所述三极管Q2的集电极通过二极管D2与所述第二供电电源的负极相连，所述三极管Q2的发射极和所述三极管Q1的发射极通过串联连接的电阻R1和电阻R2相连，所述电阻R1和所述电阻R2相连的一端作为功放模块的输出端。
3.根据权利要求2所述的大功率纹波信号发生器，其特征在于，
所述电平比较模块包括比较器AR1和比较器AR2，所述比较器AR1和比较器AR2的型号为LT1016，
所述比较器AR1的同相输入端与所述交流信号源的输出端相连，所述比较器AR1的反向输入端连接直流电平DC+，所述比较器AR1的输出端连接所述信号隔离模块的输入端；
所述比较器AR2的同相输入端与所述交流信号源的接地端相连，所述比较器AR2的反向输入端连接直流电平DC-，所述比较器AR2的输出端连接所述信号隔离模块的输入端。
4.根据权利要求3所述的大功率纹波信号发生器，其特征在于，
所述信号隔离模块包括芯片U1和芯片U2，所述芯片U1和所述芯片U2是型号为6N137的光耦合器，所述芯片U1的输入端与所述比较器AR1的输出端通过电阻R6相连，所述芯片U1的输出端与所述电流开关模块的控制信号输入端相连；
所述芯片U2的输入端与所述比较器AR2的输出端通过电阻R7相连，所述芯片U2的输出端与所述电流开关模块的控制信号输入端相连。
5.根据权利要求4所述的大功率纹波信号发生器，其特征在于，
所述电流开关模块包括开关V1和开关V2，所述开关V1和开关V2为氮化镓MOSFET，所述开关V1的控制信号输入端与所述芯片U1的输出端相连，所述开关V1的第一电流输入端连接第一供电电源的正极，所述开关V1的第二电流输入端通过二极管D1连接第二供电电源的正极，所述第二供电电源的正极通过二极管D1后分别连接所述三极管Q3的集电极和所述三极管Q1的集电极，
所述开关V2的控制信号输入端与所述芯片U2的输出端相连，所述开关V1的第一电流输入端连接第一供电电源的负极，所述开关V1的第二电流输入端通过二极管D2连接第二供电电源的负极，所述第二供电电源的负极通过二极管D2后分别连接所述三极管Q2的集电极和所述三极管Q4的集电极，所述开关V1的第一电流输入端和控制信号输入端之间连接有电阻R9。
6.根据权利要求1所述的大功率纹波信号发生器，其特征在于，所述第一供电电源为50V直流电源。
7.根据权利要求1所述的大功率纹波信号发生器，其特征在于，所述第二供电电源为25V直流电源。
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