[發明專利]一種對稱式高速高精度電壓–頻率轉換電路及轉換方法

有效

• 申請號: 201410392777.7
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104158544B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 吳玉虹;張曉凡;王瀟;盧誠
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種對稱式高速高精度電壓–頻率轉換電路及轉換方法，屬于電力技術領域。

背景技術

在恒能量斬波方式合成100KH以上的中大功率正弦電壓或電流波形的過程中，需要用到輸出頻率范圍為0～4MHz的高速高精度電壓—頻率轉換電路來作為系統的控制單元。由于用數字方式完成此類波形的動態運算量很大，因此，即使用當前速度最快的DSP芯片來實現，其最高輸出頻率只能到達300KHz左右，離目標要求的最高輸出頻率4MHz相距甚遠，為此，只能采用模擬方式實現，

但在已有技術中，無論是電荷平衡式還是復位式模擬電壓—頻率的轉換電路，其轉換誤差都將隨著輸出頻率的升高而急劇增大。原因是在這兩類轉換電路中，線性積分電路的輸出波形均為鋸齒波，如圖1所示。其中，在決定電壓—頻率轉換精度的線性積分電路中，只有正程時間T₁是輸入電壓絕對值的倒數，而逆程時間T₂則是固定的。這樣，由于輸出波形的周期為：T=T₁+T₂，而輸出頻率為：f=1∕T= 1∕(T₁ +T₂)，不難看出，只有當T₁＞＞T₂時，才有T ≈T₁ 和f ≈ 1∕T = 1∕T₁。實際上，隨著輸入電壓幅值的不斷增大，正程時間T₁將逐漸變小，但由于逆程時間T₂固定，所以轉換誤差必將隨著輸出頻率的升高而急劇增大。實測表明，在轉換后的輸出頻率在最高極限的50%～100%范圍內時，實際輸出的頻率要低于理論計算值的10%～30%以上，從而導致最終合成的正弦波在幅度上全面失真。

由于這種電壓—頻率轉換方法已使功率主開關器件在20nS左右的極限速度下開通和關斷，因此，已不可能通過提高開關器件的轉換速度或采用深度負反饋等方式來減小這種失真了，唯一的辦法另找解決問題的新途徑。

發明內容

本發明提供了一種對稱式高速高精度電壓–頻率轉換電路及轉換方法，以用于解決現有模擬電壓—頻率轉換技術中轉換誤差隨輸出頻率的升高急劇增大的問題。

本發明的技術方案是：一種對稱式高速高精度電壓–頻率轉換電路，由符號電路、積分電路、比較電路、對稱校正電路、電子開關電路和電源電路組成；其中輸入信號u_i由符號電路的輸入端輸入，符號電路的控制端與電子開關電路的上端相連接，符號電路的輸出端u_o1與積分電路的輸入端相連接，積分電路的輸出端u_o2與比較電路的輸入端相連接，比較電路的一個輸出端與電子開關電路的控制端相連接，比較電路的另一個輸出端u_o為系統的輸出端，電子開關電路的下端與對稱校正電路的輸出端相連接。

所述符號電路由運算放大器A1，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6共同構成，并由電子開關電路中的受控開關SW的通斷狀態控制符號電路的不同運算組態，從而實現增益正負交替。

所述對稱校正電路輸出電壓值為可調；其中通過調整對稱校正電路的輸出電壓值，使得在輸入電壓的全范圍內符號電路的輸出幅值完全對稱。

一種對稱式高速高精度電壓–頻率轉換方法，所述方法的具體步驟如下：

Step1、輸出電壓u_o控制電子開關電路中的受控開關SW的通斷狀態，進而控制符號電路的不同運算組態，最終控制符號電路的增益：

Step1.1、當輸出電壓u_o滿足輸出為高電平u_o=u_oH時，電子開關電路中的受控開關SW斷開，使符號電路的增益為+1，則u_o1=u_i；

Step1.2、當輸出電壓u_o滿足輸出為低電平u_o=u_oL時，電子開關電路中的受控開關SW閉合，使符號電路的增益為-1，則u_o1=—u_i；

Step2、將保留了輸入電壓信號u_i幅值特征的正負交替周期性信號u_o1送入積分電路，產生三角波信號u_o2：

Step2.1、當u_o1為低電平，則電容放電，u_o2上升；