[發(fā)明專利]一種全數(shù)字功率放大器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110943656.7
• 申請(qǐng)日: 2021-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN113721505A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張紅彩;田看麗;陳晨;張旺;王一東;張奎華;夏樹杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天希爾測(cè)試技術(shù)有限公司;北京強(qiáng)度環(huán)境研究所
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042;H03F3/20
• 代理公司: 北京知無憂專利代理有限公司 11880
• 代理人: 方燕玉

本發(fā)明公開了一種全數(shù)字功率放大器，包括直流電源電路、功率逆變電路、濾波電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、模塊數(shù)字控制電路和系統(tǒng)數(shù)字控制電路，所述直流電源電路的輸入端連接交流電，直流電源電路的輸出端連接功率逆變電路，功率逆變電路還分別連接濾波電路和IGBT驅(qū)動(dòng)電路，濾波電路還分別連接負(fù)載和輸出反饋電路，模塊數(shù)字控制電路由數(shù)字脈寬調(diào)制模塊和數(shù)字控制算法模塊，本發(fā)明基于FPGA的數(shù)字PWM調(diào)制技術(shù)帶來的多通道、高精度輸出的好處，可以方便實(shí)現(xiàn)多電平、多重化等復(fù)雜的電力變換技術(shù)，從而使功率放大器獲得優(yōu)越的性能和低廉的成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種全數(shù)字功率放大器。

背景技術(shù)

功率放大器是振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)、磁共振成像系統(tǒng)、電磁軸承系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，能夠?qū)⒖刂破靼l(fā)出的微小控制信號(hào)經(jīng)過電力電子變換后得到功率放大的控制信號(hào)。功率放大器系統(tǒng)主要由直流電源電路、控制系統(tǒng)、功率逆變電路、濾波電路和操作界面組成。直流電源電路將電網(wǎng)三相交流電壓通過整流變換后為功率逆變電路提供直流電壓。控制系統(tǒng)一般由系統(tǒng)控制電路和PWM調(diào)制電路構(gòu)成，系統(tǒng)控制電路負(fù)責(zé)功放系統(tǒng)的啟停控制以及數(shù)據(jù)采集、通訊、保護(hù)等功能，PWM調(diào)制電路負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)控制算法并且對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制。功率主電路將直流電源電路輸出的直流電壓逆變成脈沖交流電。濾波電路將逆變后脈沖交流電進(jìn)行解調(diào)濾波，從而得到期望的波形輸出給負(fù)載。操作界面負(fù)責(zé)提供友好的人機(jī)交互界面。傳統(tǒng)功率放大器普遍都是模擬控制系統(tǒng)，電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是分立元件多，可靠性差，控制策略簡(jiǎn)單。隨著數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外功率放大器廠商率先進(jìn)行數(shù)字化研究工作，如今已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)很高的水平，早就實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)數(shù)字化，但是操作界面仍然沿用傳統(tǒng)按鍵方式，顯示界面多為數(shù)碼管和點(diǎn)陣液晶屏，操作不方便，顯示效果差。國(guó)內(nèi)功率放大器廠商近幾年在功放系統(tǒng)控制電路上都做了數(shù)字化升級(jí)，主要是采用單片機(jī)或者PLC技術(shù)，功能簡(jiǎn)單，技術(shù)相對(duì)落后；在操作界面上有的廠商已經(jīng)升級(jí)為電阻觸摸屏，操作體驗(yàn)提升了不少，但總的來說，操作體驗(yàn)差，顯示信息少，界面粗糙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種全數(shù)字功率放大器，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種全數(shù)字功率放大器，包括直流電源電路、功率逆變電路、濾波電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、模塊數(shù)字控制電路和系統(tǒng)數(shù)字控制電路，所述直流電源電路的輸入端連接交流電，直流電源電路的輸出端連接功率逆變電路，功率逆變電路還分別連接濾波電路和IGBT驅(qū)動(dòng)電路，濾波電路還分別連接負(fù)載和輸出反饋電路，模塊數(shù)字控制電路由數(shù)字脈寬調(diào)制模塊和數(shù)字控制算法模塊，輸出反饋電路還分別連接系統(tǒng)數(shù)字控制電路和數(shù)字控制算法模塊，系統(tǒng)數(shù)字控制電路還連接數(shù)字控制算法模塊，數(shù)字控制算法模塊還連接數(shù)字脈寬調(diào)制模塊，數(shù)字脈寬調(diào)制模塊還連接IGBT驅(qū)動(dòng)電路，系統(tǒng)數(shù)字控制電路負(fù)責(zé)采集整個(gè)系統(tǒng)以及功率放大器內(nèi)部各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)并進(jìn)行前期信號(hào)調(diào)理，判斷功放連鎖保護(hù)邏輯，然后與操作界面通訊控制功放啟停，模塊數(shù)字控制電路接收功放給定控制信號(hào)和輸出反饋信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算處理得到PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后輸送到IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，從而控制功率模塊逆變電路開關(guān)管的通斷，輸出反饋電路負(fù)責(zé)采集模塊輸出的電壓和電流，然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給功放控制系統(tǒng)，IGBT驅(qū)動(dòng)電路將控制電路輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行隔離和放大，為IGBT開關(guān)過程提供充足的驅(qū)動(dòng)功率，直流電源電路從電網(wǎng)取得380V交流電壓，通過整流、濾波電路為功率模塊逆變電路提供直流電壓，功率逆變電路是由IGBT開關(guān)器件構(gòu)成的逆變電路，它將直流電源電路整流而來的直流電壓逆變成PWM脈沖交流電，濾波電路將逆變電路輸出的PWM脈沖波形進(jìn)行解調(diào)，從而得到功率放大的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述系統(tǒng)數(shù)字控制電路上還連接有觸摸屏操作界面。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述系統(tǒng)數(shù)字控制電路還連接有遠(yuǎn)程操作界面。