專利名稱：數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊及功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種功率放大器，具體涉及一種數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊；本實(shí)用新型還涉及采用該數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的功率放大器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的應(yīng)用于高精度的高壓直流電路的功率放大器，其輸出的電壓信號(hào)的幅度小且受限制，輸出功率小，而且其成本很高，不易采購(gòu)使用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，可實(shí)現(xiàn)輸入與輸出電氣隔離的高電壓輸出。本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供一種數(shù)字隔離式高壓直流功率放大器，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊后的更高電壓輸出。本實(shí)用技術(shù)的技術(shù)問(wèn)題主要通過(guò)如下方案解決一種數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，其特征在于它包括用于將輸入輸出數(shù)字信號(hào)電氣隔離的第一、第二數(shù)字隔離器， 用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的第一、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的第一、第二 I/V轉(zhuǎn)換器，用于輸出高壓信號(hào)的高壓運(yùn)放，用于加大輸出電流的MOS管；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有第一參考電壓輸入端，所述第二數(shù)字隔離器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二 I/V轉(zhuǎn)換器、第一參考電壓輸入端依次相連，所述第一數(shù)字隔離器、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一 I/V轉(zhuǎn)換器、高壓運(yùn)放、MOS管依次相連；輸入數(shù)字信號(hào)分為兩路分別輸入所述第一數(shù)字隔離器和所述第二數(shù)字隔離器；由所述第二數(shù)字隔離器將輸入數(shù)字信號(hào)隔離后進(jìn)入第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再由所述第二 I/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為可調(diào)的基準(zhǔn)參考電壓信號(hào)輸出至第一參考電壓輸入端；由所述第一數(shù)字隔離器將輸入數(shù)字信號(hào)隔離后進(jìn)入第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再由所述第一 I/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)進(jìn)入高壓運(yùn)放放大為高壓電壓信號(hào)，最后進(jìn)入MOS管加大高壓電壓信號(hào)的電流后輸出。在上述基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型可作如下改進(jìn)所述高壓運(yùn)放具有負(fù)反饋端，該負(fù)反饋端與所述數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的信號(hào)輸出端相連。本實(shí)用新型所述第一、第二數(shù)字隔離器均采用ADUM1300型芯片。本實(shí)用新型所述第一、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器均采用AD5545型芯片。本實(shí)用新型所述第一、第二 I/V轉(zhuǎn)換器均采用0PA2277型芯片。本實(shí)用新型的另一個(gè)目的通過(guò)如下方案解決一種采用上述數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的功率放大器，它包括至少兩個(gè)數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，各個(gè)數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的輸出端之間串聯(lián)連接。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)本實(shí)用新型的有益效果[0014]1、采用的第一、第二隔離器可有效提高輸出的分辨率，通過(guò)可調(diào)參考電壓可提高輸出的精度；輸出功率大，成本低廉；2、采用串聯(lián)數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的方法可達(dá)到輸出高精度可調(diào)的更高電壓，操作簡(jiǎn)易，穩(wěn)定性好。

圖1為本實(shí)用新型數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊高壓直流輸出部分的電路圖；圖3為本實(shí)用新型數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊參考電壓輸出部分的電路圖；圖4為本實(shí)用新型數(shù)字隔離式高壓直流功率放大器的原理示意圖。具體實(shí)施方法
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述如圖1所示，本實(shí)用新型的數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊包括高壓直流輸出部分和參考電壓輸出部分。高壓直流輸出部分包括用于將輸入輸出數(shù)字信號(hào)電氣隔離的第一數(shù)字隔離器U1，用于增強(qiáng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力的第一驅(qū)動(dòng)器U2，用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器U3，用于將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的第一 I/V轉(zhuǎn)換器U4，用于輸出高壓信號(hào)的高壓運(yùn)放U5，用于加大輸出電流的MOS管U6 ；第一數(shù)字隔離器U1、第一驅(qū)動(dòng)器U2、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器U3、第一 I/V轉(zhuǎn)換器U4、高壓運(yùn)放TO、M0S管U6依次連接；參考電壓輸出部分包括用于將輸入輸出數(shù)字信號(hào)電氣隔離的第二數(shù)字隔離器U7，用于增強(qiáng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力的第二驅(qū)動(dòng)器U8，用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器U9，用于將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的第二 ΙΛ轉(zhuǎn)換器UlO ；第二數(shù)字隔離器U7、第二驅(qū)動(dòng)器U8、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器U9、第二 I/V轉(zhuǎn)換器UlO依次連接。其中，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有第一參考電壓輸入端，參考電壓輸出部分是通過(guò)第二數(shù)字隔離器U7把數(shù)字信號(hào)輸入部分與輸出部分進(jìn)行電氣隔離，然后通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)器U8驅(qū)動(dòng)第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器U7，第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器U7輸出一個(gè)模擬電流信號(hào)通過(guò)第二 I/V轉(zhuǎn)換器UlO 做I/V變換后輸出一個(gè)可調(diào)的參考電壓至第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊U3的第一參考電壓輸入端，作為第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器U3的參考；高壓直流輸出部分是通過(guò)第一數(shù)字隔離器Ul也是隔離輸入的數(shù)字信號(hào)后通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)器U2，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)加強(qiáng)后再輸入第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器U3，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器U3輸出的電流信號(hào)通過(guò)第一 I/V轉(zhuǎn)換器TO進(jìn)行I/V變換后成為高壓運(yùn)放TO的輸入模擬信號(hào)Uin，輸入高壓運(yùn)放U5進(jìn)行比例放大后輸出驅(qū)動(dòng)MOS管TO，M0S管U6加大電流的輸出后作為最終的功率信號(hào)輸出。本數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的工作過(guò)程是由外部輸入的輸入數(shù)字信號(hào)分為兩路分別輸入所述第一數(shù)字隔離器和所述第二數(shù)字隔離器；由所述第二數(shù)字隔離器將輸入數(shù)字信號(hào)隔離后進(jìn)入第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再由所述第二 I/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為可調(diào)的基準(zhǔn)參考電壓信號(hào)輸出至第一參考電壓輸入端；由所述第一數(shù)字隔離器將輸入數(shù)字信號(hào)隔離后進(jìn)入第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再由所述第一 I/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)進(jìn)入高壓運(yùn)放放大為高壓電壓信號(hào)，最后進(jìn)入MOS管加大高壓電壓信號(hào)的電流后輸出。如圖2a、圖3a所示，第一、第二隔離器采用ADI公司的ADUM1300做為數(shù)字隔離的芯片，該隔離器功耗低，脈寬失真低(< 2ns)，隔離電壓為2500V，傳輸速度為 lM/10M/90Mbps，傳輸延時(shí)32ns，其極高的電氣性能保證了高速數(shù)字信號(hào)的傳輸無(wú)失真無(wú)延時(shí)；第一、第二驅(qū)動(dòng)器采用74HCT573型芯片；如圖2b、圖北所示，第一、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用16位的D/A芯片AD5545 ；數(shù)字隔離芯片ADUM1300的輸出通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片74HCT573驅(qū)動(dòng)一個(gè)16位的D/A芯片AD5545，該芯片具有第二參考電壓輸入端，AD5545是ADI公司生產(chǎn)的一種高精密、雙通道的16位DAC器件，該器件設(shè)計(jì)采用5V單電源供電，具有最高士 15V 的雙極性輸出能力。如圖2c所示，為建立滿量程的輸出電流，第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器U9需要使用一個(gè)外部基準(zhǔn)電壓源，AD5545芯片的參考基準(zhǔn)電壓源用一片TI公司生產(chǎn)的高精度的參考芯片REF102來(lái)提供，圖2c的最終輸出REFlOV是作為參考電壓輸入第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器的第二參考電壓輸入端，如圖2b所示，第二 I/V轉(zhuǎn)換器采用了一片TI的高精度、低漂移的運(yùn)放 0PA2277，圖2b所示的最終輸出REFUl是作為一個(gè)參考電壓輸入第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的第一參考電壓輸入端。如圖北所示，本實(shí)用新型的高壓運(yùn)放的輸入端的輸入模擬信號(hào)Uin同樣采用與圖 1同樣的一個(gè)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就保證了原理部分的簡(jiǎn)易操作性，高壓直流輸出部分中，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的參考電壓是通過(guò)參考電壓的輸出部分電路來(lái)調(diào)制的，這樣就使得輸入高壓運(yùn)放的輸入端的模擬量的分辨率有了一倍的提高，也使高壓直流輸出部分的最終輸出的電壓信號(hào)是一個(gè)有更高精度、分辨率的功率信號(hào)。如圖 3c所示，高壓運(yùn)放采用3583芯片，其具有負(fù)反饋輸入端，數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的信號(hào)輸出端Uout通過(guò)300K/0.01%高精度電阻R9、R10與負(fù)反饋輸入端相連，該負(fù)反饋輸入端還通過(guò)20K/0. 01 %高精度電阻R7連接至模擬地，高壓運(yùn)放芯片的3號(hào)腳通過(guò)可調(diào)電阻R8連接至高壓運(yùn)放芯片的4號(hào)腳，3號(hào)腳和4號(hào)腳均為偏置電壓調(diào)整腳，可通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R8來(lái)調(diào)節(jié)高壓運(yùn)放的輸出零位，該高壓運(yùn)放TO的最終輸出電流最大只能到75mA，負(fù)載能力比較小，因此在高壓運(yùn)放的輸出端接入MOS管作為最終輸出的方式來(lái)加大輸出電流。本數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊最終輸出的電壓信號(hào)幅度為Uout = (R8+R9)*Uin/R7。如圖4所示，采用上述數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的功率放大器，它包括N 個(gè)數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，N = 1 +⑴，各個(gè)數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的輸出端之間串聯(lián)連接。本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本實(shí)用新型上述基本技術(shù)思想前提下，本實(shí)用新型還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，其特征在于它包括用于將輸入輸出數(shù)字信號(hào)電氣隔離的第一、第二數(shù)字隔離器，用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的第一、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的第一、第二 I/V轉(zhuǎn)換器，用于輸出高壓信號(hào)的高壓運(yùn)放，用于加大輸出電流的MOS管；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有第一參考電壓輸入端，所述第二數(shù)字隔離器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二 I/V轉(zhuǎn)換器、第一參考電壓輸入端依次相連，所述第一數(shù)字隔離器、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一 I/V轉(zhuǎn)換器、高壓運(yùn)放、MOS管依次相連；輸入數(shù)字信號(hào)分為兩路分別輸入所述第一數(shù)字隔離器和所述第二數(shù)字隔離器；由所述第二數(shù)字隔離器將輸入數(shù)字信號(hào)隔離后進(jìn)入第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再由所述第二 ΙΛ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為可調(diào)的基準(zhǔn)參考電壓信號(hào)輸出至第一參考電壓輸入端；由所述第一數(shù)字隔離器將輸入數(shù)字信號(hào)隔離后進(jìn)入第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再由所述第一 I/V 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)進(jìn)入高壓運(yùn)放放大為高壓電壓信號(hào)，最后進(jìn)入MOS管加大高壓電壓信號(hào)的電流后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，其特征在于所述高壓運(yùn)放具有負(fù)反饋端，該負(fù)反饋端與所述數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的信號(hào)輸出端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，其特征在于所述第一、第二數(shù)字隔離器均采用ADUM1300型芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，其特征在于所述第一、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器均采用AD5545型芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，其特征在于所述第一、第二 I/V轉(zhuǎn)換器均采用0PA2277型芯片。
6.一種采用上述數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的功率放大器，其特征在于它包括至少兩個(gè)數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊，各個(gè)數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的輸出端之間串聯(lián)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊及放大器，包括用于將輸入輸出數(shù)字信號(hào)電氣隔離的第一、第二數(shù)字隔離器，用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的第一、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的第一、第二I/V轉(zhuǎn)換器，用于輸出高壓信號(hào)的高壓運(yùn)放，用于加大輸出電流的MOS管；第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有第一參考電壓輸入端，第二數(shù)字隔離器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二I/V轉(zhuǎn)換器、第一參考電壓輸入端依次相連，第一數(shù)字隔離器、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一I/V轉(zhuǎn)換器、高壓運(yùn)放、MOS管依次相連；多個(gè)數(shù)字隔離式高壓直流功率放大模塊的輸出端串聯(lián)構(gòu)成功率放大器。本實(shí)用新型負(fù)載能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)輸入與輸出電氣隔離的高電壓輸出。
文檔編號(hào)H03F3/20GK202309628SQ20112037916
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者羅敏, 趙偉, 陳剛, 陳銳民, 黃建鐘 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院