用于控制脈沖電源同相工作的電路裝置的制作方法

專利名稱：用于控制脈沖電源同相工作的電路裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電工技術領域，尤其涉及一種用于控制脈沖電源同相工作 的電路裝置及用于控制脈沖電源同相工作的方法。
背景技術：
脈沖電源是廣泛公知的，它們用來提供給負載隨脈沖控制信號周期性 變化的電能。近年來，隨著功率脈沖技術的發展，脈沖電源的應用領域越 來越廣，目前它已應用到微波通訊、機械加工、材料表面改性等領域，并 發揮著重要作用。
在這些應用領域，特別是微波通訊中的微波功率放大器需要大量使用 脈沖電源。由于微波功率放大器本身工作效率低、功耗高、散熱量大，因
而在實際工程應用中對微波功率放大器進行間歇式供電當有微波信號輸 入時，電源開始對微波功率放大器供電；當無微波信號輸入時，電源停止 對微波功率放大器供電。這種間歇式的供電方式大大降低了微波功率放大 器的功耗、散熱，同延時長微波功率放大器壽命、提高了系統的可靠性。 微波通訊中，間歇性的微波信號往往是周期性傳輸，并有同步的脈沖控制 信號反映微波信號的傳輸情況，從而需要提供一種與脈沖控制信號同頻同 相的脈沖電源對微波功率放大器進行脈沖供電。
根據現有技術用于控制脈沖電源的電路裝置是已知的，它在所謂的 "開環模式"下工作。脈沖電源基本上包括至少一個電子開關和例如電感 和電容器的能量存4諸器件，在這種情況下,脈沖控制信號通過波形整形器、 驅動放大器等必要的器件后輸入到電子開關控制端，由電子開關控制直流 電壓源的通斷產生脈沖電源，并通過供電線供給微波功率放大器。
現有技術可參見圖1,現有技術用于控制脈沖電源的電路裝置的電路 模型，直流穩壓電源Vcc通過串聯的扼流電感L"以及并聯的儲能電容 Q接到電子開關St的輸入端；電子開關Si的輸出端通過供電線接到微波 功率放大器PA的供電端，其中供電線等效成由串聯電阻R2、串聯電感L2、并聯電容C2組成的電學網絡；另外輸入端L接外部的脈沖控制信號，用 于控制電子開關Si,該脈沖控制信號通過可編程邏輯器件PLD進行整形 后傳遞給驅動放大器GD,再由驅動放大器GD饋送到電子開關St的控制 端。S!在圖1采用MOSFET的形式。也可以-使用其他的電子開關，例如 IGBT或雙極性晶體管。
圖2是在圖1所示電路沖莫型中不同節點上電壓波形示意圖，其中包括 在N!為輸入端J,脈沖控制信號的電壓波形；N2為可編程邏輯器件PLD 輸出端電壓波形；N3為驅動放大器GD輸出端電壓波形；N4為電子開關 Si輸出端電壓波形；Ns為微波功率放大器供電端電壓波形。根據圖2給出 的圖1所示電路模型各節點的電壓波形示意圖，脈沖控制信號在傳輸過程 中均產生了一定的延時，其中^為可編程邏輯器件PLD的傳輸延時；t2 為驅動放大器GD的傳輸延時；T3為電子開關Si的傳輸延時；^為供電線 的傳輸延時。為了減小脈沖控制信號與脈沖電壓之間的相位差，現有技術 常在可編程邏輯器件PLD中對脈沖控制信號作延時處理，產生額外的延 時&，使得脈沖控制信號與脈沖電壓兩者的上升沿相同，也就是要使電路
傳播延時總合(^+T2+T3+T4+T5)與脈沖控制電壓的周期或者周期的若干倍
相等。但是對于不同的電路拓補結構、不同的器件、不同的供電線，a、
T2、 T3、 T4均會有所差異，并且這些數據也受環境溫度的影響，導致Ts無 法精確設置，常常需要根據實際的具體電路情況進行調整。
因此，采用現有技術的"開環模式"電路結構，脈沖電壓相位不能精 確控制，受外界因素影響較大，而采用提高電源脈沖寬度的方法又使脈沖 電源工作效率降低，帶來其它方面的影響。
依據現有技術描述的用于控制脈沖電源的電路裝置的實現具有以下
缺點各類電子器件、供電線均會對脈沖信號、脈沖電壓產生一定的延時，
脈沖控制信號通過一系列電子器件、供電線之后，在終端負載上形成的脈 沖電壓會與脈沖控制信號產生一定的相位差，從而導致微波信號與脈沖電 源無法同時加載到微波功率放大器上。為了解決此類問題，現有技術常采 用將脈沖控制信號相對于微波包絡信號作一定的相位延遲，以減小加載到 微波功率放大器上的微波包絡信號與脈沖電壓之間的相位差。然而相位調 整的數值受電路拓補結構、器件延時一致性、供電線寄生參數、供電線長 短、環境溫度等一系列因素的影響，在實際工程應用中需對單個器件進行微調，難以批量生產，可制造性差。
現有微波功率放大器常采用多路功率合成的方式進行大功率微波信
號的生成，多路脈沖電源如無法達到同相工作，將影響多贈4效波信號的合 成、甚至因為微波信號的反射燒毀微波模塊。為了解決此類問題，現有技 術常采用提高脈沖電源脈寬的方式，使脈沖電源脈寬寬于微波信號包絡， 確保微波包絡信號能正常通過微波功率放大器進行功率放大；這種解決方 式將直接影響微波通訊鏈路的信噪比、調制深度等指標，同時將影響前端 直流穩壓電源的輸出功率，從而帶來重量、體積、可靠性、散熱、成本等 諸多方面的問題。

發明內容
本發明提供一種可以使脈沖控制信號與脈沖電壓之間同相工作，又能 提高脈沖電源工作效率的用于控制脈沖電源同相工作的電路裝置和方法。
一種用于控制脈沖電源同相工作的電路裝置，包括可編程邏輯器件 PLD、電子開關Si和微波功率放大器PA,可編程邏輯器件PLD經過驅動 放大器GD與電子開頭S,的控制端相連，電子開關Si的輸出端通過供電 線接到微波功率放大器PA的供電端，可編程邏輯器件PLD與微波功率放 大器PA的供電端之間設有保護電路，所述的可編程邏輯器件PLD中包括 相位檢測單元(PD)和延時控制單元(DCU)，延時控制單元(DCU)的 輸出端經過驅動放大器GD與電子開頭S！的控制端相連。
本發明電路裝置的外部直流穩壓電源Vcc通過儲能電路與電子開關 Si的輸入端相連；電子開關S,的輸出端通過供電線接到微波功率放大器 PA的供電端；外部脈沖控制信號通過輸入端A與可編程邏輯器件PLD相 連，可編程邏輯器件PLD經過保護電路與微波功率放大器PA的供電端相 連，并且可編程邏輯器件PLD經過驅動放大器GD與電子開頭S！的控制 端相連，形成電路的閉環控制。
所述保護電路為反饋電阻R3，用于限流降壓，保證可編程邏輯器件 PLD的正常工作。
所述儲能電路包括串聯扼流電感1^及并聯儲能電容d,儲能電M 供瞬時脈沖電壓、瞬時脈沖電流。
可編程邏輯器件PLD4企測微波功率放大器PA上的脈沖電壓，通過可編程邏輯器件對該電壓信號與脈沖控制信號作相位比較；相位比較結果作 為一個控制量，控制脈沖控制信號輸出的相位變化，既在脈沖控制信號與 反饋脈沖電壓信號中插入延時，直到兩個信號的上升沿相同，使得兩者同 相，從而實現脈沖電源的"閉環模式"工作。
本發明的電路裝置，補償了電子器件、供電線等對脈沖信號、脈沖電 壓傳播延時的影響。本發明電路的裝置為反饋式閉環工作模式，在實際應 用、生產過程中無需對單個器件進行出廠前微調，電路裝置工作時將自動 補償脈沖控制信號與終端負載上脈沖電壓的相位誤差，實現脈沖電壓與脈 沖控制信號同相；并且不受電路拓補結構、器件延時一致性、供電線寄生 參數、供電線長短、環境溫度等因素的影響，可制造性強，適用于批量生 產。
本發明的電路裝置，可以保證微波功率放大器上的脈沖電壓與微波包 絡信號的同相工作，當多路脈沖電源采用所述電路裝置在同一脈沖控制信 號的驅動下工作時，多路脈沖電源將保證零相位同步工作。在微波信號多 路功率合成中，多路脈沖電源零相位同步工作時，可以將電源脈寬壓縮到 最低，從而大大提高了脈沖電源的工作效率。
實現決定性功能的可編程邏輯器件可以使用通用的現場可編程門陣 列FPGA或者復雜可編程邏輯器件CPLD實現；以相似的方式，微控制器 或者數字信號處理器也能用來代替可編程邏輯器件。例如，可以使用 MCU、 DSP。
本發明還提供了 一種用于控制脈沖電源同相工作的方法，包括以下的
a) 通過可編程邏輯器件PLD中的相位檢測單元PD檢測微波功率放大 器PA供電端的反饋脈沖電壓信號；
b) 相位檢測單元PD根據外部脈沖控制信號與反饋脈沖電壓信號兩者 之間的相位差生成延時控制量；
c) 可編程邏輯器件PLD中的延時控制單元DCU根據延時控制量控制 脈沖控制信號的延時；
d) 延時控制單元DCU將延時后的脈沖控制信號輸出到電子開關。 本發明方法在可編程邏輯器件中以軟件的形式實現。
本發明用于控制脈沖電源同相工作的電路裝置和方法，可消除電子器件、供電線等對脈沖信號、脈沖電壓傳播延時的影響，減小了微波包絡信 號與脈沖電壓之間的相位誤差，提高了脈沖電源的工作效率。另一方面可 以通過模塊擴展方式對多路脈沖電源進行同相控制，并使多路脈沖電源實 現零相位同步供電成為可能。


圖1為現有技術用于控制脈沖電源的電路裝置的電路示意圖； 圖2是在圖1所示電路中不同節點上電壓波形示意圖； 圖3為本發明的電路裝置的電路示意圖； 圖4是在圖3所示電路中不同節點上電壓波形示意圖。
具體實施例方式
在具體實施方式
中，電阻用字母R來表示，電容器由字母C來表示， 電感由字母L來表示，連接端由字母J來表示，開關由字母S來表示，節 點由字母N來表示，在所有的情況下后面都有數字。
如圖3中所示，本發明的電路裝置，包括可編程邏輯器件PLD、電子 開關S！和微波功率放大器PA，可編程邏輯器件PLD經過驅動放大器GD 與電子開頭S,的控制端相連，電子開關S,的輸出端通過供電線接到微波 功率放大器PA的供電端，可編程邏輯器件PLD與樣t波功率方欠大器PA的 供電端之間設有保護電路，所述的可編程邏輯器件PLD中包括相位檢測 單元(PD)和延時控制單元(DCU)，延時控制單元(DCU)的輸出端經 過驅動放大器GD與電子開頭Si的控制端相連。
本發明電路裝置的外部直流穩壓電源Vcc通過儲能電路與電子開關 Sj的輸入端相連；電子開關Si的輸出端通過供電線接到微波功率放大器 PA的供電端；外部脈沖控制信號通過輸入端Jt與可編程邏輯器件PLD相 連，可編程邏輯器件PLD經過保護電路與微波功率放大器PA的供電端相 連，并且可編程邏輯器件PLD經過驅動^:大器GD與電子開頭S！的控制 端相連，形成電路的閉環控制。
所述保護電路為反饋電阻R3，用于限流降壓，保證可編程邏輯器件 PLD的正常工作。所述儲能電路包括串聯扼流電感L！和并聯儲能電容d， 儲能電路提供瞬時脈沖電壓、瞬時脈沖電流。
7由微波功率放大器PA供電端的脈沖反饋信號作為控制量輸入到可編 程邏輯器件對脈沖信號相位進行自動調整的"閉環模式"電路裝置中將微 波功率放大器PA供電端的電壓信號通過反饋電阻R3輸入到可編程邏輯器 件PLD，反饋電阻R3用于限流降壓，保證可編程邏輯器件PLD的正常工 作；可編程邏輯器件PLD中包括相位檢測單元(PD )、延時控制單元(DCU) 兩部分。
相位檢測單元對輸入的脈沖控制信號和反饋脈沖電壓信號信號進行 相位比較，將兩者的差值作為控制量輸送到延時控制單元，該控制量在延 時控制單元中控制脈沖控制信號的延時，既在脈沖控制信號與反饋脈沖電 壓信號中插入延時，直到兩個信號的上升沿相同，使得兩者同相，從而實 現脈沖電源的"閉環模式，，工作。而且，還有可能通過一個可編程邏輯器 件來控制多路脈沖電源。例如，可以在一個共同的可編程邏輯器件中構造 多個相位檢測單元和延時控制單元，分別與反饋脈沖電壓信號及電子開關 相連，只要所述可編程邏輯器件具有為此目的所需的輸入端和輸出端的數 量。當多路脈沖電源的脈沖控制信號為同一信號時，多路脈沖電源之間也 將實現零相位同步工作，適用于采用功率合成技術的大功率微波組件。
圖4是在圖3所示電路中不同節點上電壓波形示意圖，與圖2不同的 是可編程邏輯器件PLD所產生的延時由Tl變為,該延時通過反饋脈沖信
號進行自動調整，以確保電路傳播延時總合與脈沖控制電
壓的周期或者周期的若干倍相等，實現了脈沖電源與脈沖控制信號的同相 工作。由于V在電路工作時自動調整，因而不受器件延時、傳輸線延時、 外界環境等因素的影響。
權利要求
1、一種用于控制脈沖電源同相工作的電路裝置，包括可編程邏輯器件PLD、電子開關S1和微波功率放大器PA，可編程邏輯器件PLD經過驅動放大器GD與電子開頭S1的控制端相連，電子開關S1的輸出端通過供電線接到微波功率放大器PA的供電端，其特征在于可編程邏輯器件PLD與微波功率放大器PA的供電端之間設有保護電路，所述的可編程邏輯器件PLD中包括相位檢測單元和延時控制單元，延時控制單元的輸出端經過驅動放大器GD與電子開頭S1的控制端相連。
2、 如權利要求1所述的電路裝置，其特征在于所述的所述保護電路為反々貴電阻R3。
3、 如權利要求1所述的電路裝置，其特征在于外部直流穩壓電源 Vcc通過儲能電路與電子開關Si的輸入端相連；電子開關Si的輸出端通 過供電線接到微波功率放大器PA的供電端；外部脈沖控制信號通過輸入 端L與可編程邏輯器件PLD相連。
4、 如權利要求3所述的電路裝置，其特征在于所述儲能電路包括 串聯扼流電感和并聯儲能電容d。
5、 一種用于控制脈沖電源同相工作的方法，包括以下的步驟a) 檢測微波功率放大器PA的反饋脈沖電壓信號；b) 根據外部脈沖控制信號與反饋脈沖電壓信號兩者之間的相位差生成 延時控制量；c) 用延時控制量控制脈沖控制信號的延時；d) 將延時后的脈沖控制信號輸出到電子開關。
全文摘要
本發明公開了一種用于控制脈沖電源同相工作的電路裝置，包括可編程邏輯器件PLD、電子開關S₁和微波功率放大器PA，可編程邏輯器件PLD經過驅動放大器GD與電子開頭S₁的控制端相連，電子開關S₁的輸出端通過供電線接到微波功率放大器PA的供電端，可編程邏輯器件PLD與微波功率放大器PA的供電端之間設有保護電路，所述的可編程邏輯器件PLD中包括相位檢測單元和延時控制單元，延時控制單元的輸出端經過驅動放大器GD與電子開頭S₁的控制端相連。本發明可消除電子器件、供電線等對脈沖信號、脈沖電壓傳播延時的影響，減小了微波包絡信號與脈沖電壓之間的相位誤差，提高了脈沖電源的工作效率。
文檔編號H03K5/00GK101557226SQ20081000759
公開日2009年10月14日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者超 王, 郁發新, 黃正亮 申請人:浙江中微科電子集成技術工程有限公司