專利名稱：電動振動臺功率輸出電路的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于力學環境試驗設備中的電動振動臺技術領域，具體涉及電 動振動臺中用于驅動動圏的功率輸出電路。這種電路在效率和性能方面有很大 提高，可以高效、可靠的推動電動振動臺。
背景技術：
電動振動臺是一種振動力學環境模擬試驗設備，在國防、航天、航空、通 訊、電子、汽車、家電等行業中得到廣泛使用，其中，功率放大器是電動振動 臺的核心，其設計的優劣直接影響電動振動臺的性能和功能。
功率放大器的作用是將信號源提供的信號不失真的放大到足夠的電壓和電 流輸入到動圈，與勵磁線圈提供的恒定磁場相互作用產生振動。如今的電動振 動臺，尤其是大推力電動振動臺已摒棄了低效率的線性功率放大器，而采用高 效率的開關式功率放大器進行工作。
開關功率放大器一般由驅動電路、開關功率放大電路、保護電路、電源濾 波電路、濾波還原電路、噪音抑制電路、信號輸入/出接口、功率輸入/出接口 以及散熱冷卻裝置組合而成。其中，開關功率放大電路和濾波還原電路組成功
率輸出電路直接驅動動圈。開關功率放大電路由晶體管或IGBT作為功率輸出 元件輸出大功率的數字輸出信號。濾波還原電路的作用是將大功率的數字輸出 信號還原成模擬信號，并通過功率輸入/出接口輸出到動圈。
由于振動試驗中，開關功率放大器需要提供足夠大的電壓和電流(可達 4000A以上)輸出，且要失真小、效率和信噪比高、可靠性好。晶體管和普通 IGBT作為輸出器件的功率放大器調制頻率不能做得很高，通常小于30kHz， 使得功率放大器效率低、體積大、可靠性差且系統噪聲大。
因此如何提高功率輸出電路調制頻率，以改進現有開關功率放大器工作效 果，便成為本實用新型著重研究的問題。 發明內容
本實用新型提供一種電動振動臺功率輸出電路，其目的是要解決現有功率 輸出電路由于調制頻率不能做得很高所帶來的功率放大器效率低、體積大、可 靠性差且系統噪聲大等問題。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是 一種電動振動臺功率輸 出電路，由開關功率放大電路和濾波還原電路組成，其創新在于開關功率放
大電路由四組TMOS場效應管連接成橋式輸出電路，每組TMOS場效應管由 至少兩個TMOS場效應管并聯構成橋式輸出電路的一個橋臂，其中，第一橋 臂至第四橋臂所對應TMOS場效應管的柵極端分別作為輸入端接對應的脈沖 寬度調制信號，第一橋臂和第三橋臂所對應TMOS場效應管的漏極端分別接 電源正極，第二橋臂和第四橋臂所對應TMOS場效應管的源極端分別接電源 負極，第一橋臂所對應TMOS場效應管的源極端與第二橋臂所對應TMOS場 效應管的漏極端連接后作為第一連接點，第三橋臂所對應TMOS場效應管的 源極端與第四橋臂所對應TMOS場效應管的漏極端連接后作為第二連接點； 所述濾波還原電路由一個電容和兩個鐵基非晶合金磁芯的濾波電感組成，所述 第一連接點接一個濾波電感后作為第一輸出端，第二連接點接另一個濾波電感 后作為第二輸出端，電容跨接在第 一 輸出端與第二輸出端之間。 上述技術方案中的有關內容解釋如下
1、 上述方案中，橋式輸出電路采用PWM (脈沖寬度調制)方式對輸入信 號進行調制，由TMOS場效應管作為功率輸出元件組成橋式電^各輸出。功率 器件始終工作在開和關兩種狀態，開關頻率達100kHz以上，功率TMOS場效 應管(TMOSFET)具有高開關速度使得器件在高頻下有效的工作，提高了開 關功率放大電路的工作頻率。
2、 本實用新型功率輸出電路是電動振動臺功率放大器中的功率輸出單元。 見圖l所示，功率放大器還包含有臺體勵磁電路，冷卻風機電源，水平臺油泵 電源，并進行一些電氣控制，還具有多種保護和聯動信號互鎖等。
本實用新型工作原理是橋式輸出電路采用脈沖寬度調制(PWM)方式對 輸入波形進行調制，TMOS場效應管作為功率輸出元件始終工作在開和關兩種 狀態，將輸入信號經數字放大后，獲得足夠的電流和電壓，然后通過濾波電路 還原成原信號來推動動圏工作。
由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點
1、 本實用新型是應用于電動振動臺開關功率放大器中的功率輸出電路，該 電^各利用TMOS場效應管作為功率輸出元件，采用橋式輸出電-各構成開關功 率放大電路并聯輸出，并利用兩個鐵基非晶合金磁芯的濾波電感和一個電容組 成濾波還原電路。因此其匹配的振動試驗系統具有效率高(達96%以上)、噪 聲小、波形失真小、系統動態范圍寬和可靠性高的特點，推動了我國振動行業 的發展。
2、 本實用新型選用TMOS場效應管作為功率器件，開關頻率達100kHz
以上，使得系統的可靠性大幅提高。TMOS場效應管是電壓驅動器件，簡化了 驅動電路，使產品更加可靠。另外，增加輸出功率可以釆用并聯模塊方法，隨 輸出功率的增加，并聯增加輸出功率模塊即可，因此可以制作成方便組合的模
大電路。
3、本實用新型濾波元件采用由鐵基非晶合金材料制作的電感器構造濾波線 路。鐵基非晶材料具有高飽和磁感應強度、高導磁率、低損耗、低激磁電流和 良好的溫度穩定性，因此使得濾波還原電路還原波形好，損耗低，體積小，具 有鐵氧體材料制作的濾波器所不具備的優點。
附圖1為本實用新型電動振動臺功率放大器原理框附圖2為本實用新型功率輸出電路等效原理附圖3為本實用新型橋式輸出電路中的第一橋臂和第二橋臂電路圖。
以上附圖中1、第一連接點；2、第二連接點；3、第一輸出端；4、第二 輸出端；5、第一橋臂；6、第二橋臂；7、第三橋臂；8、第四橋臂；TR1 TR10 分別表示TMOS場效應管；D1 D20分別表示二極管；R1 R10分別表示電阻； ZD1 ZD10分別表示穩壓二極管；FU1 FU10分別表示熔斷器；L表示濾波電 感；C表示電容；E表示電源正極；-E表示電源負極。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述
實施例 一種電動振動臺功率輸出電路
圖1為電動振動臺功率放大器原理框圖，圖右上方的虛線框表示的是電動 振動臺功率輸出電路。該功率輸出電路由開關功率放大電路和濾波還原電路組 成。
圖2為功率輸出電路等效原理圖，圖中負載表示動圈，左側和右側的圖形 表示對應各橋臂的驅動時序波形。從圖中可以看出，第一橋臂5與第四橋臂8 的時序波形相同，第二橋臂6與第三橋臂7的時序波形相同。而第一橋臂5 與第二橋臂6的時序波形相反。因此，當第一橋臂5和第四橋臂8同時導通時， 第二橋臂6和第三橋臂7同時關斷，電流沿圖中虛線之一指示方向流動，即E —第一橋臂5 —L—負載(動圈)—L —第四橋臂8 —-E。相反，當第二橋臂6 和第三橋臂7同時導通時，第一橋臂5和第四橋臂8同時關斷，電流沿圖中虛 線之二指示方向流動，即E—第三橋臂7 — L—負載(動圈)—L—第二橋臂6
—-E。
圖3為橋式輸出電路中的第一橋臂和第二橋臂電路圖，而第三橋臂和第四 橋臂以第一橋臂和第二橋臂電路為對稱(未給出圖)。
從圖1 圖3中可以看出，開關功率放大電路由四組TMOS場效應管連接成 橋式輸出電路(見圖2),每組TMOS場效應管由至少五個TMOS場效應管并 聯構成橋式輸出電路的一個橋臂，其中，第一橋臂5至第四橋臂8所對應TMOS 場效應管的柵極端G分別作為輸入端接對應的脈沖寬度調制信號，第一橋臂5 和第三橋臂7所對應TMOS場效應管的漏極端D分別接電源正極E,第二橋 臂6和第四橋臂8所對應TMOS場效應管的源極端S分別接電源負極-E,第 一橋臂5所對應TMOS場效應管的源極端S與第二橋臂6所對應TMOS場效 應管的漏極端D連接后作為第一連接點1 (見圖2和圖3),第三橋臂7所對 應TMOS場效應管的源極端S與第四橋臂8所對應TMOS場效應管的漏極端 D連接后作為第二連接點2 (見圖2)。所述濾波還原電路由一個電容C和兩 個鐵基非晶合金磁芯的濾波電感L組成，所述第一連接點1接一個濾波電感L 后作為第一輸出端3 (見圖2),第二連接點2接另一個濾波電感L后作為第 二輸出端4，電容C^爭接在第一輸出端3與第二輸出端4之間。
如圖3所示，第一橋臂5中，電源正極E分別經熔斷器FU1 FU5對應連 接TMOS場效應管TR1 TR5的漏極端D， TMOS場效應管TR1 TR5的源極 端S經對應的二極管D6 D10接第一連接點1， TMOS場效應管TR1 TR5的 柵極端G經對應的電阻R1 R5接第一橋臂5的輸入端。第二橋臂6中，第一 連接點1分別經熔斷器FU6 FU10對應連接TMOS場效應管TR6 TR10的漏 極端D, TMOS場效應管TR6 TR10的源極端S經對應的二極管D16 D20接 電源負極-E， TMOS場效應管TR6 TR10的柵極端G經對應的電阻R6 R10 接第二橋臂6的輸入端。其它電子元器件的連接關系不再一一描述，具體可見 圖3所示。
上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此 項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用 新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵 蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種電動振動臺功率輸出電路，由開關功率放大電路和濾波還原電路組成，其特征在于:開關功率放大電路由四組TMOS場效應管連接成橋式輸出電路，每組TMOS場效應管由至少兩個TMOS場效應管并聯構成橋式輸出電路的一個橋臂，其中，第一橋臂(5)至第四橋臂(8)所對應TMOS場效應管的柵極端(G)分別作為輸入端接對應的脈沖寬度調制信號，第一橋臂(5)和第三橋臂(7)所對應TMOS場效應管的漏極端(D)分別接電源正極(E)，第二橋臂(6)和第四橋臂(8)所對應TMOS場效應管的源極端(S)分別接電源負極(-E)，第一橋臂(5)所對應TMOS場效應管的源極端(S)與第二橋臂(6)所對應TMOS場效應管的漏極端(D)連接后作為第一連接點(1)，第三橋臂(7)所對應TMOS場效應管的源極端(S)與第四橋臂(8)所對應TMOS場效應管的漏極端(D)連接后作為第二連接點(2)；所述濾波還原電路由一個電容(C)和兩個鐵基非晶合金磁芯的濾波電感(L)組成，所述第一連接點(1)接一個濾波電感(L)后作為第一輸出端(3)，第二連接點(2)接另一個濾波電感(L)后作為第二輸出端(4)，電容(C)跨接在第一輸出端(3)與第二輸出端(4)之間。
專利摘要一種電動振動臺功率輸出電路，屬于力學環境試驗設備中的電動振動臺技術領域，涉及功率放大器中的動圈驅動電路。這種電路利用TMOS場效應管作為功率元件，采用橋式輸出電路構成開關功率放大電路，并利用兩個鐵基非晶合金磁芯的濾波電感和一個電容組成濾波還原電路。因此其匹配的振動試驗系統具有效率高、噪聲小、波形失真小、系統動態范圍寬和可靠性高的特點，推動了我國振動行業的發展。
文檔編號H03F3/20GK201203506SQ20082003705
公開日2009年3月4日 申請日期2008年5月28日 優先權日2008年5月28日
發明者徐付新, 武元楨 申請人:蘇州試驗儀器總廠