申请/专利权人：上海金智晟东电力科技有限公司

申请日：2018-10-26

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN109343645B

主分类号：G05F1/625(20060101)

分类号：G05F1/625(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.15#授权;2019.03.12#实质审查的生效;2019.02.15#公开

摘要：本发明公开了一种程控功率信号源输出电压倍增电路，包括差分放大电路、运放电源、第二功率放大器、第三功率放大器、反相器和动力电源，差分放大电路输入接Va和功放系统参考地GND，输出接第二功率放大器和反相器，第二功率放大器输出Ua，反相器输出接第三功率放大器，第三功率放大器输出﹣Ua，动力电源分别接第二功率放大器和第三功率放大器，运放电源分别接差分放大电路和反相器，﹣Ua连接到GND。本发明将现有程控功率信号源电压输出幅值提升一倍，响应速度快，波形回放效果好。

主权项：1.一种程控功率信号源输出电压倍增电路，其特征在于，包括差分放大电路、运放电源、第二功率放大器、第三功率放大器、反相器和动力电源，所述差分放大电路输入接Va和功放系统参考地GND，输出接所述第二功率放大器和所述反相器，所述第二功率放大器输出Ua，所述反相器输出接第三功率放大器，所述第三功率放大器输出﹣Ua，所述动力电源分别接所述第二功率放大器和所述第三功率放大器，所述运放电源分别接所述差分放大电路和所述反相器，所述﹣Ua连接到GND；所述差分放大电路包括第3运算放大器和若干电阻，其中：所述第3运算放大器的同相输入端分别接第3’电阻、第4’电阻和第5’电阻的一端，所述第3’电阻、第4’电阻和第5’电阻的另一端接GND，GND接浮动参考地VG；所述第3运算放大器的反相输入端分别接第3电阻、第4电阻和第5电阻的一端，所述第3电阻、第4电阻和第5电阻的另一端分别接Va、VG和所述第3运算放大器的输出端，所述第3运算放大器的输出端分别接所述第二功率放大器和所述反相器；所述第3电阻、第3’电阻、第5电阻和第5’电阻阻值相等，所述第4电阻和第4’电阻的阻值相等。

全文数据：一种程控功率信号源输出电压倍增电路技术领域本发明涉及配电自动化终端测试领域，尤其涉及一种程控功率信号源输出电压倍增电路。背景技术在配电自动化终端生产调试及现场测试环节，需要程控功率信号源产生可控的电压和电流信号，输入到配电自动化终端，判断其功能和性能是否正常。现有的程控功率信号源输出电压只能达到交流120V，对于一些工作于交流220V系统的配电自动化终端，特别是工作于交流220V系统的供采一体的配电自动化终端，则无法满足测试需求。分析现有程控功率信号电压输出结构，如图1所示，输入小信号Va经过电压功率放大器放大输出Ua。输入与输出共GND，VP对GND电压和GND对VN电压是直流200V左右，电压功率放大器输出级的PMOS和NMOS耐压500V。要使输出电压翻倍，达到交流240V，即满足220V系统的配电自动化终端测试需求，则需要做如下变动，为：1、电压功率放大器输出器输出级改用1000V耐压的PMOS和NMOS，VP对GND电压和GND对VN电压提高到直流400V；2、把电压功率放大器的放大倍数提高一倍。上述第一条变动中，1000V耐压的PMOS目前查遍各个厂商，都找不到，此方案暂时行不通。发明内容为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种程控功率信号源输出电压倍增电路。本发明所采用的技术方案是：一种程控功率信号源输出电压倍增电路，包括差分放大电路、运放电源、第二功率放大器、第三功率放大器、反相器和动力电源，所述差分放大电路输入接Va和功放系统参考地GND，输出接所述第二功率放大器和所述反相器，所述第二功率放大器输出Ua，所述反相器输出接第三功率放大器，所述第三功率放大器输出-Ua，所述动力电源分别接所述第二功率放大器和所述第三功率放大器，所述运放电源分别接所述差分放大电路和所述反相器，所述-Ua连接到GND。所述差分放大电路包括第3运算放大器和若干电阻，其中：所述第3运算放大器的同相输入端分别接第3’电阻、第4’电阻和第5’电阻的一端，所述第3’电阻、第4’电阻和第5’电阻的另一端接GND，GND接浮动参考地VG；所述第3运算放大器的反相输入端分别接第3电阻、第4电阻和第5电阻的一端，所述第3电阻、第4电阻和第5电阻的另一端分别接Va、VG和所述第3运算放大器的输出端，所述第3运算放大器的输出端分别接所述第二功率放大器和所述反相器。所述第3电阻、第3’电阻、第5电阻和第5’电阻阻值相等，所述第4电阻和第4’电阻的阻值相等。所述反相器包括第1运算放大器和若干电阻，其中：第1运算放大器的同相输入端分别连接第1’电阻和第2’电阻的一端，所述第1’电阻和第2’电阻另一端接VG；所述第1运算放大器的反相输入端分别连接第1电阻和第2电阻的一端，所述第1电阻的另一端接所述差分放大电路的输出端，所述第2电阻的另一端接所述差分放大电路的输出端，所述差分放大电路的输出端接所述第3功率放大器。所述第1电阻、第1’电阻、第2电阻和第2’电阻的阻值相等。与现有技术相比，本发明的有益效果是：将现有程控功能信号源输出幅值提升一倍，输出功率也提升一倍，能够满足交流220V系统的配电自动化终端测试需求，响应速度快，波形回放效果好。附图说明图1为现有程控功率信号源电压输出结构电路图；图2为本发明一实施例的输出电压倍增电路结构图；图3为本发明一实施例的差分放大电路的结构图；图4为本发明一实施例的反相器的电路图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。如图2所示，一种程控功率信号源输出电压倍增电路，包括差分放大电路1、运放电源5、第二功率放大器2、第三功率放大器3、反相器4和动力电源6，差分放大电路1输入接Va和功放系统参考地GND，输出接第二功率放大器2和反相器4，第二功率放大器2输出Ua，反相器4输出接第三功率放大器3，第三功率放大器3输出-Ua，动力电源6分别接第二功率放大器2和第三功率放大器3，运放电源6分别接差分放大电路1和反相器4，-Ua连接到GND。由于-Ua连接到GND，则输出电压等于2Ua，即实现了输出电压倍增。如图3所示，差分放大电路1包括第3运算放大器U3B和若干电阻，其中：第3运算放大器U3B的同相输入端分别接第3’电阻R3’、第4’电阻R4’和第5’电阻R5’的一端，第3’电阻R3’、第4’电阻R4’和第5’电阻R5’的另一端接GND，GND接浮动参考地VG；第3运算放大器U3B的反相输入端分别接第3电阻R3、第4电阻R4和第5电阻R5的一端，第3电阻R3、第4电阻R4和第5电阻R5的另一端分别接Va、VG和第3运算放大器U3B的输出端，第3运算放大器U3B的输出端分别接第二功率放大器2和反相器4。由于其参考地接VG，-Ua连接到GND，则可以看出差分放大电路1输入共模电压Vcm幅值等于Ua，Vcm会根据电路的CMRR共模抑制比影响Va’的精度。因此，为了达到目标精度，实施该发明时，要重点考虑差分放大电路1的CMRR。Va’的相对误差δ可表示为：δ＝Ua*CMRRVa----------------------①由Ua＝Va’*G代入①式，得δ＝Va’*G*CMRRVa--------------------②Va’≈Va，代入②式，得CMRR＝δG-----------------------------③例如，要求δ＜±0.4％，功放的放大倍数G等于40倍，根据式③计算出差分放大电路1的CMRR应大于10000倍即80dB。要提高差分放大电路1的CMRR，主要是要提高电路中电阻精度，必要时可以串入小阻值的可调电阻进行微调。同时还要根据实际Vcm大小，选择合适的电阻值，使第3运算放大器U3B正常工作。在图3中，四颗电阻第3电阻R3、第3’电阻R3’、第5电阻R5和第5’电阻R5’相等，第4电阻R4和第4’电阻R4’相等，参考地是VG。运算放大器U3B的输入电压：Vi＝Vcm*R4R5R3+R4R5-------------④例如，Vcm幅值等于210V，第3电阻R3＝第5电阻R5＝380kΩ，第4电阻R4＝20kΩ，则可以根据式④计算出Vi＝10V，小于通用15V供电的运算放大器最大输入电压值，放大器可以正常工作。如图4所示，反相器包括第1运算放大器和若干电阻，其中：第1运算放大器U1B的同相输入端分别连接第1’电阻R1’和第2’电阻R2’的一端，第1’电阻R1’和第2’电阻R2’另一端接VG；第1运算放大器U1B的反相输入端分别连接第1电阻R1和第2电阻R2的一端，第1电阻R1的另一端接差分放大电路1的输出端，第2电阻R2的另一端接差分放大电路1的输出端，差分放大电路1的输出端接第3功率放大器3。四颗电阻第1电阻R1、第2电阻R2、第1’电阻R1’和第2’电阻R2’相等，参考地是VG。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

权利要求：1.一种程控功率信号源输出电压倍增电路，其特征在于，包括差分放大电路、运放电源、第二功率放大器、第三功率放大器、反相器和动力电源，所述差分放大电路输入接Va和功放系统参考地GND，输出接所述第二功率放大器和所述反相器，所述第二功率放大器输出Ua，所述反相器输出接第三功率放大器，所述第三功率放大器输出﹣Ua，所述动力电源分别接所述第二功率放大器和所述第三功率放大器，所述运放电源分别接所述差分放大电路和所述反相器，所述﹣Ua连接到GND。2.根据权利要求1所述的一种程控功率信号源输出电压倍增电路，其特征在于，所述差分放大电路包括第3运算放大器和若干电阻，其中：所述第3运算放大器的同相输入端分别接第3’电阻、第4’电阻和第5’电阻的一端，所述第3’电阻、第4’电阻和第5’电阻的另一端接GND，GND接浮动参考地VG；所述第3运算放大器的反相输入端分别接第3电阻、第4电阻和第5电阻的一端，所述第3电阻、第4电阻和第5电阻的另一端分别接Va、VG和所述第3运算放大器的输出端，所述第3运算放大器的输出端分别接所述第二功率放大器和所述反相器。3.根据权利要求2所述的一种程控功率信号源输出电压倍增电路，其特征在于，所述第3电阻、第3’电阻、第5电阻和第5’电阻阻值相等，所述第4电阻和第4’电阻的阻值相等。4.根据权利要求1所述的一种程控功率信号源输出电压倍增电路，其特征在于，所述反相器包括第1运算放大器和若干电阻，其中：第1运算放大器的同相输入端分别连接第1’电阻和第2’电阻的一端，所述第1’电阻和第2’电阻另一端接VG；所述第1运算放大器的反相输入端分别连接第1电阻和第2电阻的一端，所述第1电阻的另一端接所述差分放大电路的输出端，所述第2电阻的另一端接所述差分放大电路的输出端，所述差分放大电路的输出端接所述第3功率放大器。5.根据权利要求4所述的一种程控功率信号源输出电压倍增电路，其特征在于，所述第1电阻、第1’电阻、第2电阻和第2’电阻的阻值相等。

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