專利名稱：基于正弦脈寬調(diào)制的igbt功率輸出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及核磁共振測(cè)井儀高壓電源系統(tǒng)的專用配套裝置，特別涉及基于正 弦脈寬調(diào)制的IGBTansulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型功率管)功率輸 出裝置。
背景技術(shù)：
核磁共振測(cè)井儀通過利用一個(gè)天線系統(tǒng)，向地層發(fā)射特定能量、特定頻率和特定 時(shí)間間隔的電磁波脈沖，產(chǎn)生自旋回波信號(hào)，并接收和采集這種信號(hào)，得到巖層的核磁共振 fn息ο在核磁共振測(cè)井儀的大功率射頻系統(tǒng)中，脈沖功率放大器的供電來自外接的高壓 直流電源。目前高壓直流電源所采用將交流市電或三相電由工頻高壓變壓器升壓變成交流 高壓電，然后整流濾波得到直流高壓電。在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題由于現(xiàn)有 電源變壓頻率低，高壓直流電源的體積和重量都比較大，轉(zhuǎn)換成高壓電的效率和穩(wěn)定度差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(shí)施例的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種體積小、重量輕、 效率高、功率大、高穩(wěn)定度和高可靠性的基于正弦脈寬調(diào)制的IGBT功率輸出裝置，為了實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是一種基于正弦脈寬調(diào)制的 IGBT功率輸出裝置，其特征在于包括正弦波發(fā)生模塊、脈寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)及放大模 塊、包絡(luò)解調(diào)濾波模塊和電源供電模塊；所述正弦波發(fā)生模塊輸出端電連接所述脈寬調(diào)制模塊的輸入端，所述脈寬調(diào)制模 塊的輸出端電連接所述功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊的輸入端，所述功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊的輸出端 電連接所述包絡(luò)解調(diào)濾波模塊的輸入端，所述電源供電模塊分別連接正弦波發(fā)生模塊、脈 寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊和包絡(luò)解調(diào)及濾波模塊。所述正弦波發(fā)生模塊包括功率驅(qū)動(dòng)芯片IS0122P。所述脈寬調(diào)制模塊由三角波發(fā)生器和比較器組成；所述脈寬調(diào)制模塊包括芯片 UC3637N。所述功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊包括電流驅(qū)動(dòng)芯片M57959L。所述包絡(luò)解調(diào)濾波模塊由陷波電路和低通濾波電路組成。所述電源供電模塊為反激式電源，所述反激式電源包括芯片UC3845AN。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是1、在一個(gè)可控功率級(jí)內(nèi)調(diào)頻、調(diào)壓，簡(jiǎn)化了主電路和控制電路的結(jié)構(gòu)，使裝置的體 積小、重量輕、造價(jià)低、效率高、功率大、高穩(wěn)定度和高可靠性。2、直流供電電壓可由二極管整流獲得，然后由直接反激式電源模塊提供。3、輸出電壓波形接近正弦，從而減少諧波分量。[0017]4、調(diào)節(jié)速度快，并且可使調(diào)節(jié)過程中頻率和電壓相配合，以獲得好的動(dòng)態(tài)性能。5、在線路和器件的分布電容和電感上引起沖擊電流和尖峰電壓小，開關(guān)瞬間電壓 或電流的急劇變化形成電磁干擾小。6、達(dá)到了核磁共振測(cè)井儀射頻系統(tǒng)的大功率要求，提高了核磁共振測(cè)井儀射頻系 統(tǒng)的整體性能。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的整個(gè)電路系統(tǒng)框圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的正弦波發(fā)生模塊電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的脈寬調(diào)制模塊電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊電路原理圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的包絡(luò)解調(diào)濾波模塊電路原理圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的電源供電模塊電路原理圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新 型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。參見圖1，一種基于正弦脈寬調(diào)制的IGBT功率輸出裝置，包括正弦波發(fā)生模塊 101、脈寬調(diào)制模塊102、功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊103、包絡(luò)解調(diào)濾波模塊104和電源供電模塊 105 ；正弦波發(fā)生模塊101輸出端電連接脈寬調(diào)制模塊102的輸入端，脈寬調(diào)制模塊102的 輸出端電連接功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊103的輸入端，功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊103的輸出端電連 接包絡(luò)解調(diào)濾波模塊104的輸入端，電源供電模塊105分別連接正弦波發(fā)生模塊101、脈寬 調(diào)制模塊102、功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊103和包絡(luò)解調(diào)及濾波模塊104。正弦波發(fā)生模塊101 用于將電路所產(chǎn)生的正弦波驅(qū)動(dòng)放大，再送入脈寬調(diào)制模 塊；參見圖2，其中IS0122P是正弦波功率驅(qū)動(dòng)芯片，電路所產(chǎn)生的正弦波經(jīng)過功率驅(qū) 動(dòng)芯片IS0122P驅(qū)動(dòng)放大，被驅(qū)動(dòng)放大的正弦波信號(hào)送入下一級(jí)的脈寬調(diào)制模塊。計(jì)算機(jī) 將信號(hào)通過R78輸入，連接到U8的7腳輸出到下一脈寬調(diào)制模塊。脈寬調(diào)制模塊102 由三角波發(fā)生器和比較器組成，用于將正弦波發(fā)生模塊輸入 的正弦波與三角波進(jìn)行比較，輸出脈寬變化的調(diào)制信號(hào)給所述功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊。參見圖3，脈寬調(diào)制模塊由芯片UC3637N及其外圍電路組成，該電路具有2個(gè)功能 模塊，三角波發(fā)生器和比較器，UC3637N可以由內(nèi)部產(chǎn)生頻率可控的三角波，此三角波用作 比較電路的載波，它與正弦波發(fā)生模塊輸出的正弦波進(jìn)行比較，獲得脈沖寬度不同，頻率與 三角波一樣的矩形脈沖，該脈沖包含正弦波的頻率信息，通過功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊和包絡(luò) 解調(diào)濾波模塊可以將正弦波的功率放大并恢復(fù)出來。脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生的三角波與正弦波 發(fā)生模塊輸入的正弦波進(jìn)行比較，脈寬調(diào)制模塊輸出脈寬變化的調(diào)制信號(hào)給功率驅(qū)動(dòng)及放 大模塊。正弦波發(fā)生模塊的輸出(U8的7腳)連接到脈寬調(diào)制模塊的輸入(Ul的17腳)， 信號(hào)經(jīng)調(diào)制后分兩路輸出，分別由Ul的7、4腳輸出到下一級(jí)功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊。功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊103 用于對(duì)輸入的脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行電流放大，用來驅(qū)動(dòng)后級(jí)的IGBT，IGBT將信號(hào)功率進(jìn)行放大，輸出給包絡(luò)解調(diào)濾波模塊；參見圖4，M57959L是電流驅(qū)動(dòng)芯片，與外圍電路組合，對(duì)輸入的脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn) 行電流放大，用來驅(qū)動(dòng)后級(jí)的IGBT，IGBT將信號(hào)功率進(jìn)行放大，輸出給包絡(luò)解調(diào)濾波模塊。 脈寬調(diào)制模塊的兩路輸出(Ul的7、4腳)分別接入功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊的兩路輸入(U2的 14腳、U4的14腳)，經(jīng)功率放大后由U3的E1C2腳輸出。包絡(luò)解調(diào)濾波模塊104 用于將輸入的被放大的脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)由濾波解調(diào)，獲 得應(yīng)用所需的頻率可調(diào)的正弦交流電。參見圖5，包絡(luò)解調(diào)濾波模塊由一組陷波電路和低通濾波電路組成，陷波電路可以 加速低通濾波電路的衰減速度，并能增加靠近截止頻率附件的噪聲干擾的衰減程度，獲得 更加純凈的正弦波信號(hào)。輸入的被放大的脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)由該電路濾波解調(diào)，獲得應(yīng)用所 需的頻率可調(diào)的正弦交流電。功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊的輸出(U3的E1C2腳)連接到包絡(luò)解 調(diào)濾波模塊的輸入(Li的左端)，經(jīng)解調(diào)濾波后由J5輸出，得到所需信號(hào)。電源供電模塊105 用于給正弦波發(fā)生模塊、脈寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊 和包絡(luò)解調(diào)及濾波模塊供電。參見圖6，由UC3845AN及外圍電路組成反激式電源給整個(gè)電路供電。UC3845AN能 持續(xù)產(chǎn)生矩形波脈沖，該脈沖經(jīng)過整流濾波，輸出穩(wěn)定的直流電。矩形波的脈寬根據(jù)反饋電 路隨時(shí)調(diào)整，該電路可以根據(jù)負(fù)載的大小實(shí)時(shí)的調(diào)整輸出電壓的大小，使得整個(gè)電路的供 電電壓保持穩(wěn)定。該電源將產(chǎn)生的+15以及-15電源供整個(gè)電路的電源端使用。本實(shí)用新型是采用基于正弦脈寬調(diào)制理論，結(jié)合IGBT高頻開關(guān)變換技術(shù)而研制 的直流高壓電源功率輸出裝置，本實(shí)用新型系統(tǒng)工作過程為開啟交流電源之后，反激式電 源模塊隨即啟動(dòng)，給整個(gè)電路供電，首先由射頻系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定頻率，發(fā)射可調(diào)幅值的低頻正 弦基波，采用正弦脈寬調(diào)制方式，通過自然采樣法使低頻正弦基波和高頻等幅三角波進(jìn)行 調(diào)制，產(chǎn)生與正弦波等效的而脈沖寬度不等的矩形波，即正弦化交流量的樣本波形，經(jīng)過整 形處理，通過功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊和包絡(luò)解調(diào)濾波模塊將信號(hào)放大并濾波后，得到諧波量 很少的正弦波。在系統(tǒng)工作中通過改變低頻正弦基波的幅值，調(diào)節(jié)矩形波的脈寬比，即可改 變最后輸出正弦波的幅值。本實(shí)用新型實(shí)際低頻正弦基波調(diào)節(jié)范圍-0. 5V到+0. 5V ；實(shí)際 輸出波形為50Hz工頻正弦波，Vpp :320V ；實(shí)際輸出功率為32kW。本實(shí)用新型保證高壓直流電源輸出在恒定功率，從而達(dá)到核磁共振測(cè)井儀射頻系 統(tǒng)的大功率要求，提高核磁共振測(cè)井儀射頻系統(tǒng)的整體性能。其特點(diǎn)是體積小、重量輕、效 率高、功率大、紋波小、儲(chǔ)能低和高穩(wěn)定度、高可靠性。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于正弦脈寬調(diào)制的IGBT功率輸出裝置，其特征在于包括正弦波發(fā)生模塊、 脈寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊、包絡(luò)解調(diào)濾波模塊和電源供電模塊；所述正弦波發(fā)生模塊輸出端電連接所述脈寬調(diào)制模塊的輸入端，所述脈寬調(diào)制模塊的 輸出端電連接所述功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊的輸入端，所述功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊的輸出端電連 接所述包絡(luò)解調(diào)濾波模塊的輸入端，所述電源供電模塊分別連接正弦波發(fā)生模塊、脈寬調(diào) 制模塊、功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊和包絡(luò)解調(diào)及濾波模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正弦脈寬調(diào)制的IGBT功率輸出裝置，其特征在于所述 正弦波發(fā)生模塊包括功率驅(qū)動(dòng)芯片IS0122P。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正弦脈寬調(diào)制的IGBT功率輸出裝置，其特征在于所述 脈寬調(diào)制模塊由三角波發(fā)生器和比較器組成；所述脈寬調(diào)制模塊包括芯片UC3637N。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正弦脈寬調(diào)制的IGBT功率輸出裝置，其特征在于所述 功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊包括電流驅(qū)動(dòng)芯片M57959L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正弦脈寬調(diào)制的IGBT功率輸出裝置，其特征在于所述 包絡(luò)解調(diào)濾波模塊由陷波電路和低通濾波電路組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正弦脈寬調(diào)制的IGBT功率輸出裝置，其特征在于所述 電源供電模塊為反激式電源，所述反激式電源包括芯片UC3845AN。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于正弦脈寬調(diào)制的IGBT功率輸出裝置，包括正弦波發(fā)生模塊、脈寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊、包絡(luò)解調(diào)濾波模塊和電源供電模塊；所述正弦波發(fā)生模塊輸出端電連接所述脈寬調(diào)制模塊的輸入端，所述脈寬調(diào)制模塊的輸出端電連接所述功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊的輸入端，所述功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊的輸出端電連接所述包絡(luò)解調(diào)濾波模塊的輸入端，所述電源供電模塊分別連接正弦波發(fā)生模塊、脈寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)及放大模塊和包絡(luò)解調(diào)及濾波模塊。本實(shí)用新型保證高壓直流電源輸出在恒定功率，提高核磁共振測(cè)井儀射頻系統(tǒng)的整體性能。具有體積小、重量輕、效率高、功率大、儲(chǔ)能低、高穩(wěn)定度和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/217GK201869110SQ20102060124
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者劉衛(wèi), 孫佃慶, 孫威, 陳樂樂 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司