本文關鍵詞：恒能量斬波式高頻音頻合成系統(tǒng)的研究與設計

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【摘要】：企業(yè)委托要求開發(fā)一種高性能的水下資源探測設備,指定其核心指標為：輸出標準正弦波,波形頻率為40HZ～100KHZ,并在指定區(qū)間內連續(xù)可調,同時,設備負載阻抗為4Ω～1KΩ,且在指定區(qū)間內連續(xù)可調,在頻帶范圍和負載阻抗范圍內,輸出波形失真度小于1%,設備的輸出功率恒為1KW。到目前為止,雖然有一些用PWM方式實現(xiàn)高保真音頻功率波形輸出的研究一直在進行,卻進展緩慢。原因在于,PWM技術存在著一些技術難題始終未被攻克：一、盡管所謂的PWM的數(shù)字控制方式逐漸取代了硬件設計復雜的模擬控制方式,但是它的本質還是要將數(shù)字信號轉化成模擬信號進行控制,傳統(tǒng)PWM的很多缺點沒有解決的同時,還因為算法的優(yōu)劣以及所采用的數(shù)字芯片的性能帶來了諸如波形失真、頻率低、延時之類等不可忽略的問題。二、新型大功率高速開關器件的問世,使主回路斬波頻率MHZ以上的新產品開發(fā)成為可能,然而,在目前的市場產品中,能與之相配套的超高速驅動模塊產品卻沒有跟上。三、軟開關技術的使用,使得斬波或逆變電路中的功率開關器件的開關損耗降低,電路效率提高,同時,也可以通過過流速斷的方式在過負載或是輸出短路的時對功率開關器件進行保護,但是,高頻條件下由于實際電路中的各種分布參數(shù)帶來的各種電磁干擾將使功能不能實現(xiàn),甚至損壞電路及元器件,如高幅值的尖峰脈沖電壓,將導致功率開關器件被擊毀。在往屆師兄對恒能量脈沖頻率調制方式的功率變流方法通過實驗證明其可行性和正確性的基礎上,設計了恒能量斬波式高頻音頻合成系統(tǒng),包括了控制、驅動、主回路三大模塊。其中在控制模塊電路中重點論述了主回路斬波電路控制模塊設計及調試過程以及獲得的成果結論,包括絕對值電路、精密電壓-頻率轉換電路及二分頻電路的原理設計及調試參數(shù)確定,其核心在于利用壓-頻轉換電路實現(xiàn)了輸出頻率呈正弦規(guī)律變化的脈沖群,或者說脈沖寬度呈正弦規(guī)律(具體寬度與正弦波的幅值正相關)變化的輸出波形,經過研究調試,使得其調頻頻率最高穩(wěn)定在6MHZ,并具有良好的線性度,成功用于主回路的控制,實現(xiàn)脈沖頻率調制(PFM)。采用所設計制作完成的驅動模塊,在負載電容為6000pF時,最高脈沖頻率達10MHZ,傳輸延遲時間8-9ns、脈沖上升下降沿時間7-9ns,輸出波形的最高電壓為24V,能很好滿足100A以下的各類功率場效應管的高速驅動要求。主回路的調試主要是針對電磁兼容問題的探索以期完成系統(tǒng)預期的目標。而對于系統(tǒng)電磁兼容問題解決途徑,主要采取主動減少和被動補償?shù)姆绞?包括了系統(tǒng)PCB設計原理到系統(tǒng)專用變壓器制作再到系統(tǒng)實物裝配整合及主回路的調試的整個過程。斬波頻率最高可穩(wěn)定到3MHZ。從課題的初衷來看,目前,除功率這一項指標外,其他要求都已經被達標甚至超標完成,現(xiàn)階段實驗成果可以作為功放投入生產,其產品性能優(yōu)于市面已有功放產品(無論何種模式——數(shù)字或模擬),試驗的結果驗證了電子電路中功率傳輸模式的實用價值,并證明——在超高頻率斬波控制過程中,模擬控制方式仍具有的現(xiàn)實意義,而且驅動模塊的成功研制不僅僅促成了本項目的研發(fā),其優(yōu)越的性能足以使其單獨投產并移植使用到其他電路系統(tǒng)。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN912.3

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本文編號：1174423