一种适用于电声换能器的新型功率放大器制造技术

一种适用于电声换能器的新型功率放大器，包括功率回路和控制系统，功率回路包括整流电路、稳压电路和有功输出逆变电路，整流电路与稳压电路相连，功率回路还包括无功补偿逆变电路，稳压电路分别与有功输出逆变电路和无功补偿逆变电路连接；有功输出逆变电路包括第一逆变电路、第一滤波电路，第一逆变电路与第一滤波电路相连，整流电路与第一逆变电路相连；无功补偿逆变电路包括第二逆变电路和第二滤波电路，第二逆变电路与第二滤波电路相连，整流电路与第二逆变电路相连。本发明专利技术有较好的跟踪性能，可实时跟踪系统变化，保持电声换能器输出信号的稳定，电声换能器负载两端电压与流过电流基本保持同相，使得电声换能器的有功输出达到最大。达到最大。达到最大。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于电声换能器的新型功率放大器


[0001]本专利技术涉及功率放大器，具体是涉及一种适用于电声换能器的新型功率放大器。

技术介绍

[0002]由于声波在水中传播的相较于其他信号具有明显的优势，电声换能器作为水下通信设备被广泛应用于渔业、海底勘测以及军事等领域。然而，电声换能器作为阻感性负载，在实际应用中通常会产生大量无功，降低系统的有功输出能力。
[0003]为解决这一问题，大量研究给出了各自的解决办法，其中主要以阻抗匹配为主。现有研究中，电声换能器阻抗匹配方法主要通过在功率放大器与电声换能器之间添加阻抗匹配网络，从而提高换能器在工作频带内的输出效率，如静态阻抗匹配、动态阻抗匹配以及有源阻抗匹配。其中，静态匹配通过在系统中加入电容，使其与电声换能器中等效电感在某一频率点形成谐振，从而提高在该频率点附近的输出功率。动态匹配与静态匹配的原理基本相似，在静态匹配基础上通过投切电容器改变谐振点，从而进一步增加匹配带宽。有源匹配则利用无功补偿原理，通过逆变电路对电声换能器负载的无功进行补偿，使其无功输出为零。阻抗匹配方法虽然能够在一定程度上提升电声换能器的输出能力，然而其匹配网络通常过于复杂，使得整个电声换能器应用系统十分庞大，同时使得调控过程也非常复杂，不便于操作。
[0004]在电声换能器的应用中，功率放大器的作用是根据需要产生指定频率与幅值的正弦电压，为电声换能器提供能量注入。功率放大器作为电声换能器在水底通信应用中的激励源，为其提供电能输出，是系统中不可或缺的组成部分。相较于研究阻抗匹配网络提高换能器的有功输出能力，设计具有有功无功调控功能的电声换能器更具实际应用价值。其不仅能使水底通信系统保持原有的连接拓扑不变，同时也能使得换能器的有功输出得到最大化。然而，现有功率放大器都是基于单逆变结构，无法同时进行有功无功调节。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，克服上述
技术介绍
的不足，提供一种适用于电声换能器的新型功率放大器，具有较好的跟踪性能，可实时跟踪系统变化，保持电声换能器输出信号的稳定，电声换能器负载两端电压与流过电流基本保持同相，使得电声换能器的有功输出达到最大。
[0006]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，一种适用于电声换能器的新型功率放大器，包括功率回路和控制系统，功率回路包括整流电路、稳压电路和有功输出逆变电路，整流电路与稳压电路相连，所述功率回路还包括无功补偿逆变电路，稳压电路分别与有功输出逆变电路和无功补偿逆变电路连接；所述有功输出逆变电路包括第一逆变电路、第一滤波电路，第一逆变电路与第一滤波电路相连，整流电路与第一逆变电路相连；所述无功补偿逆变电路包括第二逆变电路和第二滤波电路，第二逆变电路与第二滤波电路相连，整流电路与第二逆变电路相连。
[0007]进一步，所述稳压电路包括直流侧电容C
dc
，交流电源产生的交流电经过整流电路后与直流侧电容C
dc
并联，第一逆变电路包括上部的四个功率器件，上部的四个功率器件组成上部的单相全桥逆变电路，第二逆变电路包括下部的四个功率器件，下部的四个功率器件组成下部的单相全桥逆变电路；第一滤波电路包括第一滤波电感L
a
和第一滤波电容C
a
，第二滤波电路包括第二滤波电感L
b
和第二滤波电容C
b
，上部单相全桥逆变电路的公共连接点A与第一滤波电感L
a
的一端连接，上部单相全桥逆变电路的公共连接点B与第一滤波电容C
a
的一端连接，第一滤波电容C
a
的另一端与第一滤波电感L
a
的另一端连接；下部单相全桥逆变电路的公共连接点C与第二滤波电感L
b
的一端连接，下部单相全桥逆变电路的公共连接点D与第二滤波电容C
b
的一端连接，第二滤波电容C
b
的另一端与第二滤波电感L
b
的另一端连接；第二滤波电容C
b
的另一端与第一滤波电感L
a
的另一端串接在功率放大器的一个输出线路上，第一滤波电感L
a
的一端作为功率放大器的一个输出点，公共连接点B作为功率放大器的另一输出点。
[0008]进一步，所述功率器件为MOSFET或IGBT。
[0009]进一步，所述控制系统包括逆变驱动电路、数字控制系统和反馈信号输出电路，反馈信号输出电路与数字控制系统相连，数字控制系统与逆变驱动电路相连，逆变驱动电路分别与有功输出逆变电路、无功补偿逆变电路相连，有功输出逆变电路、无功补偿逆变电路分别与反馈信号输出电路相连。
[0010]进一步，所述反馈信号输出电路包括第一反馈信号输出电路和第二反馈信号输出电路，第一反馈信号输出电路包括第一电压检测模块，第二反馈信号输出电路包括第二电压检测模块和电流检测模块；所述数字控制系统包括有功输出逆变电路控制系统和无功补偿逆变电路控制系统，所述有功输出逆变电路控制系统包括第一误差计算模块、PI控制器、第一PWM调制模块和第一前馈控制器，所述无功补偿逆变电路控制系统包括第二误差计算模块、参考电压计算模块、PR控制器、第二PWM调制模块和第二前馈控制器；所述逆变驱动电路包括有功逆变驱动电路和无功逆变驱动电路，有功逆变驱动电路包括第一光耦隔离电路和第一驱动电路；无功逆变驱动电路包括第二光耦隔离电路和第二驱动电路；
[0011]所述第一电压检测模块与第一误差计算模块相连，第一误差计算模块分别与PI控制器、第一前馈控制器相连，PI控制器、第一前馈控制器分别与第一PWM调制模块相连，第一PWM调制模块与第一光耦隔离电路相连，第一光耦隔离电路与第一驱动电路相连，第一驱动电路与第一逆变电路相连；
[0012]所述第二电压检测模块分别与第二误差计算模块、参考电压计算模块相连，电流检测模块与参考电压计算模块相连，第二误差计算模块与PR控制器相连，参考电压计算模块与第二前馈控制器相连，第二前馈控制器、PR控制器分别与第二PWM调制模块相连，第二PWM调制模块与第二光耦隔离电路相连，第二光耦隔离电路与第二驱动电路相连，第二驱动电路与第二逆变电路相连。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
[0014]本专利技术在传统功率放大器基础上增加设计无功补偿逆变电路，以实现对电声换能器的无功进行有效补偿，有功输出逆变电路负责为电声换能器提供基本有功输出，无功补偿逆变电路则为电声换能器提供无功补偿。本专利技术新型功率放大器具有较好的跟踪性能，可实时跟踪系统变化，保持电声换能器输出信号的稳定，电声换能器负载两端电压与流过
电流基本保持同相，使得电声换能器的有功输出达到最大。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例功率放大器的结构框图。
[0016]图2是图1所示实施例的功率回路拓扑图。
[0017]图3是图1所示实施例的有功输出逆变电路控制系统的结构框图。
[0018]图4是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于电声换能器的新型功率放大器，包括功率回路和控制系统，功率回路包括整流电路、稳压电路和有功输出逆变电路，整流电路与稳压电路相连，其特征在于：所述功率回路还包括无功补偿逆变电路，稳压电路分别与有功输出逆变电路和无功补偿逆变电路连接；所述有功输出逆变电路包括第一逆变电路、第一滤波电路，第一逆变电路与第一滤波电路相连，整流电路与第一逆变电路相连；所述无功补偿逆变电路包括第二逆变电路和第二滤波电路，第二逆变电路与第二滤波电路相连，整流电路与第二逆变电路相连。2.如权利要求1所述的适用于电声换能器的新型功率放大器，其特征在于：所述稳压电路包括直流侧电容C
dc
，交流电源产生的交流电经过整流电路后与直流侧电容C
dc
并联，第一逆变电路包括上部的四个功率器件，上部的四个功率器件组成上部的单相全桥逆变电路，第二逆变电路包括下部的四个功率器件，下部的四个功率器件组成下部的单相全桥逆变电路；第一滤波电路包括第一滤波电感L
a
和第一滤波电容C
a
，第二滤波电路包括第二滤波电感L
b
和第二滤波电容C
b
，上部单相全桥逆变电路的公共连接点A与第一滤波电感L
a
的一端连接，上部单相全桥逆变电路的公共连接点B与第一滤波电容C
a
的一端连接，第一滤波电容C
a
的另一端与第一滤波电感L
a
的另一端连接；下部单相全桥逆变电路的公共连接点C与第二滤波电感L
b
的一端连接，下部单相全桥逆变电路的公共连接点D与第二滤波电容C
b
的一端连接，第二滤波电容C
b
的另一端与第二滤波电感L
b
的另一端连接；第二滤波电容C
b
的另一端与第一滤波电感L
a
的另一端串接在功率放大器的一个输出线路上，第一滤波电感L
a...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，张远洪，欧阳晓平，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：