[发明专利]光纤隔离多管串联高压放大器及其应用方法

说明书

技术领域

本发明属于材料高压测试技术领域，特别涉及光纤隔离多管串联高压放大器及其应用方法。

背景技术

高压放大器是将几伏的低压信号放大到数千伏或数万伏的高压信号的一种电压放大器。用于高压测试，强电场试验等诸多场合。

现有技术中，如国内天津圣火科技有限公司生产的SHVA-252NP50型高压放大器峰峰值5000V，频率范围为0-1000Hz。由于没有采用光纤进行信号隔离，电路结构复杂，需要在上下桥臂分别使用N沟道mos管和P沟道mos管，电压幅值及频率均受到多种因素限制。本文中只需要使用单一的N沟道mos管即可，电路结构简单。

发明内容

本发明针对上述缺陷公开了光纤隔离多管串联高压放大器，它的结构如下：模数转换电路串联光纤发射电路，光纤发射电路通过第一光纤与第一光纤接收电路连接，并且通过第二光纤与第二光纤接收电路连接，第一光纤接收电路、第一数模转换电路、第一信号处理电路和高压工作电路的上桥臂依次串联连接，第二光纤接收电路、第二数模转换电路、第二信号处理电路和高压工作电路的下桥臂依次串联连接，电源分别连接第一光纤接收电路、第一数模转换电路、第一信号处理电路、第二光纤接收电路、第二数模转换电路和第二信号处理电路。

所述高压工作电路由上桥臂和下桥臂串联组成，上桥臂由第1单元-第20单元串联而构成，下桥臂由第21单元-第40单元串联而构成，每个单元的结构如下：压敏电阻和二极管并联后跨接MOS管的源极和漏极，稳压二极管跨接MOS管的栅极和源极，电阻跨接MOS管的栅极和漏极。

所述第一信号处理电路由电压跟随电路、低通滤波电路、比例缩放电路、加法器电路和功率放大电路串联而构成，第一信号处理电路的输入端接电压跟随电路，第一信号处理电路的输出端接功率放大电路；

所述第二信号处理电路由电压跟随电路、反向比例电路、低通滤波电路、比例缩放电路、加法器电路和功率放大电路串联而构成，第二信号处理电路的输入端接电压跟随电路，第二信号处理电路的输出端接功率放大电路。

所述电源由直流电源、高频逆变电路、电子变压器、整流电路和稳压电路串联而构成。

光纤隔离多管串联高压放大器的应用方法如下：模数转换电路将输入的模拟信号转换为数字信号，光纤发射电路将数字信号转换为光信号，光信号通过第一光纤传输至第一光纤接收电路，通过第二光纤传输至第二光纤接收电路；第一光纤接收电路和第二光纤接收电路将接收到的光信号转换为数字信号，第一数模转换电路和第二数模转换电路再将数字信号转换为模拟信号，第一信号处理电路和第二信号处理电路分别对模拟信号进行信号处理，然后将经过处理后的信号输出到第1单元-第40单元中的MOS管的栅极和源极之间，使MOS管输出高压信号，完成对信号的高压放大；电源为第一光纤接收电路、第一数模转换电路、第一信号处理电路、第二光纤接收电路、第二数模转换电路和第二信号处理电路提供稳定的电压。

所述第一信号处理电路的信号处理过程如下：电压跟随电路的输出电压等于输入电压，完成对信号的高阻抗隔离；比例缩放电路将信号比例放大或缩小，从而获得合适的电压增益，低通滤波电路对信号进行低通滤波，设置通带带宽为20kHz，从而滤除信号中的高频干扰；加法器电路将一个直流偏置电压加入到交流信号中，从而获得驱动MOS管所需要的合适的偏置电压；功率放大电路将信号的电流放大，从而为驱动MOS管提供适当的电流；

所述第二信号处理电路的信号处理过程如下：电压跟随电路的输出电压等于输入电压，完成对信的高阻抗隔离；反向比例电路对信号进行反向操作，操作完成后的信号与原信号幅值相同，相位相反，然后再对信号按比例放大或缩小，从而获得合适的电压增益；低通滤波电路对信号进行低通滤波，设置通带带宽为20kHz，从而滤除信号中的高频干扰；加法器电路将一个直流偏置电压加入到交流信号中，从而获得驱动MOS管所需要的合适的偏置电压，功率放大电路将信号的电流放大，从而为驱动MOS管提供足够的电流。

所述电源产生稳定电压的过程如下：直流电源作为稳压源输出直流电流，该直流电流经高频逆变电路后变为高频交流电流，该高频交流电流通过电子变压器耦合，再通过整流电路整流后变为直流电流，最后经过稳压电路输出稳定的电压。

本发明的有益效果为：输出电压高，输出信号频率宽，光纤隔离安全可靠，设备体积小，可广泛应用于高压压电材料测试、高压绝缘测试、构建强电场等诸多高压测试场合。

附图说明

图1为本发明的电路图；

图2为模数转换电路的示意图；