[发明专利]一种对称式高速高精度电压–频率转换电路及转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对称式高速高精度电压–频率转换电路及转换方法，属于电力技术领域。

背景技术

在恒能量斩波方式合成100KH以上的中大功率正弦电压或电流波形的过程中，需要用到输出频率范围为0～4MHz的高速高精度电压—频率转换电路来作为系统的控制单元。由于用数字方式完成此类波形的动态运算量很大，因此，即使用当前速度最快的DSP芯片来实现，其最高输出频率只能到达300KHz左右，离目标要求的最高输出频率4MHz相距甚远，为此，只能采用模拟方式实现，

但在已有技术中，无论是电荷平衡式还是复位式模拟电压—频率的转换电路，其转换误差都将随着输出频率的升高而急剧增大。原因是在这两类转换电路中，线性积分电路的输出波形均为锯齿波，如图1所示。其中，在决定电压—频率转换精度的线性积分电路中，只有正程时间T₁是输入电压绝对值的倒数，而逆程时间T₂则是固定的。这样，由于输出波形的周期为：T=T₁+T₂，而输出频率为：f=1∕T= 1∕(T₁ +T₂)，不难看出，只有当T₁＞＞T₂时，才有T ≈T₁ 和f ≈ 1∕T = 1∕T₁。实际上，随着输入电压幅值的不断增大，正程时间T₁将逐渐变小，但由于逆程时间T₂固定，所以转换误差必将随着输出频率的升高而急剧增大。实测表明，在转换后的输出频率在最高极限的50%～100%范围内时，实际输出的频率要低于理论计算值的10%～30%以上，从而导致最终合成的正弦波在幅度上全面失真。

由于这种电压—频率转换方法已使功率主开关器件在20nS左右的极限速度下开通和关断，因此，已不可能通过提高开关器件的转换速度或采用深度负反馈等方式来减小这种失真了，唯一的办法另找解决问题的新途径。

发明内容

本发明提供了一种对称式高速高精度电压–频率转换电路及转换方法，以用于解决现有模拟电压—频率转换技术中转换误差随输出频率的升高急剧增大的问题。

本发明的技术方案是：一种对称式高速高精度电压–频率转换电路，由符号电路、积分电路、比较电路、对称校正电路、电子开关电路和电源电路组成；其中输入信号u_i由符号电路的输入端输入，符号电路的控制端与电子开关电路的上端相连接，符号电路的输出端u_o1与积分电路的输入端相连接，积分电路的输出端u_o2与比较电路的输入端相连接，比较电路的一个输出端与电子开关电路的控制端相连接，比较电路的另一个输出端u_o为系统的输出端，电子开关电路的下端与对称校正电路的输出端相连接。

所述符号电路由运算放大器A1，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6共同构成，并由电子开关电路中的受控开关SW的通断状态控制符号电路的不同运算组态，从而实现增益正负交替。

所述对称校正电路输出电压值为可调；其中通过调整对称校正电路的输出电压值，使得在输入电压的全范围内符号电路的输出幅值完全对称。

一种对称式高速高精度电压–频率转换方法，所述方法的具体步骤如下：

Step1、输出电压u_o控制电子开关电路中的受控开关SW的通断状态，进而控制符号电路的不同运算组态，最终控制符号电路的增益：

Step1.1、当输出电压u_o满足输出为高电平u_o=u_oH时，电子开关电路中的受控开关SW断开，使符号电路的增益为+1，则u_o1=u_i；

Step1.2、当输出电压u_o满足输出为低电平u_o=u_oL时，电子开关电路中的受控开关SW闭合，使符号电路的增益为-1，则u_o1=—u_i；

Step2、将保留了输入电压信号u_i幅值特征的正负交替周期性信号u_o1送入积分电路，产生三角波信号u_o2：

Step2.1、当u_o1为低电平，则电容放电，u_o2上升；