[实用新型]一种对称式高速高精度电压–频率转换电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种对称式高速高精度电压–频率转换电路，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

本实用新型提供了一种对称式高速高精度电压–频率转换电路，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。

本实用新型的技术方案是：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。

本实用新型的工作原理是：

电路构成如下：

符号电路由集成运放A1及电阻R1～R6共同构成，并由电子开关电路中受控开关SW的通断状态控制符号电路的不同运算组态，实现增益正负交替；积分电路为传统集成运放构成的积分运算电路，由集成运放A2、电阻R7及电容C共同构成；比较电路由集成运放A3和电阻R8、R9共同构成，u_o2与u_o通过R8、R9串联电阻分压共同作用于集成运放A3的同相输入端，与A3的反相输入端的零电平进行过零电压比较，R9为正反馈环节，进一步加快输出矩形波的上升、下降沿时间；电子开关电路采用视频模拟开关集成电路PI5V330，由比较电路输出端信号控制，受控开关接入符号电路的电阻网络，其通断状态改变符号电路的不同运算组态；对称校正电路XZ采用分压加电压跟随的方式构成可调电压范围为±0.3V、最大输出电流为3mA的可调直流电压源；所述电源电路为7805和7905三端集成稳压电路组成的±5V对称电源。

电路工作原理如下：