一种高性能脉冲信号处理电路及其实施方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能驱动脉冲处理电路及其实施方法，属于电力电子器件技术领域。由电平转换及脉宽调整电路I、脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T、脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O、加固电源电路S共四个单元电路组成；电平转换及脉宽调整电路I的输入端与脉冲源相连，电平转换及脉宽调整电路I的输出端与脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T的输入端相连，脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T的输出端与脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O的输入端相连，加固电源电路S的+Vcc电压输出端为电平转换及脉宽调整电路I和脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O的正电源，加固电源电路S的‑Vee电压输出端为电平转换及脉宽调整电路I的负电源。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能脉冲信号处理电路及其实施方法
本专利技术涉及一种高性能驱动脉冲处理电路及其实施方法，属于电力电子器件的驱动脉冲处理

技术介绍
电力电子技术中脉冲信号通过驱动电路让功率器件工作在开关状态，实现电能的转换和传输。脉冲信号可由如单片机、FPGA和DSP等可编程器件产生；还可由专用脉冲信号发生芯片产生。这些脉冲信号是正向脉冲，电平是标准电平，脉冲宽度和延时可以通过软件调整，脉冲上下沿的陡度有由脉冲信号产生器件的特性决定，无需脉冲信号处理电路处理，可直接传输给驱动电路，驱动功率管工作。但是，在很多情况下，脉冲信号需由如V/F变换电路、比较放大电路和振荡电路等产生，这些电路产生的脉冲信号是正负向都有的脉冲，电平是非标准电平，脉冲宽度和延时需要调整，脉冲上下沿的陡度需要调整控制，必须由脉冲信号处理电路进行处理后才能传输给驱动电路，驱动功率管工作。脉冲处理电路的性能好坏将直接影响功率管的工作状态，从而影响电力电子电路的正常工作和指标参数，因此，研发能符合要求的高性能脉冲信号处理电路成为必然。然而，理论分析和开发经验均告诉我们，此类高性能脉冲信号处理电路设计难度大，因此无论是电路原理设计还是元件选择，元件布局和走线工艺的设计，均需采用线性高频电子电路的设计方法和制作工艺才行，否则，成功的可能性很小！纵观本专利技术的研发过程亦证明了这个观点的正确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高性能脉冲信号处理电路及其构成方法、设计方法。以用于解决：①从电路原理上确立一种适应各种电平的脉冲信号处理电路，最终转换为标准数字电平；②从电路原理上确立一种可对脉冲信号的脉宽进行调整的脉冲信号处理电路；③从电路原理上和器件选择上，利用线性高频电子电路的设计方法，寻找一种通过合理元件布局布线，消除分布电感和分布电容所形成的延时影响，确立一种能对正负脉冲信号进行正向整流和保证脉冲上升下降沿时间均小于30ns的脉冲信号处理电路；④从电路原理上确立一种能有效减小脉冲信号的传输干扰和对脉冲信号的传输延时进行调整的脉冲信号处理电路。本专利技术的技术方案是：一种高性能脉冲信号处理电路，由电平转换及脉宽调整电路I、脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T、脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O、加固电源电路S共四个单元电路组成；其中电平转换及脉宽调整电路I的输入端与脉冲源相连，电平转换及脉宽调整电路I的输出端与脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T的输入端相连，脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T的输出端与脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O的输入端相连，加固电源电路S的+Vcc电压输出端为电平转换及脉宽调整电路I和脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O的正电源，加固电源电路S的-Vee电压输出端为电平转换及脉宽调整电路I的负电源。所述电平转换及脉宽调整电路I由集成运算放大器U1A、电阻R1、R2和R3、电位器RW1和RW2、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6和C7、插座CON1共同组成；其中插座CON1的两端一端连接到模拟地，一端连接到电位器RW1的一端；电位器RW1的另一端连接电阻R1的一端，可调端连接电容C1的一端；电阻R1另一连接模拟地；电容C1另一端连接集成运算放大器U1A的同相输入端和电阻R3的一端；电阻R3另一端连接-Vee电源；电阻R2一端连接+Vcc电源，另一端连接电位器RW2的一端和集成运算放大器U1A的反相输入端；电位器RW2的可调端和另一端连接到-Vee电源；电容C2、C3和C4并接在一起，一端连接+Vcc电源，一端连接模拟地；电容C5、C6和C7并接在一起，一端连接-Vee电源，一端连接模拟地；集成运算放大器U1A的输出端连接到电阻R4一端。所述脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T由电阻R4和R5、二极管VD1、VD2和VD3共同组成；其中电阻R4另一端连接二极管VD1的阴极和二极管VD2、VD3的阳极；二极管VD1的阳极接模拟地；二极管VD2和VD3的阴极连接电阻R5的一端和带施密特触发器反相器电路U2A的输入端；电阻R5的另一端连接到模拟地。所述脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O由带施密特触发器反相器电路U2A、U2B、U2C、U2D、U2E和U2F、电容C8、C9、C10和C11、电阻R6、二极管VD4、磁珠FB1共同组成；其中带施密特触发器反相器电路U2A的输出端连接带施密特触发器反相器电路U2B的输入端；带施密特触发器反相器电路U2B的输出端连接带施密特触发器反相器电路U2C的输入端和电容C8、C9的一端；电容C8和C9的另一端连接数字地；带施密特触发器反相器电路U2C的输出端连接带施密特触发器反相器电路U2D的输入端；带施密特触发器反相器电路U2D的输出端连接带施密特触发器反相器电路U2E的输入端和电容C10、C11的一端；电容C10和C11的另一端连接数字地；带施密特触发器反相器电路U2E的输出端连接带施密特触发器反相器电路U2F的输入端；带施密特触发器反相器电路U2F的输出端连接二极管VD4的阴极，电阻R6的一端和插座CON2的一端；二极管VD4的阳极连接数字地；电阻R6的另一端连接数字地；插座CON2的另一端连接数字地；磁珠FB1一端连接模拟地，另一端连接数字地。一种高性能脉冲信号处理电路的实施方法，所述方法的具体步骤如下：Step1、按频率0.6GHz的高频线性电路设计方法进行高性能脉冲处理电路印制电路板的布局和走线；印制电路板按高速信号完整性和电源完整性的布局和布线方法布局和走线，有效进行模拟地和数字地的分割和桥接，至少要4层印刷电路板才能有效解决了印制电路板上的分布电感和分布电容值，同时也就减小了它们形成的传输延时、脉冲上下沿延时、高幅值衰减振荡和高频辐射干扰问题；Step2、确保电平转换及脉宽调整电路I完成电平转换及脉宽调整功能，需要根据前级电路的负载能力选择电位器RW1和电阻R1的阻值，同时还要调整好RW1的阻值，选择好集成运算放大器U1A的供电电压；要满足4MHz及以上脉冲信号的处理要求，集成运算放大器U1A的增益带宽选择至关重要；Step3、确保脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T完成对脉冲信号上下沿延时的控制，二极管VD1、VD2和VD3开关速度选择和电阻R4、R5的阻值大小选择至关重要；Step4、确保脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O完成对脉冲信号的传输延时的调整，电容C8、C9、C10和C11至关重要。本专利技术的工作原理是：在插座CON1的输入端接入一个频率在4MHz，正向幅值为+5V~+12V，负向幅值为-5V~+12V的脉冲信号，经过电位器RW1和电阻R1分压后，调整电位器RW1使分压值接近集成运算放大器的电源电压，可为标准电平电压，之后接到由运算放大器构成的可调比较微分电路，输出脉冲信号正负幅值转换为运算放大器电源正负电压，通过调整电位器RW2可以改变运算放大器的反相端比较点电压值，再与运算放大器的同相端产生的微分信号比较，从而实现了脉冲信号脉宽大小的调整。其中，电容C1、电位器RW2、电阻R2、R3、运算放大器U1A构成了高速可调比较微分电路，电容C2、C3、C4、C5、C6和C7起退耦滤波作用，保证运算放大器U1A在高速时可靠工作；经电平转换和脉宽调整后的脉冲信号是有正负值的脉冲信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能脉冲处理电路，其特征在于：由电平转换及脉宽调整电路I、脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T、脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O、加固电源电路S共四个单元电路组成；其中电平转换及脉宽调整电路I的输入端与脉冲源相连，电平转换及脉宽调整电路I的输出端与脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T的输入端相连，脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T的输出端与脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O的输入端相连，加固电源电路S的+Vcc电压输出端为电平转换及脉宽调整电路I和脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O的正电源，加固电源电路S的‑Vee电压输出端为电平转换及脉宽调整电路I的负电源。

【技术特征摘要】
1.一种高性能脉冲处理电路，其特征在于：由电平转换及脉宽调整电路I、脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T、脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O、加固电源电路S共四个单元电路组成；其中电平转换及脉宽调整电路I的输入端与脉冲源相连，电平转换及脉宽调整电路I的输出端与脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T的输入端相连，脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T的输出端与脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O的输入端相连，加固电源电路S的+Vcc电压输出端为电平转换及脉宽调整电路I和脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O的正电源，加固电源电路S的-Vee电压输出端为电平转换及脉宽调整电路I的负电源。2.根据权利要求1所述的高性能脉冲处理电路，其特征在于：所述电平转换及脉宽调整电路I由集成运算放大器U1A、电阻R1、R2和R3、电位器RW1和RW2、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6和C7、插座CON1共同组成；其中插座CON1的两端一端连接到模拟地，一端连接到电位器RW1的一端；电位器RW1的另一端连接电阻R1的一端，可调端连接电容C1的一端；电阻R1另一连接模拟地；电容C1另一端连接集成运算放大器U1A的同相输入端和电阻R3的一端；电阻R3另一端连接-Vee电源；电阻R2一端连接+Vcc电源，另一端连接电位器RW2的一端和集成运算放大器U1A的反相输入端；电位器RW2的可调端和另一端连接到-Vee电源；电容C2、C3和C4并接在一起，一端连接+Vcc电源，一端连接模拟地；电容C5、C6和C7并接在一起，一端连接-Vee电源，一端连接模拟地；集成运算放大器U1A的输出端连接到电阻R4一端。3.根据权利要求2所述的高性能脉冲处理电路，其特征在于：所述脉冲正向整流及上下沿延时控制电路T由电阻R4和R5、二极管VD1、VD2和VD3共同组成；其中电阻R4另一端连接二极管VD1的阴极和二极管VD2、VD3的阳极；二极管VD1的阳极接模拟地；二极管VD2和VD3的阴极连接电阻R5的一端和带施密特触发器反相器电路U2A的输入端；电阻R5的另一端连接到模拟地。4.根据权利要求1所述的高性能脉冲处理电路，其特征在于：所述脉冲信号传输延时调整及抗干扰电路O由带施密特触发器反相器电路U...

【专利技术属性】
技术研发人员：金建辉，卢诚，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53