一种大功率任意波发生装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大功率任意波发生装置及方法，采用DDS技术实现高精度程控功能，在利用FPGA实现DDS的基础上实现了任意波形发生功能。满足了宽禁带半导体功率器件测试不仅要求功率大、精度高，而且要求输出范围宽，波形可任意程控等功能指标，而且达到了极高的输出精度和灵活的输出波形控制，可满足宽禁带半导体功率器件的多种复杂测试需求，最终有效保证了宽禁带半导体功率器件在高电压、大电流、大功率以及任意波形条件下的测试需求。通过实际测试，取得了比较理想的结果，完全符合发明专利技术设计要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，采用DDS技术实现高精度程控功能，在利用FPGA实现DDS的基础上实现了任意波形发生功能。满足了宽禁带半导体功率器件测试不仅要求功率大、精度高，而且要求输出范围宽，波形可任意程控等功能指标，而且达到了极高的输出精度和灵活的输出波形控制，可满足宽禁带半导体功率器件的多种复杂测试需求，最终有效保证了宽禁带半导体功率器件在高电压、大电流、大功率以及任意波形条件下的测试需求。通过实际测试，取得了比较理想的结果，完全符合专利技术设计要求。【专利说明】
本专利技术涉及任意波发生领域，具体是。
技术介绍
由于Si功率器件受其发展的极限，尤其在高频、高温及高功率领域更显示出其局限性，因此开发研制宽禁带半导体器件已越来越被人们所关注。所谓宽禁带半导体(WBG)主要是指禁带宽度大于2.2电子伏特的半导体材料，包括SiC、GaN以及其他一些化合物半导体材料。这些材料一般均具有较宽的禁带、高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率，因此他们比Si及GaAs更适合于制作高温、高频及高功率器件。由此，宽禁带功率半导体器件的工作特性及功率测试就显得尤为重要，势必需要产生一系列高精度大功率任意波对其进行性能指标测试。 目前，产生任意波形的方法有多种:标准波形库、图像编辑、数据传输、数据表修改、FFT编辑器、公式编辑器等。它们都是以D/A变换器为核心的，由时钟电路、存储器电路、控制逻辑、滤波放大器等环节组成的，将具有幅度量化特征和时间抽样特点的离散数据组按顺序发出，生成模拟信号波形的一种数字化模拟信号发生装置；其技术内涵和实质是使用离散的数字化方式产生连续的模拟信号波形；用有限个量值状态及其阶跃过渡过程描述具有无限个量值状态的信号波形。这些任意波发生器均适用于小功率信号层面，对于宽禁带功率半导体器件所需要的大功率任意波形发生技术却少有记录，而基于DDS(直接数字合成)技术的高精度大功率任意波形发生技术更是无从查找。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以解决现有技术存在的问题。 为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为: 一种大功率任意波发生装置,其特征在于:包括DSP控制系统、接入任意波形发生器、正弦脉宽调制电路、AC/DC、DC/AC、高频滤波电路、反馈取样电路、A/D转换器、误差放大电路，所述AC/DC输出端与DC/AC输入端连接，DC/AC输出端与高频滤波电路输入端连接，高频滤波电路输出端输出交流信号，高频滤波电路输出端还与反馈取样电路输入端连接，反馈取样电路输出端通过A/D转换器与DSP控制系统连接，所述任意波形发生器输入端接入DSP控制系统，任意波形发生器输出端接入误差放大电路一个输入端，反馈取样电路输出端接入误差放大电路另一个输入端，误差放大电路输出端与正弦脉宽调制电路输入端连接，正弦脉宽调制电路输出端与DC/AC电路输入端连接； 所述任意波形发生器包括相位累加器、波形存储器、D/A转换器、低通滤波器，其中相位累加器输入端与DSP控制系统连接，相位累加器输出端与波形存储器输入端连接，波形存储器输出端与D/A转换器输入端连接，D/A转换器输出端与低通滤波器输入端连接，低通滤波器输出端与误差放大电路输入端连接。 所述的一种大功率任意波发生方法，其特征在于:采用DDS方案，利用FPGA技术从相位角度出发来实现频率合成，将一系列数字信号通过D/A转换成模拟信号的合成技术，根据采样定理，通过查表法产生任意波形，实现任意波形发生器功能。再以任意波形发生器的输出为参考基准进行正弦脉宽调制，基于等效面积原理，生成所需波形的等效PWM波，然后通过控制逆变电路中开关器件的通断，获得恒幅值的高频调制波形，经高频滤波后，得到需要的输出波形，完成信号的功率放大。这样，利用任意波形发生器，改变调制信号的频率和幅度，可实现输出的精确调节。 本专利技术在宽禁带功率半导体器件的功率特性测试中，采用了一种独特的大功率任意波形发生技术，即基于DDS技术的高精度大功率任意波形发生技术，该技术构思巧妙，电路可靠实用。基本思路如下:采用DDS方案，利用FPGA技术从相位角度出发来实现频率合成，将一系列数字信号通过D/A转换成模拟信号的合成技术，根据采样定理，通过查表法产生任意波形；再以任意波形发生器的输出为参考基准进行正弦脉宽调制，基于等效面积原理，生成所需波形的等效PWM波，然后通过控制逆变电路中开关器件的通断，获得恒幅值的高频调制波形，经高频滤波后，得到需要的输出波形，完成信号的功率放大。这样，利用任意波形发生器，改变调制信号的频率和幅度，可实现输出的精确调节。 这种控制的特点是:采用了 DDS(直接数字合成)技术设计任意波形发生器，使输出具有极高的频率分辨率和快速输出转换能力，同时，使用FPGA器件设计DDS通道，可以实现信号波形的多样化，而且方便可靠，简单经济，系统易于扩展。由于DDS系统主要由数字电路组成，因此采用FPGA芯片设计所有数字电路。 本专利技术的有益效果是:采用先进的DDS技术，具有输出精度高、波形输出灵活等特性，利用EDA设计方法，将实现任意波形的DDS核心部分集成在FPGA芯片内，大大简化了电路，降低了成本，提高了可靠性。采用正弦调制，实现了输出功率大、谐波含量低等功能。从而较好地实现了宽禁带功率半导体器件的功率特性测试对高精度大功率任意波形的需求。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术结构原理框图。 图2为本专利技术任意波形发生器电路原理框图。 图3为本专利技术幅度调节电路原理框图。 图4为本专利技术跟踪法SPWM信号生成电路原理框图。 图5为本专利技术陷波器电路图。 图6为本专利技术【具体实施方式】中正弦电压输出波形图，其中: 图6a为50Hzl00V输出波形图，图6b为IkHzlOOV输出波形图。 图7为本专利技术【具体实施方式】中动态变化时波形图，其中: 图7a为幅度、频率递增变化输出电压波形图，图7b为幅度、频率交替变化输出电压波形图。 图8为本专利技术【具体实施方式】中正弦波叠加谐波后输出电压波形图。 【具体实施方式】 如图1所示，一种大功率任意波发生装置，包括DSP控制系统、接入任意波形发生器、正弦脉宽调制电路、AC/DC、DC/AC、高频滤波电路、反馈取样电路、A/D转换器、误差放大电路，所述AC/DC输出端与DC/AC输入端连接，DC/AC输出端与高频滤波电路输入端连接，高频滤波电路输出端输出交流信号，高频滤波电路输出端还与反馈取样电路输入端连接，反馈取样电路输出端通过A/D转换器与DSP控制系统连接，所述任意波形发生器输入端接入DSP控制系统，任意波形发生器输出端接入误差放大电路的一个输入端，反馈取样电路还有输出端接入误差放大电路另一个输入端，误差放大电路输出端与正弦脉宽调制电路一个输入端连接，正弦脉宽调制电路输出端与DC/AC电路输入端连接； 如图2所示，任意波形发生器包括相位累加器、波形存储器、D/A转换器、低通滤波器，其中相位累加器输入端与DSP控制系统连接，相位累加器输出端与波形存储器输入端连接，波形存储器输出端与D/A转换器一个输入端连接,D/A转换器另一个输入端与DSP控制系统连接，D/A转换器输出端与低通滤波器输入端连接，低通滤波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率任意波发生装置，其特征在于：包括DSP控制系统、接入任意波形发生器、正弦脉宽调制电路、AC/DC、DC/AC、高频滤波电路、反馈取样电路、A/D转换器、误差放大电路，所述AC/DC输出端与DC/AC输入端连接，DC/AC输出端与高频滤波电路输入端连接，高频滤波电路输出端输出交流信号，高频滤波电路输出端还与反馈取样电路输入端连接，反馈取样电路输出端通过A/D转换器与DSP控制系统连接，所述任意波形发生器输入端接入DSP控制系统，任意波形发生器输出端接入误差放大电路一个输入端，反馈取样电路还有输出端接入误差放大电路另一个输入端，误差放大电路输出端与正弦脉宽调制电路输入端连接，正弦脉宽调制电路输出端与DC/AC电路输入端连接；所述任意波形发生器包括相位累加器、波形存储器、D/A转换器、低通滤波器，其中相位累加器输入端与DSP控制系统连接，相位累加器输出端与波形存储器输入端连接，波形存储器输出端与D/A转换器输入端连接，D/A转换器输出端与低通滤波器输入端连接，低通滤波器输出端与误差放大电路输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文廷，李斌，王群，王俊，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34