專利名稱：一種用于高壓磁開關(guān)復(fù)位的恒流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率電子技術(shù)，具體涉及一種用于高壓磁開關(guān)復(fù)位的恒流源，適用于在脈沖電源中為磁開關(guān)或變壓器提供復(fù)位電流。
背景技術(shù)：
為了能夠輸出數(shù)萬伏的高壓脈沖，使準(zhǔn)分子激光器放電腔體內(nèi)形成穩(wěn)定、快速的脈沖輝光放電，準(zhǔn)分子激光器的脈沖電源一般采用磁開關(guān)對低壓脈沖進(jìn)行壓縮，再經(jīng)過脈沖變壓器對電壓脈沖進(jìn)行升壓。其中為了控制磁開關(guān)或可飽和脈沖變壓器的飽和時間，提高能量的傳遞效率，一般需要耦合一個恒流源對其提供直流偏置電流進(jìn)行復(fù)位。由于磁開關(guān)和可飽和脈沖變壓器均工作在高壓狀態(tài)，因此該恒流源兩端也會耦合高壓脈沖。傳統(tǒng)的恒流源一般常采用線性電路組成，而對于大電流的恒流源，用線性電路來組成就會顯現(xiàn)出諸多劣勢，如較難找到合適的大功率、大電流晶體管，且大量的能量會消耗在晶體管和電阻上，導(dǎo)致線性電子元件組成的恒流源效率很低，不宜長時間工作。此外輸出端耦合進(jìn)來的數(shù)萬伏高壓脈沖使得晶體管的保護(hù)電路設(shè)計(jì)很復(fù)雜，且一般難以滿足要求。2009年深圳大族激光科技有限公司在CN101763128B中公開了一種恒流源，該恒流源由電壓穩(wěn)壓器、驅(qū)動元件、恒流反饋單元以及負(fù)載自適應(yīng)反饋單元組成，其中恒流反饋單元控制恒流源向負(fù)載提供恒定電流，負(fù)載自適應(yīng)反饋單元控制恒流源輸出電壓隨負(fù)載的變化而變化，有效地減少了恒流源的熱損耗，但該恒流源在輸出端沒有高壓隔離電路，不適用于高電壓脈沖場合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于高壓磁開關(guān)復(fù)位的恒流源，利用高頻濾波電路和高頻變壓器，濾除和隔離輸出端耦合進(jìn)來的高壓脈沖，解決現(xiàn)有恒流源缺乏高壓隔離電路的問題，以用于高電壓脈沖場合。本發(fā)明所提供的一種用于高壓磁開關(guān)復(fù)位的恒流源，包括全橋逆變器、諧振電路、整流橋、反饋電路和控制電路；所述全橋逆變器由四個MOS場效應(yīng)管兩兩串聯(lián)之后并聯(lián)構(gòu)成，全橋逆變器輸入端輸入經(jīng)380V交流電壓整流濾波后的520V直流電壓；所述諧振電路由諧振電感、高頻變壓器和諧振電容組成,諧振電感一端連接全橋逆變器的一個輸出端，諧振電感另一端與高頻變壓器原邊和諧振電容一端依次串聯(lián)，諧振電容另一端連接全橋逆變器的另一個輸出端，所述高頻變壓器為降壓變壓器，實(shí)現(xiàn)線電壓與負(fù)載電壓的匹配；所述高頻變壓器的副邊連接整流橋輸入端，所述整流橋由四個整流二極管兩兩串聯(lián)之后并聯(lián)組成；所述反饋電路由第一電阻、第二電阻和電流傳感器構(gòu)成，第一電阻的首端為恒流源正輸出端，第一電阻的尾端和第二電阻首端連接，第二電阻的尾端為恒流源負(fù)輸出端，電流傳感器套于連接整流橋負(fù)輸出端和恒流源負(fù)輸出端的導(dǎo)線上；所述控制電路的電壓采樣端連接所述第一電阻和第二電阻的連接點(diǎn)，控制電路的電流采樣端連接所述電流傳感器的輸出端，控制電路的輸出端輸出兩路信號，分別送到所述全橋逆變器的兩個控制端；其特征在于還具有高頻濾波電路，高頻濾波電路由第一濾波電感、濾波電容、隔離二極管、鉗位二極管、第二濾波電感構(gòu)成；整流橋的正輸出端經(jīng)第一濾波電感與隔離二極管陽極以及濾波電容的一端相連，隔離二極管的負(fù)極連接鉗位二極管的負(fù)極和第二濾波電感的一端，鉗位二極管的正極與濾波電容另一端以及整流橋的負(fù)輸出端相連，第二濾波電感的另一端連接第一電阻的首端。所述的恒流源，其特征在于所述控制電路根據(jù)所述反饋電路的電流及電壓反饋信號控制全橋逆變器中四個MOS場效應(yīng)管的開通和關(guān)斷時間，MOS場效應(yīng)管在零電流的狀態(tài)下打開，MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通后，流過MOS場效應(yīng)管的電流波形接近于正弦波，當(dāng)電流過零點(diǎn)時，控制電路給出關(guān)斷MOS場效應(yīng)管的信號。所述用于高壓磁開關(guān)復(fù)位的恒流源，其特征在于所述全橋逆變器中MOS場效應(yīng)管耐壓值不小于520V,最大漏極電流不小于10A,驅(qū)動?xùn)艠O電壓不大于20V ；所述整流橋中二極管的最大反向峰值電壓不小于100V，直流通態(tài)電流不小于30A，最大正向峰值電流不小于60A ；所述高頻變壓器選用原副邊匝數(shù)比為40 :1 50 :1的高頻降壓變壓器。本發(fā)明利用MOS場效應(yīng)管工作在零電流狀態(tài)，使得輸入的能量可以近乎無損耗地傳輸給串聯(lián)諧振電路；通過調(diào)節(jié)MOS場效應(yīng)管周期可以調(diào)節(jié)輸出電流的大小，輸出具有恒流源的特性，無須在輸出端提供額外的鎮(zhèn)流電阻；采用由濾波電感、濾波電容、隔離二極管和鉗位二極管組成的高頻濾波電路，阻斷了脈沖電源中磁開關(guān)或變壓器的復(fù)位電路中耦合的高壓脈沖的影響，確保了恒流源的安全性。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例包括全橋逆變器1、諧振電路2、整流橋3、高頻濾波電路4、反饋電路5、控制電路6。全橋逆變器I由第一 MOS場效應(yīng)管7和第二 MOS場效應(yīng)管8串聯(lián)，第三MOS場效應(yīng)管9和第四MOS場效應(yīng)管10串聯(lián)之后再并聯(lián)構(gòu)成，全橋逆變器輸入端輸入經(jīng)380V交流電壓整流濾波后的520V直流電壓；本實(shí)施例中四個MOS場效應(yīng)管選用美國Vishay公司的SIHP12N60E，該開關(guān)器件的耐壓值為650V，柵極驅(qū)動電壓20V。諧振電路2由諧振電感11、高頻變壓器12和諧振電容13組成，諧振電感11 一端連接全橋逆變器I的一個輸出端，諧振電感11另一端與高頻變壓器12原邊和諧振電容13一端依次串聯(lián)，諧振電容13另一端連接全橋逆變器I的另一個輸出端，所述高頻變壓器12為降壓變壓器，實(shí)現(xiàn)線電壓與負(fù)載電壓的匹配；本實(shí)施例中諧振電感11為自制繞組線圈電感，其電感量約為ImH，諧振電容13選用電容值為IOnF的陶瓷電容，高頻變壓器12選用原副邊匝數(shù)比為40 I的高頻降壓變壓器，同時可以將輸出端耦合進(jìn)來的高壓脈沖進(jìn)行隔離。整流橋3由第一整流二極管14和第二整流二極管15串聯(lián)、第三整流二極管16和第四整流二極管17串聯(lián)之后再并聯(lián)組成，高頻變壓器12的副邊兩輸出端分別連接第一整流二極管14的正極和第三整流二極管16的正極。高頻濾波電路4由第一濾波電感18、濾波電容19、隔離二極管20、鉗位二極管21、第二濾波電感22構(gòu)成；整流橋3的正輸出端(第三整流二極管16的負(fù)極)經(jīng)第一濾波電感18與隔離二極管20陽極以及濾波電容19的一端相連，隔離二極管20的負(fù)極連接鉗位二極管21的負(fù)極和第二濾波電感22的一端，鉗位二極管21的正極與濾波電容19另一端以及整流橋的負(fù)輸出端(第四整流二極管17正極)相連，第二濾波電感22的另一端連接第一電阻24的首端。各整流二極管、隔離二極管20和鉗位二極管21均選用美國ONSEMI公司生產(chǎn)的NTSV30100SG，該二極管的最大方向峰值電壓為100V，直流通態(tài)電流為30A，最大正向峰值電流為為60A。第一濾波電感18采用在環(huán)形鐵基超微晶磁芯上繞制繞組線圈構(gòu)成的可飽和電感，飽和時電感量為500nH ;第二濾波電感為自制繞組線圈電感，電感值值為220uH，濾波電容21為高頻陶瓷電容，電容值為llOuF。反饋電路5由第一電阻24、第二電阻25和電流傳感器23構(gòu)成，第一電阻24的首端為恒流源正輸出端，第一電阻24的尾端和第二電阻25首端連接，第二電阻25的尾端為恒流源負(fù)輸出端，電流傳感器23套于連接整流橋負(fù)輸出端和恒流源負(fù)輸出端的導(dǎo)線上；第一電阻阻值為IM Ω，第二電阻阻值 為510k Ω，電流傳感器23選用瑞士 LEM公司的HAL50S，其可采樣的電流范圍為-150 +150A?？刂齐娐?的電壓采樣端連接所述第一電阻24和第二電阻25的連接點(diǎn)，控制電路6的電流采樣端連接所述電流傳感器23的輸出端，控制電路6的輸出端輸出兩路信號，分別送到所述全橋逆變器的兩個控制端；控制電路根據(jù)所述反饋電路的電流及電壓反饋信號控制全橋逆變器中四個MOS場效應(yīng)管的開通和關(guān)斷時間，MOS場效應(yīng)管在零電流的狀態(tài)下打開，MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通后，流過MOS場效應(yīng)管的電流波形接近于正弦波，當(dāng)電流過零點(diǎn)時，控制電路給出關(guān)斷MOS場效
應(yīng)管的信號。控制電路選用美國TI公司生產(chǎn)的諧振模式電源控制器芯片UC3865構(gòu)成，該芯片為零電流控制芯片，可編程壓控振蕩頻率為IOKHz IMHz，根據(jù)采樣的電流和電壓，通過調(diào)節(jié)壓控振蕩頻率輸出一對控制信號，控制全橋逆變器中四個MOS管的開通和關(guān)斷的周期，輸出電流在0-30A范圍內(nèi)可調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種用于高壓磁開關(guān)復(fù)位的恒流源，包括全橋逆變器(I)、諧振電路(2)、整流橋(3)、反饋電路(5)和控制電路(6)； 所述全橋逆變器(I)由四個MOS場效應(yīng)管兩兩串聯(lián)之后并聯(lián)構(gòu)成，全橋逆變器(I)輸入端輸入經(jīng)380V交流電壓整流濾波后的520V直流電壓； 所述諧振電路⑵由諧振電感(11)、高頻變壓器(12)和諧振電容(13)組成，諧振電感(11)一端連接全橋逆變器(I)的一個輸出端，諧振電感(11)另一端與高頻變壓器(12)原邊和諧振電容(13) —端依次串聯(lián)，諧振電容(13)另一端連接全橋逆變器(I)的另一個輸出端，所述高頻變壓器(12)為降壓變壓器，實(shí)現(xiàn)線電壓與負(fù)載電壓的匹配； 所述高頻變壓器(12)的副邊連接整流橋(3)輸入端，所述整流橋(3)由四個整流二極管兩兩串聯(lián)之后并聯(lián)組成； 所述反饋電路(5)由第一電阻(24)、第二電阻(25)和電流傳感器(23)構(gòu)成，第一電阻(24)的首端為恒流源正輸出端，第一電阻(24)的尾端和第二電阻(25)首端連接，第二電阻(25)的尾端為恒流源負(fù)輸出端，電流傳感器(23)套于連接整流橋負(fù)輸出端和恒流源負(fù)輸出端的導(dǎo)線上； 所述控制電路出)的電壓采樣端連接所述第一電阻(24)和第二電阻(25)的連接點(diǎn)，控制電路(6)的電流采樣端連接所述電流傳感器(23)的輸出端，控制電路(6)的輸出端輸出兩路信號，分別送到所述全橋逆變器(I)的兩個控制端； 其特征在于 還具有高頻濾波電路(4)，高頻濾波電路由第一濾波電感(18)、濾波電容(19)、隔離二極管(20)、鉗位二極管(21)、第二濾波電感(22)構(gòu)成； 整流橋(3)的正輸出端經(jīng)第一濾波電感(18)與隔離二極管(20)陽極以及濾波電容(19)的一端相連，隔離二極管(20)的負(fù)極連接鉗位二極管(21)的負(fù)極和第二濾波電感(22)的一端，鉗位二極管(21)的正極與濾波電容(19)另一端以及整流橋的負(fù)輸出端相連，第二濾波電感(22)的另一端連接第一電阻(24)的首端。
2.如權(quán)利要求1所述的恒流源，其特征在于 所述控制電路根據(jù)所述反饋電路的電流及電壓反饋信號控制全橋逆變器中四個MOS場效應(yīng)管的開通和關(guān)斷時間，MOS場效應(yīng)管在零電流的狀態(tài)下打開，MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通后，流過MOS場效應(yīng)管的電流波形接近于正弦波，當(dāng)電流過零點(diǎn)時，控制電路給出關(guān)斷MOS場效應(yīng)管的信號。
3.如權(quán)利要求1或2所述的恒流源，其特征在于 所述全橋逆變器中MOS場效應(yīng)管耐壓值不小于520V，最大漏極電流不小于10A，驅(qū)動?xùn)艠O電壓不大于20V ； 所述整流橋中二極管的最大反向峰值電壓不小于100V,直流通態(tài)電流不小于30A,最大正向峰值電流不小于60A ； 所述高頻變壓器選用原副邊匝數(shù)比為40 :1 50 :1的高頻降壓變壓器。
全文摘要
一種用于高壓磁開關(guān)復(fù)位的恒流源，屬于功率電子技術(shù)，解決現(xiàn)有恒流源缺乏高壓隔離電路的問題，以用于高電壓脈沖場合。本發(fā)明包括全橋逆變器、諧振電路、整流橋、高頻濾波電路、反饋電路和控制電路。本發(fā)明利用MOS場效應(yīng)管工作在零電流狀態(tài)，使得輸入的能量可以近乎無損耗地傳輸給串聯(lián)諧振電路；通過調(diào)節(jié)MOS場效應(yīng)管周期可以調(diào)節(jié)輸出電流的大小，輸出具有恒流源的特性，無須在輸出端提供額外的鎮(zhèn)流電阻；采用由濾波電感、濾波電容、隔離二極管和鉗位二極管組成的高頻濾波電路，阻斷了脈沖電源中磁開關(guān)或變壓器的復(fù)位電路中耦合的高壓脈沖的影響，確保了恒流源的安全性。
文檔編號G05F1/56GK103049028SQ20121049457
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者胡耀文, 左都羅, 王新兵, 陸培祥, 徐勇躍, 胡守巖, 方明, 楊蔓 申請人:華中科技大學(xué)