電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，包括用于接收FET-CONTROL信號的高精度運放電路，其輸出端依次通過第一、二級增強高速驅(qū)動電路與大功率開關(guān)變換電路的輸入端相連，大功率開關(guān)變換電路的輸出端與漸進式飽和電路的輸入端相連，漸進式飽和電路的輸出端與IGC電流取樣電路的輸入端相連。本實用新型通過FET-CONTROL信號和IGC電流取樣電路的共同作用，以及各電路控制參數(shù)、元器件參數(shù)的一致性控制等技術(shù)，最終達到多組并聯(lián)功率電路的快速動態(tài)功率調(diào)整功能。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)功率快速動態(tài)調(diào)整、具有良好的輸出特性、動態(tài)響應快速、可靠性高。
【專利說明】電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及快速動態(tài)功率調(diào)整【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電源陣列模擬器是太陽能電池模擬測試、試驗中必不可少的專用設備，在各種特性方面均要模擬太陽能電池的種種復雜供電特性。電源陣列模擬器的負載設備具有以下幾個主要特征:1、負載工作頻率高達IOOkHz ;2、瞬態(tài)電流變化速率達到500Α/μ S ;3、母線瞬變電壓范圍僅為母線電壓的1%。這些技術(shù)指標對電源陣列模擬器的瞬間開關(guān)性帶載能力、負載動態(tài)響應速度、穩(wěn)壓精度提出了極大的挑戰(zhàn)；因此，必須研究出適合這一特殊要求的并聯(lián)均流型快速功率調(diào)整電路。
[0003]目前，多采用交錯并聯(lián)、輸出電容優(yōu)化、線性電源輔助方式等控制方式。采用多相交錯并聯(lián)方式的控制器相當復雜，而且其電流檢測和均流等問題難以解決；輸出電容優(yōu)化方式受電容質(zhì)量、價格、數(shù)量等諸多因素影響，同時單純的輸出電容優(yōu)化方式難免會增大輸出電壓紋波，對瞬態(tài)響應的結(jié)束階段的超調(diào)和調(diào)整時間影響也較大；線性電源輔助方式因為其效率低下，無法實現(xiàn)高效動態(tài)調(diào)整?？傊?，上述方式均無法滿足電源陣列模擬器的上述技術(shù)指標要求。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)功率快速動態(tài)調(diào)整、具有良好的輸出特性、動態(tài)響應快速、可靠性高的電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案:一種電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，包括用于接收FET-CONTROL信號的高精度運放電路，其輸出端依次通過第一、二級增強高速驅(qū)動電路與大功率開關(guān)變換電路的輸入端相連，大功率開關(guān)變換電路的輸出端與漸進式飽和電路的輸入端相連，漸進式飽和電路的輸出端與IGC電流取樣電路的輸入端相連。
[0006]所述高精度運放電路包括由第一、二運放NIB、NlA組成的雙運算放大器，第一運放NlB的正相輸入端通過熔斷器Fl接FET-CONTROL信號，第一運放NlB的正相輸入端與第二運放NlA的正相輸入端相連，第一運放NlB的反相輸入端與二極管陣列V3的第I引腳相連，二極管陣列V3的第2引腳與第一運放NlB的輸出端相連，二極管陣列V3的第3引腳接第二運放NlA的第8引腳，二極管陣列V13的第I引腳接第二運放NlA的反相輸入端，二極管陣列V13的第2引腳接第二運放NlA的輸出端，二極管陣列V13的第3引腳通過電容C21接地，第一、二運放NIB、NlA的輸出端均與第一級增強高速驅(qū)動電路的輸入端相連。
[0007]所述第一級增強高速驅(qū)動電路包括MOS管V1、V2、VI1、V12，MOS管Vl的柵極與MOS管V2的柵極相連后接第一運放NIB的輸出端，MOS管Vl的漏極通過電阻R3與MOS管V2的源極相連后接第二級增強高速驅(qū)動電路的輸入端，MOS管V2的源極通過電阻R6接地，MOS管V2的漏極接地；M0S管Vll的柵極與MOS管V12的柵極相連后接第二運放NlA的輸出端，MOS管Vll的漏極通過電阻R14與MOS管V12的源極相連后接第二級增強高速驅(qū)動電路的輸入端，MOS管V12的源極通過電阻R17接地，MOS管V12的漏極接地。
[0008]所述第二級增強高速驅(qū)動電路包括三極管V4、V5、V14、V15，三極管V4、V5的基極相連后通過電阻R5接MOS管V2的源極，三極管V4的發(fā)射極與三極管V5的發(fā)射極相連，大功率開關(guān)變換電路的輸入端接在三極管V4、V5的發(fā)射極之間，三極管V5的集電極接二極管陣列V8的第I引腳，二極管陣列V8的第3引腳與三極管V15的集電極相連，三極管V15、V14的發(fā)射極相連，大功率開關(guān)變換電路的輸入端接在三極管V14、V15的發(fā)射極之間，三極管V14、V15的基極相連后通過電阻R16接MOS管V12的源極。
[0009]所述大功率開關(guān)變換電路包括MOS管V7、V17，MOS管V7的柵極通過電阻R7接在三極管V4、V5的發(fā)射極之間，MOS管V7的源極與漸進式飽和電路的輸入端相連；M0S管V17的柵極通過電阻R18接在三極管V14、V15的發(fā)射極之間，MOS管V17的源極與漸進式飽和電路的輸入端相連。
[0010]所述漸進式飽和電路包括漸進式飽和電感L1、LI I，漸進式飽和電感LI的一端通過電阻R9接MOS管V7的源極，漸進式飽和電感LI的另一端接地，電阻RlO的一端與電阻R9相連，電阻RlO的另一端通過電阻Rl I接地；漸進式飽和電感LI I的一端通過電阻R20接MOS管V17的源極，漸進式飽和電感Lll的另一端接地，電阻R21的一端與電阻R20相連，電阻R21的另一端通過電阻R22接地。
[0011]所述IGC電流取樣電路包括取樣電阻R25，其第I引腳分別與漸進式飽和電感L1、Lll的一端相連，其4腳接電路的輸出正端+0UT，其檢測端即第2、3腳分別與高阻檢測端+Is和-1s相連。
[0012]由上述技術(shù)方案可知，本實用新型中的FET-CONTROL信號經(jīng)過高精度運放電路放大，放大后的誤差信號送到第一級增強高速驅(qū)動電路進行快速開關(guān)放大后，再送到第二級增強高速驅(qū)動電路對電壓、電流同步放大，進而滿足大功率開關(guān)變換電路的各項驅(qū)動波形要求；大功率開關(guān)變換電路完成功率轉(zhuǎn)換功能，漸進式飽和電路實現(xiàn)開關(guān)沖擊電流的動態(tài)抑制功能，而IGC電流取樣電路則實現(xiàn)多路并聯(lián)電路的總電流控制功能。通過FET-CONTROL信號和IGC電流取樣電路的共同作用，以及各電路控制參數(shù)、元器件參數(shù)的一致性控制等技術(shù)，最終達到多組并聯(lián)功率電路的快速動態(tài)功率調(diào)整功能。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)功率快速動態(tài)調(diào)整、具有良好的輸出特性、動態(tài)響應快速、可靠性高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的電路框圖；
[0014]圖2是本實用新型的電路原理圖；
[0015]圖3是本實用新型中誤差放大器反饋控制示意圖；
[0016]圖4是本實用新型的輸出紋波波形圖；
[0017]圖5是源瞬態(tài)響應波形圖；
[0018]圖6是負載瞬態(tài)響應波形圖。
【具體實施方式】[0019]一種電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，包括用于接收FET-CONTROL信號的高精度運放電路1，其輸出端依次通過第一、二級增強高速驅(qū)動電路2、3與大功率開關(guān)變換電路4的輸入端相連，大功率開關(guān)變換電路4的輸出端與漸進式飽和電路5的輸入端相連，漸進式飽和電路5的輸出端與IGC電流取樣電路6的輸入端相連。如圖1所示。
[0020]FET-CONTROL信號經(jīng)過高精度運放電路I，高精度運放電路I將放大后的誤差信號送到第一級增強高速驅(qū)動電路2，經(jīng)第一級增強高速驅(qū)動電路2進行快速開關(guān)放大后，再送到第二級增強高速驅(qū)動電路3對電壓、電流同步放大，進而滿足大功率MOSFET開關(guān)管的各項驅(qū)動波形要求；大功率開關(guān)變換電路4完成功率轉(zhuǎn)換功能，漸進式飽和電路5實現(xiàn)開關(guān)沖擊電流的動態(tài)抑制功能，而IGC電流取樣電路6則實現(xiàn)多路并聯(lián)電路的總電流控制功能；通過FET-CONTROL信號和IGC電流取樣電路6的共同作用，以及各電路控制參數(shù)、元器件參數(shù)的一致性控制等技術(shù)，最終達到多組并聯(lián)功率電路的快速動態(tài)功率調(diào)整。
[0021]如圖2所示，所述高精度運放電路I包括由第一、二運放NlB、NlA組成的雙運算放大器，第一運放NlB的正相輸入端通過熔斷器Fl接FET-C0NTR0L信號，第一運放NlB的正相輸入端與第二運放NlA的正相輸入端相連,第一運放NlB的反相輸入端與二極管陣列V3的第I引腳相連，二極管陣列V3的第2引腳與第一運放NlB的輸出端相連，二極管陣列V3的第3引腳接第二運放NlA的第8引腳，二極管陣列V13的第I引腳接第二運放NlA的反相輸入端，二極管陣列V13的第2引腳接第二運放NlA的輸出端，二極管陣列V13的第3引腳通過電容C21接地，第一、二運放N1B、N1A的輸出端均與第一級增強高速驅(qū)動電路2的輸入端相連。雙運算放大器具有較低的輸入偏移電壓、輸入偏移電流，且具有較好的偏移電壓溫度系數(shù)，對電流的控制準確度起到一定的保證作用；二極管陣列V3、V13采用對管或者陣列形式，從制造工藝的源頭就保證了元器件參數(shù)的一致性，有效地解決了各調(diào)整管的控制電路工作狀態(tài)一致性問題。電阻Rl、R2、電容Cl、C2和電阻Rl 2、Rl3、電容Cl 1、Cl2，以及雙運算放大器組成RC串聯(lián)負反饋放大電路，由于采取的是RC串聯(lián)負反饋，所以直流增益即為雙運算放大器的開環(huán)增益，而交流增益近似為RC的等效交流阻抗，因此，電流檢測的交、直流反饋系數(shù)都能達到適合本設計的理想?yún)?shù)。
[0022]如圖2所示，所述第一級增強高速驅(qū)動電路2包括MOS管V1、V2、VI1、V12，MOS管Vl的柵極與MOS管V2的柵極相連后接第一運放NIB的輸出端，MOS管Vl的漏極通過電阻R3與MOS管V2的源極相連后接第二級增強高速驅(qū)動電路3的輸入端，MOS管V2的源極通過電阻R6接地，MOS管V2的漏極接地；M0S管Vll的柵極與MOS管V12的柵極相連后接第二運放NlA的輸出端，MOS管Vll的漏極通過電阻R14與MOS管V12的源極相連后接第二級增強高速驅(qū)動電路3的輸入端，MOS管V12的源極通過電阻R17接地，MOS管V12的漏極接地。MOS管V1、V2和MOS管V11、V12的驅(qū)動電流要求極低，因此，可以在幾乎不增加雙運算放大器負載的情況下就能完成電流放電功能。
[0023]如圖2所示，所述第二級增強高速驅(qū)動電路3包括三極管V4、V5、V14、V15，三極管V4、V5的基極相連后通過電阻R5接MOS管V2的源極，三極管V4的發(fā)射極與三極管V5的發(fā)射極相連，大功率開關(guān)變換電路4的輸入端接在三極管V4、V5的發(fā)射極之間，三極管V5的集電極接二極管陣列V8的第I引腳，二極管陣列V8的第3引腳與三極管V15的集電極相連，三極管V15、V14的發(fā)射極相連，大功率開關(guān)變換電路4的輸入端接在三極管V14、V15的發(fā)射極之間，三極管V14、V15的基極相連后通過電阻R16接MOS管V12的源極。
[0024]如圖2所示，所述大功率開關(guān)變換電路4包括MOS管V7、V17，MOS管V7的柵極通過電阻R7接在三極管V4、V5的發(fā)射極之間，MOS管V7的源極與漸進式飽和電路5的輸入端相連；M0S管V17的柵極通過電阻R18接在三極管V14、V15的發(fā)射極之間，MOS管V17的源極與漸進式飽和電路5的輸入端相連。所述漸進式飽和電路5包括漸進式飽和電感L1、LI I，漸進式飽和電感LI的一端通過電阻R9接MOS管V7的源極，漸進式飽和電感LI的另一端接地，電阻RlO的一端與電阻R9相連，電阻RlO的另一端通過電阻Rll接地；漸進式飽和電感Lll的一端通過電阻R20接MOS管V17的源極，漸進式飽和電感Lll的另一端接地，電阻R21的一端與電阻R20相連，電阻R21的另一端通過電阻R22接地。
[0025]如圖2所示，所述IGC電流取樣電路6包括取樣電阻R25，其第I引腳分別與漸進式飽和電感LULll的一端相連，其4腳接電路的輸出正端+0UT，其檢測端即第2、3腳分別與高阻檢測端+Is和-1s相連。由于檢測端接到內(nèi)部極高輸入阻抗的測試回路，使得流經(jīng)測試回路的電流幾乎為零，所以檢測到的電壓基本是取樣電阻本身的壓降，引線電阻和接觸電阻完全可以忽略，從而提高了電流檢測精度。
[0026]漸進式飽和電感L1、Lll采用高精度V形磁芯氣隙工藝設計，不僅使瞬態(tài)調(diào)整電感器，即漸進式飽和電感L1、Lll能夠工作在較大的電流范圍內(nèi)，而且使調(diào)整管，即MOS管V7和V17在開通瞬間能夠無延遲的進入自動快速均流狀態(tài)，因為某一路電流發(fā)生突變時，電感器立即趨向飽和狀態(tài)，該路電流將大大增加，此路負反饋電路將抑制其增加趨勢，從而達到一種良性的動態(tài)均流狀態(tài)，其中，負反饋電路由第一、二運放NlB、NlA及其外圍電路組成。
[0027]以下結(jié)合圖2對本實用新型作進一步的說明。
[0028]電阻Rl、R2、Cl、C2以及R12、R13、Cl 1、C12組成對誤差放大器進行相位補償，確保 輸出環(huán)路穩(wěn)定工作。為了既保證輸出控制精度，又能有效抑制紋波，環(huán)路增益在低頻時應盡可能高，在高頻時應當降低增益。誤差放大器反饋控制見圖3。
[0029]選擇交越頻率為負載最大開關(guān)頻率的1/5，即20kHz。20kHz處輸出電路增益為-40dB。因此，誤差放大器此頻率的增益為+ 40dB。誤差放大器增益為R2/R1。取Rl為IkQ，貝丨J R2 為 IOOkQ。
[0030]為降低高頻增益，以減少尖峰噪聲，取k=5，零點頻率fz = 20/5=4kHz,Cl=(2 3i X 105Χ4Χ ΙΟ3)—1 = 400pF。
[0031]極點在fp=100kHz，則 C2=(2 X IO5X 100X IO3) 一 ^^pF。
[0032]圖4為本實用新型輸出紋波波形(10mV/div)?？梢钥闯?，電源工作穩(wěn)定，輸出紋波滿足設計要求。
[0033]為了提高功率動態(tài)響應速度，各調(diào)整管驅(qū)動采用了兩級增強高速驅(qū)動技術(shù)，考慮到通常驅(qū)動信號的印制板布線可能會產(chǎn)生一定的引線電感L，并且為了防止外部干擾，還是要使用Rg驅(qū)動電阻進行抑制，以克服密勒效應等不利影響因素?？紤]到走線分布電容的影響，這個電阻要盡量靠近MOSFET的柵極。關(guān)于柵極驅(qū)動電阻Rg、引線電感L對于上升時間的影響見表1。
[0034]表1 Rg、L和上升時間關(guān)系表
【權(quán)利要求】
1.一種電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，其特征在于:包括用于接收FET-CONTROL信號的高精度運放電路(I )，其輸出端依次通過第一、二級增強高速驅(qū)動電路(2、3)與大功率開關(guān)變換電路(4)的輸入端相連，大功率開關(guān)變換電路(4)的輸出端與漸進式飽和電路(5)的輸入端相連，漸進式飽和電路(5)的輸出端與IGC電流取樣電路(6)的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，其特征在于:所述高精度運放電路(I)包括由第一、二運放NIB、NlA組成的雙運算放大器，第一運放NlB的正相輸入端通過熔斷器Fl接FET-CONTROL信號，第一運放NlB的正相輸入端與第二運放NlA的正相輸入端相連，第一運放NlB的反相輸入端與二極管陣列V3的第I引腳相連，二極管陣列V3的第2引腳與第一運放NlB的輸出端相連，二極管陣列V3的第3引腳接第二運放NlA的第8引腳，二極管陣列V13的第I引腳接第二運放NlA的反相輸入端，二極管陣列V13的第2引腳接第二運放NlA的輸出端，二極管陣列V13的第3引腳通過電容C21接地，第一、二運放N1B、N1A的輸出端均與第一級增強高速驅(qū)動電路(2)的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，其特征在于:所述第一級增強高速驅(qū)動電路(2)包括MOS管V1、V2、VI1、V12，MOS管Vl的柵極與MOS管V2的柵極相連后接第一運放NlB的輸出端，MOS管Vl的漏極通過電阻R3與MOS管V2的源極相連后接第二級增強高速驅(qū)動電路(3)的輸入端，MOS管V2的源極通過電阻R6接地，MOS管V2的漏極接地；M0S管Vll的柵極與MOS管V12的柵極相連后接第二運放NlA的輸出端，MOS管Vll的漏極通過電阻R14與MOS管V12的源極相連后接第二級增強高速驅(qū)動電路(3)的輸入端，MOS管V12的源極通過電阻R17接地，MOS管V12的漏極接地。
4.根 據(jù)權(quán)利要求3所述的電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，其特征在于:所述第二級增強高速驅(qū)動電路(3)包括三極管V4、V5、V14、V15，三極管V4、V5的基極相連后通過電阻R5接MOS管V2的源極，三極管V4的發(fā)射極與三極管V5的發(fā)射極相連，大功率開關(guān)變換電路(4)的輸入端接在三極管V4、V5的發(fā)射極之間，三極管V5的集電極接二極管陣列V8的第I引腳，二極管陣列V8的第3引腳與三極管V15的集電極相連，三極管V15、V14的發(fā)射極相連，大功率開關(guān)變換電路(4)的輸入端接在三極管V14、V15的發(fā)射極之間，三極管V14、V15的基極相連后通過電阻R16接MOS管V12的源極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，其特征在于:所述大功率開關(guān)變換電路(4)包括MOS管V7、V17，M0S管V7的柵極通過電阻R7接在三極管V4、V5的發(fā)射極之間，MOS管V7的源極與漸進式飽和電路(5)的輸入端相連；M0S管V17的柵極通過電阻R18接在三極管V14、V15的發(fā)射極之間，MOS管V17的源極與漸進式飽和電路(5)的輸入端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，其特征在于:所述漸進式飽和電路(5)包括漸進式飽和電感L1、L11，漸進式飽和電感LI的一端通過電阻R9接MOS管V7的源極，漸進式飽和電感LI的另一端接地，電阻RlO的一端與電阻R9相連，電阻RlO的另一端通過電阻Rll接地；漸進式飽和電感Lll的一端通過電阻R20接MOS管V17的源極，漸進式飽和電感LI I的另一端接地，電阻R21的一端與電阻R20相連，電阻R21的另一端通過電阻R22接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電源陣列模擬器的并聯(lián)均流型快速動態(tài)功率調(diào)整電路，其特征在于:所述IGC電流取樣電路(6)包括取樣電阻R25，其第I引腳分別與漸進式飽和電感L1、Lll的一端相連，其4腳接電路的輸出正端+OUT，其檢測端即第2、3腳分別與高阻檢測端+Is和-1s相 連。
【文檔編號】G05F1/66GK203535529SQ201320503991
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月18日
【發(fā)明者】王文廷, 李斌, 王群, 王俊 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所