專利名稱：高精度大功率恒流源及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度大功率恒流源，本發(fā)明還涉及該電路高精度大功率恒流源輸出的實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
恒流源根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同可分為線性(線性調(diào)節(jié))恒流源和開關(guān)式(PWM調(diào)節(jié))恒流源，其中線性恒流源包括線性調(diào)節(jié)管和線性恒流控制電路，開關(guān)式恒流源包括開關(guān)調(diào)節(jié)管和PWM恒流控制電路。前者通過改變調(diào)節(jié)管的管壓降來實現(xiàn)恒流控制，恒流精度高，但受調(diào)節(jié)管功耗(最大管壓降與恒流值的乘積)的限制，恒流源功率小，后者通過改變調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比來實現(xiàn)恒流控制，恒流精度相對較差，但功率大(調(diào)節(jié)管工作在開關(guān)狀態(tài)功耗小)。
目前大功率恒流源通過線性恒流源與開關(guān)式恒流源的并聯(lián)來實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)上線性調(diào)節(jié)管與開關(guān)調(diào)節(jié)管采并聯(lián)結(jié)構(gòu)，線性恒流調(diào)節(jié)與開關(guān)恒流調(diào)節(jié)獨立進行，電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。恒流源功率為兩者之和，恒流精度由兩者共同決定，優(yōu)于單獨的開關(guān)式恒流源，但單獨的劣于線性恒流源。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高精度大功率恒流源電路，本發(fā)明的另一個目的在于提供該電路高精度大功率恒流源輸出的實現(xiàn)方法。
本發(fā)明目的可通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn)一種高精度大功率恒流源，包括線性恒流源與開關(guān)式恒流源，其特征在于線性恒流源與開關(guān)式恒流源互相串聯(lián)，從線性恒流源輸入，開關(guān)式恒流源輸出到負載。
本發(fā)明在所述的線性恒流源與開關(guān)式恒流源之間連接用于減小電流紋波的高頻濾波器。
本發(fā)明在所述的開關(guān)式恒流源與負載之間連接用于減小電流紋波的高頻濾波器。
一種上述電路高精度大功率恒流源輸出的實現(xiàn)方法，采用線性恒流源中的線性調(diào)節(jié)管實現(xiàn)恒流調(diào)節(jié)，根據(jù)輸出電流的大小，調(diào)節(jié)線性調(diào)節(jié)管的激勵電流或電壓(由調(diào)節(jié)管的類型決定)進行恒流控制，線性調(diào)節(jié)管工作在線性放大狀態(tài)，以實現(xiàn)高精度恒流調(diào)節(jié)；另一方面，通過開關(guān)式恒流源中脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)節(jié)改變開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比(占空比)來控制線性調(diào)節(jié)管的管壓降，當線性調(diào)節(jié)管管壓降增大時，減小開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比(導通時間減少，關(guān)斷時間增多)，開關(guān)調(diào)節(jié)管的等效阻抗變大，使線性調(diào)節(jié)管管壓降減小，當線性調(diào)節(jié)管管壓降減小時，增大開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比，開關(guān)調(diào)節(jié)管的等效阻抗變小，使線性調(diào)節(jié)管管壓降增大，實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)管管壓降的控制，并把線性調(diào)節(jié)管的管壓降控制在較小值，以減小調(diào)節(jié)管的功耗，實現(xiàn)恒流源的大功率輸出。
本發(fā)明所述的調(diào)節(jié)管可采用電流控制型的器件如晶體三極管半導體功率器件，也可采用電壓控制型的半導體功率器件如IGBT管、MOSFET管。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下(1)線性調(diào)節(jié)管與開關(guān)調(diào)節(jié)管采用串聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)串聯(lián)電路的特點，恒流精度由線性調(diào)節(jié)管的調(diào)節(jié)精度決定，恒流精度高，達到線性恒流源的精度水平。
(2)通過改變所串聯(lián)的開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比，實現(xiàn)對線性調(diào)節(jié)管管壓降的控制，并控制在較小值，解決了線性恒流源功率小的問題，恒流源功率接近開關(guān)式恒流源。
圖1為現(xiàn)有恒流源電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的高精度大功率恒流源電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為電池恒流充放電電氣原理圖。
圖4為PWM恒流控制電路原理圖。
具體實施例方式
如圖2所示，本發(fā)明包括線性恒流源與開關(guān)式恒流源，線性恒流源與開關(guān)式恒流源互相串聯(lián)，從線性恒流源輸入，開關(guān)式恒流源輸出到負載。在線性恒流源與開關(guān)式恒流源之間及開關(guān)式恒流源與負載之間加接減小電流紋波的高頻濾波器，其中線性恒流源包括線性調(diào)節(jié)管和線性恒流控制電路，開關(guān)式恒流源包括開關(guān)調(diào)節(jié)管和PWM恒流控制電路。
上述電路中恒流調(diào)節(jié)由線性調(diào)節(jié)管實現(xiàn)，根據(jù)輸出電流的大小，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)管的激勵電流或電壓(由調(diào)節(jié)管的類型決定)進行恒流控制，線性調(diào)節(jié)管工作在線性放大狀態(tài)，可方便實現(xiàn)高精度恒流調(diào)節(jié)，另一方面，通過PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)節(jié)改變開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比(占空比)來控制線性調(diào)節(jié)管的管壓降，當線性調(diào)節(jié)管管壓降增大時，減小開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比(導通時間減少，關(guān)斷時間增多)，開關(guān)調(diào)節(jié)管的等效阻抗變大，使線性調(diào)節(jié)管管壓降減小，當線性調(diào)節(jié)管管壓降減小時，增大開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比，開關(guān)調(diào)節(jié)管的等效阻抗變小，使線性調(diào)節(jié)管管壓降增大，實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)管管壓降的控制，并把線性調(diào)節(jié)管的管壓降控制在較小值，以減小調(diào)節(jié)管的功耗，實現(xiàn)恒流源的大功率輸出。調(diào)節(jié)管可采用電流控制型的器件如晶體三極管半導體功率器件，也可采用電壓控制型的半導體功率器件如IGBT管、MOSFET管。
如圖2所示，本發(fā)明的應(yīng)用實例——大容量電池恒流充放電電路。在圖中，三極管T1、T2、T3組成線性調(diào)節(jié)管，運算放大器IC1、IC2、IC3組成線性恒流控制電路，其中IC2組成電流給定電路，IC3組成電流檢測電路，IC1組成電流控制電路，工作時檢測電阻R4上的電壓，當電流I增大時，R4上的電壓也增大，IC3的輸出電壓增大，IC1的輸電壓減小，線性調(diào)節(jié)管的基極電流減小，管壓降增大，最終使電流值I回到原來位置，反之亦然，從而實現(xiàn)恒流線性控制。
IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4(包括其內(nèi)部二極管)組成開關(guān)調(diào)節(jié)管電路(全橋結(jié)構(gòu))，實現(xiàn)恒流開關(guān)調(diào)節(jié)。在恒流充電模式中，同時組成PWM整流器，對電網(wǎng)電壓進行整流，為充電電路提供輸出電壓可控的直流電壓，輸出電壓的大小受線性調(diào)節(jié)管管壓降的控制，當電流I增大、線性調(diào)節(jié)管管壓降增大時，PWM控制電路(如圖4)減小PWM信號的占空比，使輸出電壓降低，最終使線性調(diào)節(jié)管管壓降回到原來位置，反之亦然，從而實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)管管壓降的自動控制。在恒流放電模式中，Q1、Q2、Q3、Q4同時組成SPWM正弦波逆變電路，將電池放電能回饋到電網(wǎng)，回饋電壓的大小受線性調(diào)節(jié)管管壓降的控制，當電流I增大、線性調(diào)節(jié)管管壓降增大時，PWM控制電路(如圖4)減小PWM信號的占空比，使回饋電壓降低，回饋電流減小，逆變電路AB端等效電阻增大，最終使線性調(diào)節(jié)管管壓降回到原來位置，反之亦然，從而實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)管管壓降的自動控制。
如圖4的PWM恒流控制電路原理圖所示，要求PWM信號的占空比隨線性調(diào)節(jié)管管壓降變化，當線性調(diào)節(jié)管管壓降增大時，減小PWM信號的占空比，反之增大PWM信號的占空比，為圖3中的Q1、Q2、Q3、Q4開關(guān)調(diào)節(jié)管提供PWM控制信號。單片機IC1、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器IC2、運算放大器IC3、比較器IC9組成正弦波調(diào)制信號生成電路，調(diào)制信號與電網(wǎng)正弦波同步，并且在充電模式中調(diào)制信號與電網(wǎng)正弦波反相，在放電模式中調(diào)制信號與電網(wǎng)正弦波同相，運算放大器IC8組成線性調(diào)節(jié)管管壓降反相控制電路，根據(jù)管壓降的大小控制正弦波調(diào)制信號的幅值。運算放大器IC4組成三角波發(fā)生電路，單片機IC1輸出一20KHz方波經(jīng)IC4轉(zhuǎn)換為三角波。比較器IC5、IC6組成比較電路，將三角波與正弦波調(diào)制信號進行比較，分別產(chǎn)生控制左右兩橋臂高端開關(guān)管Q1、Q3的兩路PWM信號P1與P2，再分別將P1、P2進行反相并進行死區(qū)處理(使高低端的觸發(fā)信號存在死區(qū)，高低端開關(guān)管不能同時導通)，產(chǎn)生控制左右兩橋臂低端開關(guān)管Q2、Q4的另兩路PWM信號/P1與/P2。IC14、IC15、IC16、IC17組成四路驅(qū)動電路，對四路PWM信號進行驅(qū)動，以滿足IGBT管對觸發(fā)信號的要求。當線性調(diào)節(jié)管管壓降增大時，運算放大器IC8的輸出電壓降低，D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器IC2的基淮電壓降低，正弦波調(diào)制信號的幅值變小，使PWM信號的占空比減??；而當線性調(diào)節(jié)管管壓降減小時，運算放大器IC8的輸出電壓增大，D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器IC2的基淮電壓增大，正弦波調(diào)制信號的幅值變大，使PWM信號的占空比增大，從而實現(xiàn)PWM信號的控制。
上述圖3與圖4之間通過連接器J6連接管壓降信號；通過連接器J12連接電網(wǎng)同步信號；通過連接器P1、/P1、P2及/P2連接PWM信號。
在充電在充電模式中，負載是電池，L1與C4、C5組成高頻濾波器，以減小電流紋波。
在放電電模式中，負載是電網(wǎng)，L1與C4、C5及L2與變壓器T的分布電容分別組成高頻濾波器，以減小電流及電壓紋波。
權(quán)利要求
1.一種高精度大功率恒流源，包括線性恒流源與開關(guān)式恒流源，其特征在于線性恒流源與開關(guān)式恒流源互相串聯(lián)，從線性恒流源輸入，開關(guān)式恒流源輸出到負載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度大功率恒流源，其特征在于在所述的線性恒流源與開關(guān)式恒流源之間連接用于減小電流紋波的高頻濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度大功率恒流源，其特征在于在所述的開關(guān)式恒流源與負載之間連接用于減小電流紋波的高頻濾波器。
4.一種上述電路高精度大功率恒流源輸出的實現(xiàn)方法，其特征在于采用線性恒流源中的線性調(diào)節(jié)管實現(xiàn)恒流調(diào)節(jié)，根據(jù)輸出電流的大小，調(diào)節(jié)線性調(diào)節(jié)管的激勵電流或電壓進行恒流控制，線性調(diào)節(jié)管工作在線性放大狀態(tài)，以實現(xiàn)高精度恒流調(diào)節(jié)；通過開關(guān)式恒流源中脈沖寬度調(diào)制調(diào)節(jié)改變開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比來控制線性調(diào)節(jié)管的管壓降，當線性調(diào)節(jié)管管壓降增大時，減小開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比，開關(guān)調(diào)節(jié)管的等效阻抗變大，使線性調(diào)節(jié)管管壓降減小，當線性調(diào)節(jié)管管壓降減小時，增大開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比，開關(guān)調(diào)節(jié)管的等效阻抗變小，使線性調(diào)節(jié)管管壓降增大，實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)管管壓降的控制；并把線性調(diào)節(jié)管的管壓降控制在較小值，以減小調(diào)節(jié)管的功耗，實現(xiàn)恒流源的大功率輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的調(diào)節(jié)管采用電流控制型的器件或電壓控制型的半導體功率器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度大功率恒流源及其實現(xiàn)方法，包括線性恒流源與開關(guān)式恒流源，線性恒流源與開關(guān)式恒流源互相串聯(lián)，從線性恒流源輸入，開關(guān)式恒流源輸出到負載。本發(fā)明線性調(diào)節(jié)管與開關(guān)調(diào)節(jié)管采用串聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)串聯(lián)電路的特點，恒流精度由線性調(diào)節(jié)管的調(diào)節(jié)精度決定，恒流精度高，達到線性恒流源的精度水平；通過改變所串聯(lián)的開關(guān)調(diào)節(jié)管的開關(guān)時間比，實現(xiàn)對線性調(diào)節(jié)管管壓降的控制，并控制在較小值，解決了線性恒流源功率小的問題，恒流源功率接近開關(guān)式恒流源。
文檔編號H02M3/04GK1858979SQ20061003557
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月23日
發(fā)明者林仲帆 申請人:廣州電器科學研究院