一种高效率直流大电流源及其调控方法技术

本发明专利技术提供一种高效率直流大电流源，包括至少一个电流源单件，电流源单件包括电压可调电路、反馈控制电路和电流测量电路；电压可调电路包括至少一个DC‑DC结构，DC‑DC结构包括DC‑DC变换器和电压缓冲电路；电流测量电路包括输出电流测量值输出端和电流输出端。应用本发明专利技术的大电流源，效果是：可将多个电流源或DC‑DC结构并联设置，多个电流源或DC‑DC结构可并行工作，获得更大的电流输出，适用性强；将功率管替换为DC‑DC变换器形式，通过开关电源的方式优化了能源利用效率；电压可调电路可在反馈控制电路的控制下输出较宽范围的稳定电压，提升了电流源对负荷的适应范围。本发明专利技术还公开一种上述大电流源的调控方法，调控过程精简，便于使用。

A high efficiency DC large current source and its control method

To provide a high efficiency DC current source of the invention, including at least one single current source, current source unit includes a voltage adjustable circuit, feedback control circuit and current measuring circuit; voltage adjustable circuit includes at least one DC DC structure, DC DC DC structure includes DC converter and voltage buffer circuit; the current measuring circuit includes the output current measurement value of output and the current output terminal. Large current source, the application effect of the invention is: the multiple current source DC or DC structure arranged in parallel, multiple current sources or DC DC structure can work in parallel to obtain greater output current, strong applicability; the power tube replacement for DC DC converter, energy utilization the efficiency of optimization by switching power supply mode; voltage can be stabilized voltage circuit in the control circuit of the output feedback control of a wide range, enhance the adaptability of current source load. The invention also discloses a method for regulating and controlling the large current source, and the control process is concise and convenient to use.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电学
，特别地，涉及一种高效率直流大电流源及其调控方法。
技术介绍
电流源作为电源的一个类别，是一种基础的电学设备。大电流源在测试领域，如分流器测试、大功率设备测试等，具备广泛的应用。传统的大电流源采用线性稳压方式，效率较低，往往功率巨大，系统庞大，占用大量空间，且对散热要求高，大多为水冷散热。随着开关电源技术的引入，使用开关技术代替线性稳压技术，电源的效率大大提升，功率密度大幅增加，且大大降低了散热需求。DC-DC变换器作为最常用的开关电源技术，获得了广泛应用。DC-DC变换器结构实际上是一种电压源，输出恒定或可调节的电压，其用于系统控制的反馈信号是电压信号，并非电流信号，不能直接作为电流源使用。电流源需要使用电流信号作为反馈信号。现有的电流源的结构主要有以下两种：第一种，如图1所示，电流源采用线性稳压方式，在接阻性负载的情况下，由于负载在特定电流下的压降是固定的，功率管输入电压也是固定的，在控制器的控制下，两者电压之差，会降在功率管上。考虑到电流源要适应一系列的不同负载，输入电压的值(即DC-DC变换器的输出电压)不能太低，这个电压降往往比较可观，造成功率管上承受巨大功耗，需要大量的散热措施，尤其是输出电流比较大的情况下。同时，大量能量作为发热损失掉了，系统效率低下。DC-DC变换器将高直流电压(一般为AC供电经整流后得到)降低为合适的低电压，其输出电压需要高于最大负载阻抗与最大输出电流的乘积。此结构实现更大功率的输出，只能通过增大功率管容量、加强散热等措施，这使得系统的成本大大提升，散热结构设计复杂，且占用大量空间。第二种，如图2所示，此结构是在第一种结构基础上做了改进(第二DC-DC变换器相当于图1中的DC-DC变换器)，为了提升效率引入了开关电源技术，引入的第一DC-DC变换器作为一个电压源，输出电流的调节通过第一DC-DC变换器的输出电压来实现，这个过程需要手动调节，十分不便。另一方面，第一DC-DC变换器最低输出电压是有下限的，如果负载上要求的压降低于此值，则无法输出。这也限制了其应用范围。因此，设计一种具有结构精简、输出效率高且适用性强的高效率直流大电流源具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种具有结构精简、输出效率高且适用性强的高效率直流大电流源，具体技术方案如下：一种高效率直流大电流源，包括一个电流源单件或者至少两个并联设置的电流源单件；所述电流源单件包括电压可调电路、反馈控制电路以及电流测量电路；所述电压可调电路的输入端与电源输入电路连接，其包括一个DC-DC结构或者至少两个并联设置的DC-DC结构，所述DC-DC结构包括可电调节输出的第一DC-DC变换器以及电压缓冲电路；所述反馈控制电路能对输出电流大小进行设定，所述反馈控制电路的输出端与所有的所述第一DC-DC变换器的控制输入端连接；所述第一DC-DC变换器的输出端与同一DC-DC结构中的所述电压缓冲电路的输入端连接，所有的所述电压缓冲电路的输出端均与所述电流测量电路的输入端连接；所述电流测量电路包括输出电流测量值输出端和电流输出端，所述输出电流测量值输出端与所述反馈控制电路连接用于反馈输出电流测量值，所述电流输出端与电流输出电路连接用于输出电流。所述电流测量电路用于测量输出电流的值。以上技术方案中优选的，所述电流源单件还包括第二DC-DC变换器，所述第二DC-DC变换器的输入端与电源输入电路连接，所述第二DC-DC变换器的输出端与所述电压可调电路中所有的所述第一DC-DC变换器的电源输入端连接。以上技术方案中优选的，所述反馈控制电路包括用于比较输出电流设定值和输出电流测量值大小的比较器。以上技术方案中优选的，所述电压缓冲电路包括一个二极管或者至少两个并联设置的二极管；或者是，所述电压缓冲电路包括一组肖特基二极管组或者至少两组并联设置的肖特基二极管组，所述肖特基二极管组包括三个串联设置的肖特基二极管。以上技术方案中优选的，所述电压缓冲电路包括一个二极管以及与所述二极管并联设置的一个开关；所述开关为机械开关以及半导体开关中的至少一种。以上技术方案中优选的，所述电压缓冲电路包括串联设置的三组肖特基二极管组，所述肖特基二极管组包括一个肖特基二极管以及与所述肖特基二极管并联设置的开关；所述开关为机械开关以及半导体开关中的至少一种。以上技术方案中优选的，所述电压缓冲电路包括一个功率管、反馈支路选择电路以及控制开关，所述反馈支路选择电路用于控制所述控制开关连通所述反馈控制电路和所述第一DC-DC变换器或功率管。所述功率管可为BJT、MOSFET、IGBT或其它类型。以上技术方案中优选的，所述电流测量电路包括流过输出电流的电阻以及用于放大所述电阻上压降的放大器；或者是，所述电流测量电路包括电流传感器。应用本专利技术的高效率直流大电流源，效果是：(1)本专利技术的电流源包括一个电流源单件或者至少两个并联设置的电流源单件，所述电压可调电路包括一个DC-DC结构或者至少两个并联设置的DC-DC结构，可根据实际情况将多个电流源并联或者DC-DC结构并联设置，多个电流源或DC-DC结构可同时工作，获得更大的电流输出，适用性强；(2)本专利技术的电流源将功率管替换为DC-DC形式，通过开关电源的方式大大优化能源的利用效率，系统效率大大提升，发热极大减小，散热结构大大简化；(3)本专利技术中电压可调电路(一个或多个DC-DC结构)中采用第一DC-DC变换器和电压缓冲电路的结合，将功率管替换为DC-DC变换器形式，电压可调电路可在反馈控制电路的控制下输出较宽范围的稳定电压，提升了电流源对负荷的适应范围，且便于操作；(4)反馈控制电路中设有比较器、电压缓冲电路的具体结构以及电流测量电路的具体结构，部件容易获得，结构精简，且能实现所需功能，实用性强；(5)所述电压缓冲电路的结构多种多样，能满足其上压降的控制即可，实用性强。本专利技术还公开一种上述高效率直流大电流源的调控方法，具体包括以下步骤：步骤a、连接好电压可调电路、反馈控制电路以及电流测量电路；若存在第二DC-DC变换器，连接好电压可调电路、反馈控制电路、电流测量电路以及第二DC-DC变换器；步骤b、设定反馈控制电路输入端的输出电流设定值；步骤c、通过反馈控制电路中的比较器对输出电流设定值和输出电流测量值的大小进行比较：若输出电流设定值与输出电流测量值不相等，则进行调整；若输出电流设定值与输出电流测量值相等，则比较器的控制电压稳定下来，电压可调电路的输出电压确定；所述调整具体是：若输出电流设定值大于输出电流测量值，则比较器输出一个控制电压，控制所述电压可调电路减小输出电压；若输出电流设定值小于输出电流测量值，则比较器输出一个控制电压，控制所述电压可调电路增大输出电压。为了达到更好的技术效果，还包括对电压可调电路输出的电压值进行检测作为开关切换的依据，通过控制电压缓冲电路中开关的打开或关闭来控制电压可调电路输出的电压值的大小；或者是，或通过检测电流输出端的电压值作为开关切换的依据，通过控制电压缓冲电路中开关的打开或关闭来控制电流输出端的电压值的大小。避免能量的浪费，提升整体效率。应用本专利技术的调控方法，效果是：(1)调控步骤精简，便于实际应用；(2)利用电压可调电路的属性，直接通过改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率直流大电流源，其特征在于：包括一个电流源单件或者至少两个并联设置的电流源单件；所述电流源单件包括电压可调电路(1)、反馈控制电路(2)以及电流测量电路(3)；所述电压可调电路(1)的输入端与电源输入电路连接，其包括一个DC‑DC结构(1.1)或者至少两个并联设置的DC‑DC结构(1.1)，所述DC‑DC结构(1.1)包括可电调节输出的第一DC‑DC变换器(1.11)以及电压缓冲电路(1.12)；所述反馈控制电路(2)能对输出电流大小进行设定，所述反馈控制电路(2)的输出端与所有的所述第一DC‑DC变换器(1.11)的控制输入端连接；所述第一DC‑DC变换器(1.11)的输出端与同一DC‑DC结构(1.1)中的所述电压缓冲电路(1.12)的输入端连接，所有的所述电压缓冲电路(1.12)的输出端均与所述电流测量电路(3)的输入端连接；所述电流测量电路(3)包括输出电流测量值输出端(3.1)和电流输出端(3.2)，所述输出电流测量值输出端(3.1)与所述反馈控制电路(2)连接用于反馈输出电流测量值，所述电流输出端(3.2)与电流输出电路连接用于输出电流。

【技术特征摘要】
1.一种高效率直流大电流源，其特征在于：包括一个电流源单件或者至少两个并联设置的电流源单件；所述电流源单件包括电压可调电路(1)、反馈控制电路(2)以及电流测量电路(3)；所述电压可调电路(1)的输入端与电源输入电路连接，其包括一个DC-DC结构(1.1)或者至少两个并联设置的DC-DC结构(1.1)，所述DC-DC结构(1.1)包括可电调节输出的第一DC-DC变换器(1.11)以及电压缓冲电路(1.12)；所述反馈控制电路(2)能对输出电流大小进行设定，所述反馈控制电路(2)的输出端与所有的所述第一DC-DC变换器(1.11)的控制输入端连接；所述第一DC-DC变换器(1.11)的输出端与同一DC-DC结构(1.1)中的所述电压缓冲电路(1.12)的输入端连接，所有的所述电压缓冲电路(1.12)的输出端均与所述电流测量电路(3)的输入端连接；所述电流测量电路(3)包括输出电流测量值输出端(3.1)和电流输出端(3.2)，所述输出电流测量值输出端(3.1)与所述反馈控制电路(2)连接用于反馈输出电流测量值，所述电流输出端(3.2)与电流输出电路连接用于输出电流。2.根据权利要求1所述的高效率直流大电流源，其特征在于：所述电流源单件还包括第二DC-DC变换器(4)，所述第二DC-DC变换器(4)的输入端与电源输入电路连接，所述第二DC-DC变换器(4)的输出端与所述电压可调电路(1)中所有的所述第一DC-DC变换器(1.11)的电源输入端连接。3.根据权利要求1-2任意一项所述的高效率直流大电流源，其特征在于：所述反馈控制电路(2)包括用于比较输出电流设定值和输出电流测量值大小的比较器(2.1)。4.根据权利要求3所述的高效率直流大电流源，其特征在于：所述电压缓冲电路(1.12)包括一个二极管(r1)或者至少两个并联设置的二极管(r1)；或者是，所述电压缓冲电路(1.12)包括一组肖特基二极管组或者至少两组并联设置的肖特基二极管组，所述肖特基二极管组包括三个串联设置的肖特基二极管(r2)。5.根据权利要求3所述的高效率直流大电流源，其特征在于：所述电压缓冲电路(1.12)包括一个二极管(r1)以及与所述二极管(r1)并联设置的一个开关(r3)；所述开关(r3)为机械开关以及半导体开关中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永刚，翟昌伟，
申请(专利权)人：湖南银河电气有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43