一种二端串联型自供电数控大功率直流可调稳流装置，它包含四个应用电路模块：功率放大和稳流反馈电路(1)，精密稳压电源模块(2)，数控稳流调节模块(3)和稳流控制和放大驱动模块(4)，它们彼此互相连接；本发明专利技术可实现几百伏电压的大功率稳流供电，电流稳定性较好；有较大的工作电压范围和负载变化范围；数控调节，留有微机控制接口（TTL电平），便于实现智能化和程控。有过压保护功能，防止瞬间高压引起功率管T击穿。它在稳流、稳压电路结构技术领域里有较好的实用价值和广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种二端串联型自供电数控大功率直流可调稳流装置(结构框图如图I所示)，装置工作电压可达几百伏。特别涉及装置中采用精密稳压集成电路组成精密稳压电源模块(2)，以及采用数字电位器组成数字稳流调节模块(3)，属于稳流、稳压电路结构
技术介绍
通常稳流电源是在稳压电源的基础上实现的，稳压部分一般采用半导体稳压二极管或三端专用稳压器件如78XX系列构成，稳流电源工作时应允许负载短路。稳压二极管的稳压特性较差，构成的稳流电源效果不好。78XX系列稳压器件耐压为40V，用它构成的稳流电源输入电压不能超过40V，只能用于负载电阻较小或稳流电流较小的环境。若要求稳流电源的工作电压达到数百伏，其电路结构复杂，成本高。这类稳流电源的控制部分有专用供电系统。若需要将普通高压整流电源升级改造成高压大功率稳流电源，如镀膜机电源，采用这类装置会增加改造的复杂性，设计难度和制作成本。本设计二端串联型稳流电路利用功率三极管或场效应晶体管的变阻特性，根据负载或输入电压的变化自动调节输出回路总电阻，达到稳流效果，控制部分电源采用自供电结构。一种基本二端串联型稳流电路如图2所示，该稳流电源可直接插入原无稳压稳流的直流电源供电系统中，实现稳流供电，如对溅射镀膜机的镀膜或励磁线圈的恒流供电。该稳流电路最大能承受约数百伏的输入电压。图2所示电路的功能简述如下功率放大和稳流反馈由功率器件T和采样电阻Rf为主体部件，T选用大功率MOS管作为稳流电路调整管，直接串联在直流供电回路中，根据负载或输入电压的变化自动调节输出电阻，达到稳流的效果。电阻Rf为稳流采样电阻，稳流控制信号从Rf上取出，经前置放大器比较放大后控制VMOS管输出。稳压电源由电阻R3和稳压二极管D组成。稳压输出的稳定性直接决定了稳流电路的电流稳定性。仅由R3和D构成的稳压电路输出电压随电流波动大，稳定效果差。为提高电压稳定性，一般采用稳压二极管、三端稳压集成电路78XX组合实现稳压。该类型电路的主要缺点是工作电流较大大，输入电压增高时导致电阻R3上功耗迅速增大,实际应用时工作电压动态范围小,系统功耗较大。稳流调节通过调节图2中电位器W抽头的位置改变电路的稳流值。稳流控制和放大驱动提高稳流控制灵敏度。具体结构可参考图7。
技术实现思路
本专利技术提供一种二端串联型自供电数控大功率直流可调稳流装置，该装置与上述基本串联型稳流电源比较，实现了数控调节，并且留出微机控制接口(TTL电平)，便于实现智能化和程控。电流稳定性较好；允许较高工作电压、较大负载电阻的工作环境；增加了过压保护功能，防止功率管T因意外引起击穿损坏。该装置可实现高至几百伏电压的大功率稳流供电。本专利技术一种二端串联型自供电数控大功率直流可调稳流装置，结构框图如图I所示，它包含4个应用电路模块功率放大和稳流反馈电路(1)，精密稳压电源模块(2)，数控稳流调节模块(3)，稳流控制和放大驱动模块(4)。它们彼此互相连接。图3给出了二端口稳流装置的具体电路和元器件型号、规格。该装置仅有两个端口 V+和V-。应用时V+与供电电源“ + ”端相连,V-与负载相连,负载的另一端与供电电源的端相连。装置本身不需要单独供电。装置设有反接保护和过压保护。反接保护由整流二极管Dl实现，防止电源端口接反引起电路损坏。过压保护由压敏电阻RV实现，保护功率管T不被击穿损坏。 图中Dl :根据需要可选1N4007(工作电流彡1A)，或1N540X (工作电流彡3A)等整流二极管。RV :压敏电阻，可选MYG型压敏电阻，其标称工作电压应低于管子T的击穿电压Vdss，可取 . ^^dss °图3给出了模块之间的位置连接关系和连接方式。附图4，5，6，7是图3的分割细化，便于模块功能的理解。根据图3中电路引线定义符号或图4 7中电路引出端口符号，它们之间的位置连接关系是I.工作时该稳流装置串联接入负载回路中，二极管Dl正端D+与装置端口 V+相连，负端D-与电路⑴的Td端相连；压敏电阻VR并联在装置端口 V+、V-两端。V+与供电电源“ + ”端相连，V-端与负载相连，负载的另一端与供电电源端相连。2.功率放大和稳流反馈电路(I)的Td端与保护二极管D-端相连，输入端Tin与稳流控制和放大驱动模块(4)的输出端Ao相连，Rf+端与稳流控制和放大驱动模块(4)的In-端相连，Rf-端与该稳流装置V-端相连。3.精密稳压电源模块(2)中的输入Win端与保护二极管负端D-相连，公共端W-与该稳流装置的V-输入端相连，输出Wol端与稳流控制和放大驱动模块(4)的A+端相连，输出Wo2端与数控稳流调节模块(3)的P+端相连。4.数控稳流调节模块(3)的P+端与精密稳压电源模块(2)的Wo2端相连，P-端与稳流控制和放大驱动模块(4)的A-端相连。Pw端与稳流控制和放大驱动模块(4)的IN+端相连。5.稳流控制和放大驱动模块⑷的正输入端IN+与数控稳流调节模块(3)中的Pw端相连，负输入端IN-与功率放大和稳流反馈电路(I)的Rf+相连;Ao端接电路(I)的输入Tin端，A+端接精密稳压电源模块(2)的Wol端，A-端与该稳流装置V-端相连。图3，图4，图5，图6，图7电路工作说明如下所述功率放大和稳流反馈电路(I):见图4或图3，以VMOS管T为主要器件，由T、采样电阻Rf、保护电阻R9、RlO组成。其连接关系是R9的一端作为该电路(I)的输入端Tin,另一端与R10、T的栅极G相连，T的漏极D作为该电路(I)的电源正端Td，T的源极S与电阻Rf、RlO相连作为该电路(I)的反馈端Rf+，电阻Rf的另一端作为该电路(I)的电源负端Rf-。功率调整管的选取该电路⑴中T为大功率VMOS管，根据需要选择管子。对于瞬间最高工作电压彡750V (负载短路时)的环境，可采用8N90C (极限参数ID = 6A，VDSS =900V,Pd = 170W)或类似的管子。对于瞬间最高工作电压彡150V (负载短路时)的环境，可采用IRFP250N (极限参数ID = 30A，Vdss = 200V，PD = 210W)或类似的管子。上述VMOS管必须安装在表面积足够大的镀黑铝散热片上，并采用强迫风冷散热。降低VMOS管上的工作电压可大幅度降低本装置的功耗，提高可靠性。因此正常工作时，应尽量调低装置两端的输入电压。若调整管T采用并联结构，可以提高装置的稳流功率。Rf是电流采样电阻，为精密线绕电阻，其阻值和功率由最大稳流值Imax决定。Rf选择先确定装置最大工作时稳定电流Imax, Rf应满足下式 Rf ^ 5/Imax(I)公式(I)决定了 Rf的上限值，电阻上功耗大时，需将它安装在散热片上。该功率放大和稳流反馈电路(I)共有4个端口 Tin，Rf+，Td和Rf-。所述精密稳压电源模块(2):见图5或图3，是由限流电阻Rl，精密稳压集成电路D2、D3(TL431)及外接电阻R2、R3、R4、R5，滤波电容Cl、C2、C3组成。D2、D3为串联结构，提供5V(Wo2输出)和10. 5V(ffol输出)稳压电压。其之间连接关系是电阻Rl的一端作为该模块(2)的输入端Win ；D2的阴极与Rl的另一端、分压电阻R2及电容C1、C3正极相连，并作为该模块(2)的10. 5V本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二端串联型自供电数控大功率直流可调稳流装置，其特征在于：它包含4个应用电路模块：功率放大和稳流反馈电路(1)，精密稳压电源模块(2)，数控稳流调节模块(3)和稳流控制和放大驱动模块(4)，它们彼此互相连接；1）工作时该稳流装置串联接入负载回路中，二极管D1正端D+与装置端口V+相连，负端D？与功率放大和稳流反馈电路(1)的Td端相连；压敏电阻VR并联在装置端口V+、V？两端，V+与供电电源“+”端相连，V？端与负载相连，负载的另一端与供电电源“？”端相连；2）功率放大和稳流反馈电路(1)的Td端与保护二极管D？端相连，输入端Tin与稳流控制和放大驱动模块(4)的输出端Ao相连，Rf+端与稳流控制和放大驱动模块(4)的In？端相连，Rf？端与该稳流装置V？端相连；3）精密稳压电源模块(2)中的输入Win端与保护二极管负端D？相连，公共端W？与该稳流装置的V？输入端相连，输出Wo1端与稳流控制和放大驱动模块(4)的A+端相连，输出Wo2端与数控稳流调节模块(3)的P+端相连；4）数控稳流调节模块(3)的P+端与精密稳压电源模块(2)的Wo2端相连，P？端与稳流控制和放大驱动模块(4)的A？端相连，Pw端与稳流控制和放大驱动模块(4)的IN+端相连；5）稳流控制和放大驱动模块(4)的正输入端IN+与数控稳流调节模块(3)中的Pw端相连，负输入端IN？与功率放大和稳流反馈电路(1)的Rf+相连；Ao端接电路(1)的输入Tin端，A+端接精密稳压电源模块(2)的Wo1端，A？端与该稳流装置V？端相连；应用时v+与供电电源“+”端相连，V？与负载相连，负载的另一端与供电电源的“？”端相连，该稳流装置本身不需要单独供电；所述功率放大和稳流反馈电路(1)：以VMOS管T为主要器件，由T、采样电阻Rf、保护电阻R9、R10组成，R9的一端作为该电路(1)的输入端Tin，另一端与R10、T的栅极G相连，T的漏极D作为该电路(1)的电源正端Td，T的源极S与电阻Rf、R10相连作为该电路(1)的反馈端Rf+，电阻Rf的另一端作为该电路(1)的电源负端Rf？；该该功率放大和稳流反馈电路(1)共有4个端口：Tin，Rf+，Td和Rf？；所述精密稳压电源模块(2)：是由限流电阻R1，精密稳压集成电路D2、D3即TL431及外接电阻R2、R3、R4、R5，滤波电容C1、C2、C3组成，D2、D3为串联结构，提供5V和10.5V的稳压电压；电阻R1的一端作为该模块(2)的输入端Win；D2的阴极与R1的另一端、分压电阻R2及电容C1、C3正极相连，并作为该模块(2)的10.5V输出端Wo1；D2的调整端与R2的另一端及R3相连；D2的阳极与R3、C1的另一端及D3的阴极、R4、C2相连，并作为该模块(2)的5V输出端Wo2；D3的调整端与R4的另一端及R5相连；D3的阳极与R5、C2的另一端及C3的负极相连，并作为该模块(2)的公共端W？；该精密稳压电源模块(2)共有4个端口：输入端Win，输出端Wo1、Wo2，公共端W？；所述数控稳流调节模块(3)：由数字电位器U2X9C103和电阻R11、R12，轻触开关S1、S2组成，数字电位器U2X9C103的8脚Vcc接R11和精密稳压电源模块(2)的Wo2(5V)端，R11的另一端接3脚VH；6脚VL接R12，R12的另一端接4脚Vss；7脚/CS接4脚Vss，2脚U/D和1脚/INC分别接轻触键S2和S1，并引出作为微机控制端口UD和INC；轻触键S1和S2的另一端接4脚Vss，4脚Vss引出线作为该模块(3)的P？端；8脚Vcc引出线作为P+端；5脚Vw引出线作为Pw端；该数控稳流调节模块(3)有五个端口：P+、P？和Pw和微机控制端口INC和UD；所述稳流控制和放大驱动模块(4)：由低功耗单电源运放U1即LM358，正端输入电阻R6、负端输入电阻R7和负反馈电阻R8组成标准直流放大器，实现对稳流控制信号的比较和放大；该U1的正输入端引脚3与正端输入电阻R6相连，该R6的另一端作为该模块(4)的输入端IN+；该U1的负输入端引脚2与负端输入电阻R7、负反馈电阻R8相连，该R7的另一端作为该模块(4)的输入端IN？；该U1输出端引脚1与该R8的另一端相连，作为该模块(4)的输出端Ao；该U1的引脚8是该模块(4)的电源正端A+，该U1的引脚4是该模块(4)的公共端A？，该稳流控制和放大驱动模块(4)共有5个端口：IN+，IN？，Ao，A+和A？。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闵子建，袁慧梅，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。