一种二端串联型宽电压自供电高压大功率直流可调稳流装置制造方法及图纸

一种二端串联型宽电压自供电高压大功率直流可调稳流装置，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)，稳流调节电路(3)，稳流控制和放大驱动模块(4)，它们之间彼此相互连接。该稳流装置结构简单，稳流特性好，不需要单独电源供电。将该装置直接串联接入原无稳压、稳流的直流电源供电系统中，可实现稳流供电，稳定电流值采用轻触键数控可调，并留有微机接口。工作电流由LED数字显示，使用方便。该装置可用于大功率、高压、大电流的工作条件下，特别适用于对原无稳流功能的电源进行改造。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种二端串联型宽电压自供电高压大功率直流可调稳流装
本技术涉及一种二端串联型宽电压自供电高压大功率直流可调稳流装置(结构框图如图I所示)，特别涉及装置中稳压电源模块(2)中采用的精密稳压电源和功率放大部分(I)采用具有垂直芯片表面导电沟道的功率MOSFET(VMOS)器件的多管并联方式应用， 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。这类高压稳流电源装置的控制系统一般要单独设计制作稳压电源系统。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。稳压输出给分压电路和前置放大器供电。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构成的稳压电路其稳压效果差。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，输入电压增高时导致电阻R3上功耗迅速增大，工作电压动态范围小，系统功耗大。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。前置放大器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。二端串联型稳流电路的结构框图如图I所示，影响稳流效果和可靠性的主要因素有放大器的性能、稳压电源模块的性能等。
技术实现思路
本技术提供一种二端串联型宽电压自供电高压大功率直流可调稳流装置。该装置的优点是不需要单独供电；电流稳定性较好；允许较高工作电压、较宽的工作电压范围、较大负载电阻的工作环境；有过压保护功能。该装置可实现几百伏电压的大功率稳流供电。功率管T可多管并联使用，提高输出功率。工作时该稳流电源装置串联接入负载回路中，装置有过压保护和反接保护。过压保护由压敏电阻RV实现，保护功率管T不被击穿损坏。反接保护由整流二极管Dl实现，防止端口电源接反损坏装置。本技术稳流装置的结构框图如图I所示，它包含4个具体的应用电路模块功率放大和稳流反馈电路(I)，精密稳压电源模块(2)，稳流调节电路(3)，稳流控制和放大驱动模块(4)。它们之间彼此相互连接。图3给出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端相连。图3还给出了模块之间的位置连接关系和连接方式。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. 二极管Dl正端与端口 V+相连，负端与功率放大和稳流反馈电路(I)的Td端相连；压敏电阻VR并联在装置端口 V+、V-两端。图中Dl :根据需要可选1N4007(工作电流彡1A)或1N5408(工作电流彡3A)等整流二极管。压敏电阻RV: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 . VDSS。2.功率放大和稳流反馈电路⑴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⑵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，Wo端与稳流调节电路(3)的P+、稳流控制和放大驱动模块(4)的A+端相连。4.稳流调节电路(3)的P+端与精密稳压电源模块(2) Wo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+接稳流调节电路(3)中的Pw端，负输入端IN-接功率放大和反馈电路(I)的Rf+端；稳流控制和放大驱动模块(4)的Ao端接功率放大和稳流反馈电路(I)的输入Tin端，A+端接精密稳压电源模块(2)的Wo端，A-端与该稳流装置V-端相连；图3，图4，图5，图6，图7的模块或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、R10和均流电阻RS组成。功率调整管T的个数根据需要可以是I个，2个，……，η个；相应地电阻RS为O个，2个，……，η个。RS的取值与T中流过的最大工作电流值有关，一般取O. 5 I Ω。以图4为例，共用了二个VMOS管Tl、Τ2。其之间的连接关系是R9的一端作为电路(I)的“ + ”输入端Tin，另一端与R10、T1、T2的栅极G1、G2相连，T1、T2的漏极D1、D2并联作为功率放大和稳流反馈电路(I)的电流输入端Td，Tl、T2的源极分别与电阻RSl、RS2 相连，RSU RS2的另一端连接在一起且与电阻Rf、RlO相连作为功率放大和稳流反馈电路 ⑴的反馈端Rf+，电阻Rf的另一端为功率放大和稳流反馈电路⑴的端Rf-。功率调整管的选取该功率放大和稳流反馈电路(I)中T为大功率VMOS管，根据需要可选择主要指标漏一源击穿电压Vdss高，最大连续漏极电流Id大，最大耗散功率 Pd彡150W的管子。电源最高电压彡700V时，可采用FQP8N90C(FAIRCHILD公司功率M0SFET， 主要极限参数为ID = 6A，Vdss = 900V, Pd = 170W)或 IXFX 24N100CIXYS 公司功率 MOSFET， 主要极限参数为ID25 = 24A, Vdss = 1000V,PD = 560W)，并采用强迫风冷散热。电源最高电压彡150V时，可采用IRFP250N (IR公司功率M0SFET，主要极限参数为ID = 30A, Vdss = 200V，Pd = 210W)或类似VMOS管。上述MOS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。当该稳流装置工作电压较高，单管功率不够时可采用图4所示的多MOS管并联工作方式，提高承受的功率和输出电流。Rf是电流采样电阻，为精密线绕电阻，其阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二端串联型宽电压自供电高压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)，稳流调节电路(3)，稳流控制和放大驱动模块(4)，它们之间彼此相互连接；1）二极管D1正端与端口V+相连，负端与功率放大和稳流反馈电路(1)的Td端相连；压敏电阻VR并联在该稳流装置端口V+、V?两端；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，Wo端与稳流调节电路(3)的P+、稳流控制和放大驱动模块(4)的A+端相连；4)稳流调节电路(3)的P+端与精密稳压电源模块(2)Wo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+接稳流调节电路(3)中的Pw端，负输入端IN?接功率放大和反馈电路(1)的Rf+端；稳流控制和放大驱动模块(4)的Ao端接功率放大和稳流反馈电路(1)的输入Tin端，A+端接精密稳压电源模块(2)的Wo端，A?端与该稳流装置V?端相连；该稳流装置仅有两个端口：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“?”端相连；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和均流电阻RS组成；功率调整管T的个数根据需要是1个，2个，……，n个；相应地电阻RS为0个，2个，……，n个；RS的取值与T中流过的最大工作电流值有关，取0.5~1Ω；以用二个VMOS管T1、T2为例，R9的一端作为电路(1)的“+”输入端Tin，另一端与R10、T1、T2的栅极G1、G2相连，T1、T2的漏极D1、D2并联作为功率放大和稳流反馈电路(1)的电流输入端Td，T1、T2的源极分别与电阻RS1、RS2相连，RS1、RS2的另一端连接在一起且与电阻Rf、R10相连作为功率放大和稳流反馈电路(1)的反馈端Rf+，电阻Rf的另一端为功率放大和稳流反馈电路(1)的“?”端Rf?；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)，是由精密稳压集成电路D2即TL431及外接电阻构成，稳压管的限流电阻R1的一端为该精密稳压电源模块(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正极相连，并作为该精密稳压电源模块(2)的输出端Wo；D2的调整端与R2的另一端及R3相连；D2的阳极与R3的另一端及电容C1负极相连，作为该精密稳压电源模块(2)的公共端W?；该精密稳压电源模块(2)共有3个端口：输入端Win，输出端Wo，公共端W?；所述稳流调节电路(3)，由多圈电位器W和上置电阻R4、下电阻置R5组成，R4的一端作为该稳流调节电路(3)的P+端，R4的另一端接电位器W的上固定端，电位器的动臂作为该稳流调节电路(3)的Pw端，电位器的下固定端接R5，R5的另一端作为该稳流调节电路(3)的P?端；该稳流调节电路(3)有三个端口：P+、P?和Pw；所述稳流控制和放大驱动模块(4)，是由低功耗的单电源运放LM358构成的标准直流放 大器，由运放U1、正端输入电阻R6、负端输入电阻R7、反馈电阻R8和积分电容C2组成，U1的正输入端即引脚3与R6相连，R6的另一端作为该稳流控制和放大驱动模块(4)的输入端IN+；U1的负输入端即引脚2与R7、R8、C2相连，R7的另一端作为该稳流控制和放大驱动模块(4)的输入端IN?；U1输出端即引脚1与R8、C2的另一端相连，作为该稳流控制和放大驱动模块(4)的输出端Ao；U1的引脚8是该稳流控制和放大驱动模块(4)的电源端A+，U1的引脚4是该稳流控制和放大驱动模块(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】
1.一种二端串联型宽电压自供电高压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)，稳流调节电路(3)，稳流控制和放大驱动模块(4)，它们之间彼此相互连接； 1)二极管Dl正端与端口 V+相连，负端与功率放大和稳流反馈电路(1)的Td端相连；压敏电阻VR并联在该稳流装置端口 V+、V-两端； 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⑷的输出端Ao相连，Rf+端与稳流控制和放大驱动模块⑷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，Wo端与稳流调节电路(3)的P+、稳流控制和放大驱动模块(4)的A+端相连； 4)稳流调节电路(3)的P+端与精密稳压电源模块(2)Wo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+接稳流调节电路(3)中的Pw端，负输入端IN-接功率放大和反馈电路(1)的Rf+端；稳流控制和放大驱动模块(4)的Ao端接功率放大和稳流反馈电路(1)的输入Tin端，A+端接精密稳压电源模块(2)的Wo端，A-端与该稳流装置V-端相连； 该稳流装置仅有两个端口 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端相连； 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和均流电阻RS组成；功率调整管T的个数根据需要是I个，2个，……，n个；相应地电阻RS为0个，2个，……，n个；RS的取值与T中流过的最大工作电流值有关，取.0.5^1 Q ;以用二个VMOS管Tl、T2为例，R9的一端作为电路(1)的“ + ”输入端Tin，另一端与R10、T1、T2的栅极G1、G2相连，T1、T2的漏极D1、D2并联...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵子建，袁慧梅，李然，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：实用新型
国别省市：