[發明專利]電流饋電型高功率脈沖電流源

有效

• 申請號: 201710445806.5
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107147325B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 李文江;朱陽軍;張文亮
• 申請（專利權）人: 山東閱芯電子科技有限公司
• 主分類號: H02M9/06
• 分類號: H02M9/06
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 韓鳳

本發明涉及一種電流饋電型高功率脈沖電流源，其包括依次連接的輸入整流電路、有源功率因數校正電路以及Buck電流饋電全橋單元，所述有源功率因數校正電路、Buck電流饋電全橋單元還與控制單元連接；輸入整流電路用于將外部的市電轉換為直流電，控制單元控制有源功率因數校正電路輸出所需穩定的電壓，控制單元采集Buck電流饋電全橋單元的輸出電流，并根據所述輸出電流調整Buck電流饋電全橋單元的Buck電路PWM占空比，以使得Buck電流饋電全橋單元輸出的電流脈沖能跟蹤控制單元的基準脈沖。本發明電路結構簡單，能有效減少電源體積，避免現有全橋電路直通的危險，改善開關管開關瞬間存在的問題，提高電源效率以及可靠性。

技術領域

本發明涉及一種電流源，尤其是一種電流饋電型高功率脈沖電流源，屬于脈沖電流源的技術領域。

背景技術

目前，常用的脈沖電流源按其外特性可以分為：鋸齒波、梯形波、三角波以及鋸齒波。脈沖電源對脈沖波形有著嚴格的要求，作為測試系統電源的脈沖電源不僅要保證脈沖電流的穩定輸出，而且要考慮脈沖的幅度、寬度、上升沿時間、下降沿時間以及重復頻率。半導體測試設備的電流源一般為矩形波，各項參數的調節范圍和精度是衡量一臺測試電源好壞的關鍵，而這些正是此類電源的設計難點。

如圖1所示，為現有脈沖電流產生的示意圖，脈沖電流源包括一次電源部分、儲能介質部分、功率壓縮放電部分以及負載傳輸部分，其中，一次電源部分、儲能介質部分構成低功率儲能，功率壓縮放電部分以及負載傳輸部分構成高功率輸出部分。一般地，儲能介質為電解電容和電感，為了避免對充電電容的沖擊，需要專門的隔離充電電路。功率壓縮放電部分是瞬間形成大電流的關鍵，功率壓縮放電部分需要放電電路來控制，常見的放電電路有：LLC橋電路、正激電路、推挽電路等。

如圖2所示，為目前常用的全橋及同步整流電路的原理圖，其中，全橋電路控制方式分為對角導通和移相控制兩種。對角導通方式中，負反饋控制系統根據輸出電壓和參考電壓的誤差通過補償計算對PWM波的占空比進行調節，實現穩定輸出，所述方式只能是硬開關，在開關頻率較高的時候，損耗較大。移相控制可實現軟開關，通過在變壓器原邊串聯諧振電感，或者利用變壓器漏感和功率管兩端電容形成諧振，從而減小開關管電壓和電流的交疊，實現零電壓開通和關斷(ZVS)，從而降低開關損耗。

變壓器副邊整流管一般情況下選用肖特基二極管，但是在大電流情況下，二極管上損耗較大。采用MOSFET代替二極管，利用其通態電阻小的特點可以降低損耗。變壓器原邊對應的MOS管Q10、MOS管Q12導通時，變壓器副邊的MOS管Q6開通，而MOS管Q14關斷，變壓器在負半周期電壓整流輸出。同理，MOS管Q11、MOS管Q13導通時，MOS管Q14開通而MOS管Q15關斷，變壓器在正半周期電壓整流輸出。同時，利用MOSFET自動均流的特性可以實現多路并聯增大輸出電流。

如圖3所示，為現有LCC諧振脈沖電流源的電路原理圖，LCC諧振式脈沖電流源為兩級結構，兩級分別有各自的負反饋穩壓電路，前級采用BUCK變換器，通過調節BUCK電路PWM波占空比來得到一個穩定的直流母線電壓，后級為工作在恒流模式下的LCC諧振半橋變換器，通過調節參考脈沖電壓，LCC諧振變換器輸出電流的幅度、脈沖寬度和重復頻率可調。該拓撲結構利用電感Lr和電容Cs、電容Cm諧振，形成軟開關條件，在大功率輸出情況下，可以有效降低開關損耗，改善EMI問題。但是該電路一般工作在變頻控制模式下，所以變壓器設計比較困難。由于屬于電壓饋電形式，所以在某些特殊情況下，如高溫重負載場合，會有橋臂共通的危險。

綜上，對于利用儲能介質釋放電路脈沖技術，主要存在如下的不足，具體包括：

1)、利用儲能原件放電是最傳統的方法，可以通過開關管來控制放電的時刻，這種方法的電路比較簡單，但是波形質量難以控制，電流脈沖的參數也不好調節。

2)、為了對輸出脈沖可調節，需要專門的放電電路，放電電路增加了系統的復雜度，失去了這種方法簡單的特點。