[發明專利]一種適用于感性負載的雙極型高精度恒流驅動系統及方法

有效

• 申請號: 201810941862.2
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109116903B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 方化潮;王農;雷海軍;徐鑫;劉奇;張凱;張興國
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

一種適用于感性負載的雙極型高精度恒流驅動系統及方法，包括：精密誤差放大模塊、雙極型功率驅動模塊、感性負載頻率網絡補償模塊；輸入信號控制模塊通過電流型數模轉換器得到電流模擬信號，再進行電流到電壓的轉換及差分放大后得到電壓模擬信號；將放大后的電壓模擬信號送至誤差放大模塊；同時將輸入信號控制模塊送來的放大后的電壓模擬信號與采樣反饋模塊送來的電壓模擬信號的差值進行放大得到誤差放大信號送至雙極型功率驅動模塊得到放大雙極型驅動電流；感性負載頻率網絡補償模塊，對精密誤差放大模塊、雙極型功率驅動模塊、采樣反饋模塊組成的環路的相位進行補償。本發明的恒流源產品，可將精度提高至0.1‰FSR，同時電流動態范圍可達安培級。

技術領域

本發明涉及一種適用于感性負載的雙極型高精度恒流驅動系統及方法，屬于電源驅動器技術領域。

背景技術

在航天及工業領域，驅動恒流源的穩定度和精度實現航空航天精密設備高性能指標的基礎，對恒流源的動態范圍、精度要求越來越高，高性能的程控恒流源將會有越來越廣泛的應用。

如圖5所示，目前的恒流源電路大都是在基本恒流源的電路基礎之上，通過不斷的完善和改進，逐漸發展形成的。程控恒流源普遍采用壓控方式，即首先產生控制電壓，然后經過電壓-電流電路將控制電壓轉換為輸出電流，這樣就實現了通過控制電壓的大小來調節輸出電流。但由于控制電壓產生方式，電壓-電流轉換實現方法以及控制輸出電流方式的不同，恒流源在輸出范圍以及精度上存在較大差異。

在電機驅動和伺服系統驅動等需要較大電流的應用中，普遍采用場效應管及達林頓管等功率器件實現電壓-電流轉換，且多采用單環路控制方式，由于功耗器件放大電流的能力可達到幾百倍甚至上千倍，所以這類恒流源的輸出范圍可以安培級別以上，如圖5所示為傳統采用功率運放的恒流源原理圖。這種方法采用功率運放進行反饋調整，實現恒流功能。但功率運放的調節精度較低，且反饋回路存在分流通道對輸出精度存在影響，限制了該線路的恒流輸出精度，最高僅能達到1‰左右。

在測試系統和醫學領域中，校準設備、可植入性技術等應用環境中，多直接采用電流輸出型D/A轉換器或者運放來產生輸出電流，雖然精度能夠在μA級別甚至是nA級別，但受到D/A轉換器和運放自身精度、輸出范圍等因素限制，輸出電流范圍較小，所以該類恒流源動態輸出范圍通常不會達到十幾或者幾十mA；另外，為保證電流輸出精度和穩定性，很多設備大都采用了恒溫裝置或者散熱裝置，這就會使設備變得結構復雜、體積大，不適合嵌入式應用。

此外市場上大部分的精密恒流源都不能完美適應電感負載。當攜帶電感負載時，其準確度等級并不能達到標稱值。由于電流源輸出可調，若負載為感性負載，則電流變化時負載會感應出一個很大的反向瞬時電動勢。在負載兩端并聯續流二極管可以解決這一問題。正常情況下二極管處于反向截止狀態，當電流改變，感性負載兩端產生反向的感應電動勢時，該二極管導通，釋放反向電動勢。感性負載除了會產生較大的反向電動勢外，還可能會引起系統的穩定，主要是因為電流通過感性負載后產生滯后，運放反相輸入端的電壓也存在滯后，從而增加了反饋回路的高頻相移，導致自激振蕩。

綜上，現有恒流源技術主要存在以下不足：

(1)恒流源電流驅動能力與精度不能兼顧，無法同時保證安培級驅動能力與0.01％FSR精度，無法滿足高精度大電流驅動場合要求。

(2)驅動感性負載能力差，易發生振蕩。

發明內容