[發明專利]一種多路并聯的超高速低壓大電流脈沖式恒流源

有效

• 申請號: 202011008328.X
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112000167B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 張建一;唐德平;朱國軍;周玉柱;桂芬;盛楠
• 申請（專利權）人: 合肥科威爾電源系統股份有限公司
• 主分類號: G05F1/565
• 分類號: G05F1/565
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

一種多路并聯的超高速低壓大電流脈沖式恒流源，涉及電源技術領域，如何設計可多路并聯的、輸出電流可達千安級、脈沖上升速度在微秒級高速大電流脈沖式恒流源問題；通過多路輸出單獨控制，由DSP控制器發出SPI信號，統一下發相同給定脈沖信號，輸入到脈沖信號發生源電路，保證恒流源電流均流；主電路多個霍爾電流傳感器分別采樣多個IGBT發射極輸出電流作為反饋信號輸入到脈沖恒流源控制電路與給定信號作比較，用于控制驅動電壓，使主電路中多個IGBT均工作于線性區，對輸出電流大小及脈沖寬度進行控制，達到恒流輸出；控制信號EN通過同一I/O口統一控制脈沖信號開通及關斷，保證控制信號上升沿時序一致性，實現多路IGBT并聯、輸出電流達到千安級別。

技術領域

本發明涉及電源技術領域，具體來說是一種多路并聯的超高速低壓大電流脈沖式恒流源。

背景技術

恒流源指能輸出的電流不隨自身阻值的變化和外部電壓波動而改變的直電流源，脈沖式恒流源在半導體測試，激光二極管，超導體等測試中。目前市場上普遍存在的脈沖式恒流源電流不高，脈沖上升沿時間比較慢，而隨著科技的發展和進步，類似于半導體的領域存在的型號眾多、電流高達幾千A，對脈沖式恒流源提出很高的要求，因此研究一種新型的可多路并聯、超高速、脈沖式、大電流恒流源具有很高的前沿性和重要性。

理想的恒流源應該具有以下特點：不因負載(輸出電壓)變化而改變；不因環境溫度變化而改變；內阻為無限大(以使其電流可以全部流出到外面)。能夠提供恒定電流的電路即為恒流源電路，又稱為電流反射鏡電路。

基本的恒流源電路主要是由輸入級和輸出級構成，輸入級提供參考電流，輸出級輸出需要的恒定電流。構成恒流源電路的基本原則：恒流源電路就是要能夠提供一個穩定的電流以保證其它電路穩定工作的基礎。即要求恒流源電路輸出恒定電流，因此作為輸出級的器件應該是具有飽和輸出電流的伏安特性。這可以采用工作于輸出電流飽和狀態的BJT或者MOSFET來實現。

為了保證輸出晶體管的電流穩定，就必須要滿足兩個條件：a)其輸入電壓要穩定——輸入級需要是恒壓源；b)輸出晶體管的輸出電阻盡量大(最好是無窮大)——輸出級需要是恒流源。

對于輸入級器件的要求：因為輸入級需要是恒壓源，所以可以采用具有電壓飽和伏安特性的器件來作為輸入級。一般的pn結二極管就具有這種特性——指數式上升的伏安特性；另外，把增強型MOSFET的源-漏極短接所構成的二極管，也具有類似的伏安特性——拋物線式上升的伏安特性。在IC中采用二極管作為輸入級器件時，一般都是利用三極管進行適當連接而成的集成二極管，因為這種二極管既能夠適應IC工藝，又具有其特殊的優點。對于這些三極管，要求它具有一定的放大性能，這才能使得其對應的二極管具有較好的恒壓性能。

對于輸出級器件的要求：如果采用BJT，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小Evarly效應(基區寬度調制效應)，即要盡量提高Early電壓。如果采用MOSFET，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小其溝道長度調制效應和襯偏效應。因此，這里一般是選用長溝道MOSFET，而不用短溝道器件。

現有技術中，申請號為201610908411.X公開日期為2017年2月22日的中國發明專利申請《超高速大電流脈沖式恒流源》通過與電源并聯大電容，使負載工作初期主要由電容儲存的能量提供，給負載提供一個微秒級別的上升沿；同時，與負載串聯一個大功率達林頓管，保證負載通過幾百安的脈沖式電流，也能保護負載工作在安全電流模式下。

雖然，上述專利申請能根據不同需求產生相應脈寬和幅值的恒流脈沖，可適用于電阻、LED等負載，結構簡單、功能穩定、安全可靠，具有上升沿更快(幾十微秒)、電流更大(幾百安)等特點，但是其輸出電流只達到百安級別，且已公開的恒流源的文獻中，還沒有可多路并聯的、電流幅值達千安級、上升時間達到微秒級的脈沖式的恒流源。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于如何設計一種可多路并聯的、輸出電流可達千安級、脈沖上升速度在微秒級的高速大電流脈沖式恒流源。