一種脈沖高壓負(fù)載電路及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脈沖高壓負(fù)載，具體涉及一種脈沖高壓負(fù)載電路及工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，良好的脈沖高壓負(fù)載在高壓電源動(dòng)態(tài)測(cè)試環(huán)節(jié)中有著舉足輕重的地位，要求能夠同時(shí)承受高壓電源沖擊的同時(shí)，產(chǎn)生穩(wěn)定的等幅的高頻負(fù)載波形。脈沖高壓負(fù)載的性能不僅直接影響測(cè)試設(shè)備的測(cè)試準(zhǔn)確度和可靠性，還對(duì)設(shè)備自身的安全性和測(cè)試人員的安全性造成一定的影響。
[0003]根據(jù)脈沖高壓負(fù)載箱的測(cè)試方案，目前主要有多電平驅(qū)動(dòng)方式和脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)方式兩種類型:
直接驅(qū)動(dòng)方式是采用高壓器件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，通過提高器件的耐壓值來解決高壓擊穿問題，該方案的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)受限于高壓器件的發(fā)展，對(duì)于高壓電源的測(cè)試環(huán)境有一定的局限性，并且操作安全性比較差。脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)方式采用多級(jí)功率開關(guān)串聯(lián)方式，開關(guān)驅(qū)動(dòng)采用脈沖變壓器浮動(dòng)供電方式，這種方式可以輕松解決高電壓的隔離問題，但是存在脈沖變壓器設(shè)計(jì)復(fù)雜，測(cè)試波形差，測(cè)量誤差大等缺點(diǎn)，不適合擴(kuò)展應(yīng)用和頻率較高的場(chǎng)口 ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種脈沖高壓負(fù)載電路及工作方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種脈沖高壓負(fù)載電路，包括:隔離電源、死區(qū)互補(bǔ)PWM發(fā)生單元、高端信號(hào)隔離單元、低端信號(hào)隔離單元、若干高端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元、若干低端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元及與若干開關(guān)模塊；所述若干開關(guān)模塊分別對(duì)應(yīng)若干高端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元和若干低端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元；所述隔離電源分別連接高端信號(hào)隔離單元、低端信號(hào)隔離單元、若干高端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元、若干低端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元；所述若干開關(guān)模塊分別連接若干高端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元和若干低端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元；所述高端信號(hào)隔離單元分別連接若干高端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元；所述低端信號(hào)隔離單元分別連接若干低端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元；所述若干開關(guān)模塊依次連接；連接第一個(gè)高端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元的開關(guān)模塊連接被測(cè)電源的高電位輸出點(diǎn)LH，連接最后一個(gè)高端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元的開關(guān)模塊連接中間點(diǎn)LP，連接最后一個(gè)低端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元的開關(guān)模塊連接被測(cè)電源的低電位輸出
LL。
進(jìn)一步地，所述死區(qū)互補(bǔ)PWM發(fā)生單元包括:PWM信號(hào)產(chǎn)生單元、死區(qū)互補(bǔ)PWM信號(hào)產(chǎn)生單元及PWM信號(hào)變換單元；所述PWM信號(hào)產(chǎn)生單元包括:高頻時(shí)鐘發(fā)生器Yl、CPU芯片U24、電阻R41、電阻R43、三極管SI及電磁開關(guān)Kl ;所述高頻時(shí)鐘發(fā)生器Yl連接CPU芯片U24的GP5管腳；所述電阻R41 —端連接CPU芯片U24的GP4管腳，另一端分別連接電阻R43、三極管SI基極；所述電阻R43另一端和三極管SI發(fā)射機(jī)分別連接地；所述三極管SI集電極連接電磁開關(guān)Kl第四管腳；所述電磁開關(guān)Kl第五管腳連接電源VCC;所述電磁開關(guān)Kl第三管腳連接外部PWM信號(hào)ExPWM ;所述電磁開關(guān)Kl第二管腳連接CPU芯片U24管腳GPl ;所述所述電磁開關(guān)Kl第一管腳連接PWM信號(hào)InPWM ;所述CPU芯片U24的管腳VDD連接電源VCC ;所述CPU芯片U24的管腳GPO連接占空比設(shè)置信號(hào)DutySet ;所述CPU芯片U24的管腳GPl連接頻率設(shè)置信號(hào)FreqSet ;所述死區(qū)互補(bǔ)PWM信號(hào)產(chǎn)生單元包括:或非門U21、電阻R70、電阻R71、電阻R72、電阻R73、三極管S2、電容C48及電容C49 ;所述電阻R72一端連接PWM信號(hào)InPWM，另一端連接三極管S2基極；所述電阻R71 —端連接電源VDD，另一端分別連接三極管S2集電極、U21的管腳Al、B1、B4及電阻R70 ;所述三極管S2的發(fā)射機(jī)連接地；所述U21的管腳VDD連接電源VDD ;所述U21的管腳VSS連接地；所述U21的管腳A4分別連接電容C48和電阻R70 ;所述電容C48的另一端連接地；所述U21的管腳Yl分別連接管腳B3和電阻R73 ;所述電阻R73另一端分別連接U21的管腳A3和電容C49 ;所述電容C49另一端連接地；所述PWM信號(hào)變換單元包括:緩沖器U25、定時(shí)器U27、電容C32、二極管D98、電阻R42、電阻R46、電容C36及電容C37 ;所述緩沖器U25管腳Al連接PWM信號(hào)InPWM ;所述U25管腳Y2連接PWM輸出信號(hào)PWM-Meas ;所述U25管腳A6連接PWM信號(hào)InPWM ;所述電容C32 —端連接管腳Y6，另一端分別連接管腳A5、電阻R42及二極管D98負(fù)極；所述電阻R42和二極管D98正極分別連接地；所述U27管腳TRI和管腳OUT分別連接U25管腳Y5和A4 ;所述電阻R46 —端連接電源VCC，另一端連接U27管腳DIS、U27管腳THR及電容C36 ;所述電容C36另一端連接地；所述電容C37 —端連接U27管腳C0NT，另一端連接地。
[0006]更進(jìn)一步地，所述高端信號(hào)隔離單元、低端信號(hào)隔離單元分別包括:光耦U11、電阻R48及電阻R52 ;所述電阻R48設(shè)置在光耦Ull輸入端，所述電阻R52 —端連接光耦Ull輸出端，另一端連接電源VCC。
[0007]更進(jìn)一步地，所述高端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元、低端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元分別包括:電阻Rg3、電阻Rg4、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、電阻Ral、電阻Rvce2、電阻R4、穩(wěn)壓二極管D7、雙向穩(wěn)壓二極管D12、電阻R6、電阻Ra2、電阻Rvcel3、穩(wěn)壓二極管D15、雙向穩(wěn)壓二極管D20、二極管D21、二極管D22、二極管D23、二極管D24、電阻Rgl、電阻Rg2及驅(qū)動(dòng)芯片Ul ;所述驅(qū)動(dòng)芯片Ul的VDC引腳和VCC引腳分別連接電源VCC ;所述驅(qū)動(dòng)芯片Ul的INA引腳和INB引腳分別連接PWM信號(hào)；所述電阻Rg3和電阻Rg4分別連接驅(qū)動(dòng)芯片Ul的GL2引腳和GH2引腳；所述二極管Dl正極分別連接電阻Rg3、電阻Rg4、二極管D2負(fù)極及驅(qū)動(dòng)單元的Gl輸出端；所述二極管Dl負(fù)極分別連接二極管D3負(fù)極、二極管D4負(fù)極及驅(qū)動(dòng)芯片Ul的VIS02引腳；所述二極管D3正極連接驅(qū)動(dòng)芯片Ul的COM2引腳；所述二極管D4正極分別連接電阻Ral和電阻Rvce2 ;所述電阻Ral另一端連接驅(qū)動(dòng)芯片Ul的VCE2引腳；二極管D2正極分別連接電阻R4和穩(wěn)壓二極管D7正極；所述電阻R4另一端連接驅(qū)動(dòng)芯片Ul的ACL2引腳；所述穩(wěn)壓二極管D7負(fù)極連接雙向穩(wěn)壓二極管D12 ;所述電阻Rgl和電阻Rg2分別連接驅(qū)動(dòng)芯片Ul的GLl引腳和GHl引腳；所述二極管D24正極分別連接電阻Rgl、電阻Rg2、二極管D23負(fù)極及驅(qū)動(dòng)單元的G2輸出端；所述二極管D24負(fù)極分別連接二極管D21負(fù)極、二極管D22負(fù)極及驅(qū)動(dòng)芯片Ul的VISOl引腳；所述二極管D21正極連接驅(qū)動(dòng)芯片Ul的COMl引腳；所述二極管D22正極分別連接電阻Ra2和電阻Rvcel3 ;所述電阻Ra2另一端連接驅(qū)動(dòng)芯片Ul的VCEl引腳；二極管D23正極分別連接電阻R6和穩(wěn)壓二極管D15正極；所述電阻R6另一端連接驅(qū)動(dòng)芯片Ul的ACLl引腳；所述穩(wěn)壓二極管D15負(fù)極連接雙向穩(wěn)壓二極管D20。
[0008]更進(jìn)一步地，所述開關(guān)模塊包括:場(chǎng)效應(yīng)管Ql I，穩(wěn)壓二極管D150、電阻R237、電阻R238、電阻R368及電容C238 ;所述場(chǎng)效應(yīng)管Qll源極分別連接穩(wěn)壓二極管D150正極、電阻R237、電阻R368及電容C238 ;所述場(chǎng)效應(yīng)管Qll漏極分別連接穩(wěn)壓二極管D150負(fù)極、電阻R237另一端及電阻R238 ;所述電阻R238連接電容C238 ;所述Kl和K2分別作為開關(guān)模塊輸入端和輸出端。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種脈沖高壓負(fù)載電路工作方法，包括以下步驟:
SI，PWM控制驅(qū)動(dòng)流程；
S2，被測(cè)電源功率控制流程。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟SI具體為:死區(qū)互補(bǔ)PWM發(fā)生單元產(chǎn)生的高端信號(hào)和低端信號(hào)，經(jīng)過高速信號(hào)隔離單元進(jìn)行一次隔離，并且完成信號(hào)分組和信號(hào)同步；然后這些同步信號(hào)分別進(jìn)入各級(jí)隔離驅(qū)動(dòng)單元，經(jīng)過信號(hào)放大和功率增強(qiáng)后控制開關(guān)模塊同時(shí)開通和關(guān)斷；其中，高端信號(hào)驅(qū)動(dòng)部分與低端信號(hào)驅(qū)動(dòng)部分開關(guān)狀態(tài)相反，而且在其狀態(tài)切換瞬間存在死區(qū)，防止開關(guān)模塊的直通現(xiàn)象。
[0010]更進(jìn)一步地，所述步驟S2具體為:LH接被測(cè)電源的高電位輸出點(diǎn)，LL連接被測(cè)電源的低電位輸出點(diǎn)，負(fù)載可以連接在LH和LP之間，也能連接在LP和LL之間；以高端負(fù)載為例，當(dāng)?shù)投碎_關(guān)模塊導(dǎo)通時(shí)，高端開關(guān)模塊斷開，電流從LH流入負(fù)載，從LP流入低端開關(guān)模塊，由LL回到電源；當(dāng)高端開關(guān)模塊導(dǎo)通時(shí)，低端開關(guān)模塊斷開，LP點(diǎn)由LH強(qiáng)制拉到電源高電位，保證了驅(qū)動(dòng)波形。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明用于高壓直流電源動(dòng)態(tài)負(fù)載能力測(cè)試的設(shè)備，該系列設(shè)備支持多路脈沖負(fù)載，電阻值、內(nèi)部脈沖頻率、占空比可調(diào)，并支持外部脈沖同步測(cè)試，設(shè)備的擴(kuò)展性強(qiáng)，可支持更高電壓和更高頻率下測(cè)試。
[0012]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0013]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0014]圖1是本發(fā)明的原理框圖；
圖2是本發(fā)明的死區(qū)互補(bǔ)PWM發(fā)生單元原理圖；
圖3是本發(fā)明的高端信號(hào)隔離單元、低端信號(hào)隔離單元原理圖；
圖4是本發(fā)明的高端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元、低端信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)單元原理圖；
圖5是本發(fā)明的開關(guān)模塊原理圖。
【具體實(shí)施方式】