專利名稱：一種二端串聯(lián)型寬電壓自供電高壓大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種二端串聯(lián)型寬電壓自供電高壓大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種二端串聯(lián)型寬電壓自供電高壓大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置(結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示)，特別涉及裝置中穩(wěn)壓電源模塊(2)中采用的精密穩(wěn)壓電源和功率放大部分(I)采用具有垂直芯片表面導(dǎo)電溝道的功率MOSFET(VMOS)器件的多管并聯(lián)方式應(yīng)用， 屬于穩(wěn)流、穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]通常穩(wěn)流電源是在穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，穩(wěn)壓部分一般采用半導(dǎo)體穩(wěn)壓二極管或三端專用穩(wěn)壓器件如78XX系列構(gòu)成，穩(wěn)流電源工作時(shí)應(yīng)允許負(fù)載短路。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性較差，構(gòu)成的穩(wěn)流電源效果不好。78XX系列穩(wěn)壓器件耐壓為40V，用它構(gòu)成的穩(wěn)流電源輸入電壓不能超過40V，只能用于負(fù)載電阻較小或穩(wěn)流電流較小的環(huán)境。若要求穩(wěn)流電源的工作電壓達(dá)到數(shù)百伏，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。[0003]這類高壓穩(wěn)流電源裝置的控制系統(tǒng)一般要單獨(dú)設(shè)計(jì)制作穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。若需要將普通高壓整流電源升級改造成高壓大功率穩(wěn)流電源，如鍍膜機(jī)電源，采用這類裝置會增加改造的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)難度和制作成本。[0004]本設(shè)計(jì)二端串聯(lián)型穩(wěn)流電路利用功率三極管或場效應(yīng)晶體管的變阻特性，根據(jù)負(fù)載或輸入電壓的變化自動調(diào)節(jié)輸出回路總電阻，達(dá)到穩(wěn)流效果，控制部分電源采用自供電結(jié)構(gòu)。[0005]一種基本二端串聯(lián)型穩(wěn)流電路如圖2所示，該穩(wěn)流電源可直接插入原無穩(wěn)壓穩(wěn)流的直流電源供電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流供電，如對濺射鍍膜機(jī)的鍍膜或勵(lì)磁線圈的恒流供電。該穩(wěn)流電路最大能承受約數(shù)百伏的輸入電壓。[0006]圖2所示電路的功能簡述如下[0007]功率放大和穩(wěn)流反饋由功率器件T和采樣電阻Rf為主體部件，T選用大功率MOS 管作為穩(wěn)流電路調(diào)整管，直接串聯(lián)在直流供電回路中，根據(jù)負(fù)載或輸入電壓的變化自動調(diào)節(jié)輸出電阻，達(dá)到穩(wěn)流的效果。電阻Rf為穩(wěn)流采樣電阻，穩(wěn)流控制信號從Rf上取出，經(jīng)前置放大器比較放大后控制VMOS管輸出。[0008]穩(wěn)壓電源由電阻R3和穩(wěn)壓二極管D組成。穩(wěn)壓輸出給分壓電路和前置放大器供電。穩(wěn)壓輸出的穩(wěn)定性直接決定了穩(wěn)流電路的電流穩(wěn)定性。僅由R3和D構(gòu)成的穩(wěn)壓電路其穩(wěn)壓效果差。[0009]為提高電壓穩(wěn)定性，一般采用穩(wěn)壓二極管、三端穩(wěn)壓集成電路78XX組合實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。該類型電路的主要缺點(diǎn)是工作電流較大，輸入電壓增高時(shí)導(dǎo)致電阻R3上功耗迅速增大，工作電壓動態(tài)范圍小，系統(tǒng)功耗大。[0010]穩(wěn)流調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)圖2中電位器W抽頭的位置改變電路的穩(wěn)流值。[0011]前置放大器穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動，提高穩(wěn)流控制靈敏度，具體結(jié)構(gòu)可參考圖7。[0012]二端串聯(lián)型穩(wěn)流電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示，影響穩(wěn)流效果和可靠性的主要因素有放大器的性能、穩(wěn)壓電源模塊的性能等。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種二端串聯(lián)型寬電壓自供電高壓大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是不需要單獨(dú)供電；電流穩(wěn)定性較好；允許較高工作電壓、較寬的工作電壓范圍、較大負(fù)載電阻的工作環(huán)境；有過壓保護(hù)功能。該裝置可實(shí)現(xiàn)幾百伏電壓的大功率穩(wěn)流供電。功率管T可多管并聯(lián)使用，提高輸出功率。工作時(shí)該穩(wěn)流電源裝置串聯(lián)接入負(fù)載回路中，裝置有過壓保護(hù)和反接保護(hù)。過壓保護(hù)由壓敏電阻RV實(shí)現(xiàn)，保護(hù)功率管T不被擊穿損壞。反接保護(hù)由整流二極管Dl實(shí)現(xiàn)，防止端口電源接反損壞裝置。本實(shí)用新型穩(wěn)流裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示，它包含4個(gè)具體的應(yīng)用電路模塊功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)，精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)，穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)。它們之間彼此相互連接。圖3給出二端口穩(wěn)流裝置的具體電路和元器件型號、規(guī)格。該裝置僅有兩個(gè)端口 V+和V-。應(yīng)用時(shí)V+與供電電源“ + ”端相連，V-與負(fù)載相連，負(fù)載的另一端與供電電源
端相連。圖3還給出了模塊之間的位置連接關(guān)系和連接方式。圖4，5，6，7是圖3的分割細(xì)化，便于模塊功能的理解。根據(jù)圖3中電路引線定義符號或圖4 7中電路引出端口符號，它們之間的位置連接關(guān)系是I. 二極管Dl正端與端口 V+相連，負(fù)端與功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的Td端相連；壓敏電阻VR并聯(lián)在裝置端口 V+、V-兩端。圖中Dl :根據(jù)需要可選1N4007(工作電流彡1A)或1N5408(工作電流彡3A)等整流二極管。壓敏電阻RV:可選MYG型壓敏電阻，其標(biāo)稱工作電壓應(yīng)低于管子T的擊穿電壓Vdss，可取 . VDSS。2.功率放大和穩(wěn)流反饋電路⑴的Td端與保護(hù)二極管D-端相連，輸入端Tin與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的輸出端Ao相連，Rf+端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的In-端相連，Rf-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連。3.精密穩(wěn)壓電源模塊⑵中的輸入Win端與保護(hù)二極管負(fù)端D-相連，公共端W-與該穩(wěn)流裝置的V-輸入端相連，Wo端與穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的P+、穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊
(4)的A+端相連。4.穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的P+端與精密穩(wěn)壓電源模塊(2) Wo端相連，P-端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的A-端相連。Pw端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的IN+端相連。5.穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的正輸入端IN+接穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)中的Pw端，負(fù)輸入端IN-接功率放大和反饋電路(I)的Rf+端；穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的Ao端接功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的輸入Tin端，A+端接精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的Wo端，A-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連；圖3，圖4，圖5，圖6，圖7的模塊或電路工作說明如下所述功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)，見圖4或圖3，以VMOS管T為主要器件，由T、采樣電阻Rf、保護(hù)電阻R9、R10和均流電阻RS組成。功率調(diào)整管T的個(gè)數(shù)根據(jù)需要可以是I個(gè)，2個(gè)，……，η個(gè)；相應(yīng)地電阻RS為O個(gè)，2個(gè)，……，η個(gè)。RS的取值與T中流過的最大工作電流值有關(guān)，一般取O. 5 I Ω。[0026]以圖4為例，共用了二個(gè)VMOS管Tl、Τ2。其之間的連接關(guān)系是R9的一端作為電路(I)的“ + ”輸入端Tin，另一端與R10、T1、T2的柵極G1、G2相連，T1、T2的漏極D1、D2并聯(lián)作為功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的電流輸入端Td，Tl、T2的源極分別與電阻RSl、RS2 相連，RSU RS2的另一端連接在一起且與電阻Rf、RlO相連作為功率放大和穩(wěn)流反饋電路 ⑴的反饋端Rf+，電阻Rf的另一端為功率放大和穩(wěn)流反饋電路⑴的端Rf-。[0027]功率調(diào)整管的選取該功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)中T為大功率VMOS管，根據(jù)需要可選擇主要指標(biāo)漏一源擊穿電壓Vdss高，最大連續(xù)漏極電流Id大，最大耗散功率 Pd彡150W的管子。電源最高電壓彡700V時(shí)，可采用FQP8N90C(FAIRCHILD公司功率M0SFET， 主要極限參數(shù)為ID = 6A，Vdss = 900V, Pd = 170W)或 IXFX 24N100CIXYS 公司功率 MOSFET， 主要極限參數(shù)為ID25 = 24A, Vdss = 1000V,PD = 560W)，并采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。電源最高電壓彡150V時(shí)，可采用IRFP250N (IR公司功率M0SFET，主要極限參數(shù)為ID = 30A, Vdss = 200V，Pd = 210W)或類似VMOS管。上述MOS管必須安裝在表面積足夠大的鍍黑鋁散熱片上，并采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。[0028]當(dāng)該穩(wěn)流裝置工作電壓較高，單管功率不夠時(shí)可采用圖4所示的多MOS管并聯(lián)工作方式，提高承受的功率和輸出電流。[0029]Rf是電流采樣電阻，為精密線繞電阻，其阻值和功率選取與最大穩(wěn)流值Imax， VMOS管導(dǎo)通閾值電壓Ves (th)(—般為2 4V)有關(guān)。Rf選擇由裝置最大穩(wěn)定電流Imax, 器件手冊查到的Ves (th)決定，使Rf滿足[0030]Rf ^ (Uwo — I. 5 — Vgs (th) ) /Imax (I)[0031]式中Uwo為穩(wěn)壓輸出電壓。公式(I)決定了 Rf的上限，具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際需要選擇。Rf值大時(shí)，穩(wěn)流特性好，但電阻上功耗大，一般需將Rf安裝在散熱片上。[0032]該功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)共有4個(gè)端口 Tin，Rf+, Td和Rf-。[0033]所述精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，見圖5或圖3，是由精密穩(wěn)壓集成電路D2(TL431)及外接電阻構(gòu)成，其之間的連接關(guān)系是穩(wěn)壓管的限流電阻Rl的一端為該精密穩(wěn)壓電源模塊 ⑵的輸入端Win ；D2的陰極與Rl的另一端、分壓電阻R2及電容Cl正極相連，并作為該精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的輸出端Wo ；D2的調(diào)整端與R2的另一端及R3相連；D2的陽極與R3 的另一端及電容Cl負(fù)極相連，作為該精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的公共端W-。[0034]TL431的工作電流為f 100mA，穩(wěn)壓電源模塊⑵的輸出電壓Uwo由下式?jīng)Q定[0035]Uwo=(l+R2/R3) X2. 5(2)[0036]本例中Uwo= (1+24/7. 5) X 2. 5=10. 5V。限流電阻Rl的阻值由功率調(diào)整管T上的最大工作電壓確定。電壓高時(shí)，Rl的取值大，反之Rl可取得小一些。降低VMOS管上的工作電壓可大大降低本裝置的功耗，正常工作時(shí)，應(yīng)盡量調(diào)低電路的輸入電壓。[0037]例如:R1取15k時(shí)，根據(jù)TL431的特性，可承受O. IAX 15000 Ω =1500V的電壓。實(shí)際上連續(xù)最大工作電壓由電阻Rl上的功耗P=V2/R決定，若Rl取12W，則模塊(2)連續(xù)工作電壓可到400V。可見本電路有較寬的工作電壓范圍。電容Cl起濾波作用。[0038]該精密穩(wěn)壓電源模塊⑵共有3個(gè)端口 輸入端Win，輸出端Wo，公共端W-。[0039]所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)見圖6或圖3，由多圈電位器W和上置電阻R4、下電阻置R5組成，其之間的連接關(guān)系是R4的一端作為該穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的P+端，R4的另一端接電位器W的上固定端，電位器的動臂作為該穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的Pw端，電位器的下固定端接R5，R5的另一端作為該穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的P-端。 調(diào)節(jié)電位器W可改變Pw與P-之間電壓，從而改變該穩(wěn)流裝置輸出的穩(wěn)定電流值。采用帶刻度的多圈電位器可精細(xì)調(diào)節(jié)設(shè)定輸出穩(wěn)定電流值。 該穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)有三個(gè)端口 P+、P-和Pw。所述穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)，見圖7或圖3，是由低功耗的單電源運(yùn)放LM358構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)直流放大器，由運(yùn)放U1，正端輸入電阻R6、負(fù)端輸入電阻R7、反饋電阻R8和積分電容C2組成，實(shí)現(xiàn)對輸出電流信號的比較放大和控制，達(dá)到穩(wěn)流的效果。其之間的連接關(guān)系是U1的正輸入端(引腳3)與R6相連，R6的另一端作為該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的輸入端IN+ ；U1的負(fù)輸入端(引腳2)與R7、R8、C2相連，R7的另一端作為該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的輸入端IN- ；U1輸出端(引腳I)與R8、C2的另一端相連，作為該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的輸出端Ao ；U1的引腳8是該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的電源端A+，U1的引腳4是該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的公共端A-。該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷共有5個(gè)端口 IN+，IN-, Ao, A+和A-。優(yōu)點(diǎn)及功效本實(shí)用新型與現(xiàn)有基本二端口串聯(lián)型穩(wěn)流電源比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是電流穩(wěn)定性較好；允許較高工作電壓、較大負(fù)載電阻的工作環(huán)境；功率管T可多管并聯(lián)使用，提高輸出功率。有過壓保護(hù)功能。該裝置可實(shí)現(xiàn)幾百伏電壓的大功率穩(wěn)流供電。負(fù)載穩(wěn)定,穩(wěn)流電流較大時(shí),用相對低的輸入電壓獲得穩(wěn)流效果,系統(tǒng)功耗降低明顯。穩(wěn)定電流的顯示采用3位半LED數(shù)字電壓表頭，差分工作方式，取Rf兩端電壓測量值變換后讀出，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流值的實(shí)時(shí)LED數(shù)字顯示。

圖I 二端串聯(lián)型自供電寬電壓高壓大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置結(jié)構(gòu)框圖圖2基本串聯(lián)型穩(wěn)流電路圖圖3 二端串聯(lián)型自供電寬電壓高壓大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置電路圖圖4功率放大和穩(wěn)流反饋電路圖圖5精密穩(wěn)壓電源模塊電路圖圖6穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路圖圖7穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊電路圖圖中符號說明如下圖2基本串聯(lián)型穩(wěn)流電路不意圖RU R2 :分壓電阻；ff :線繞電位器；D :穩(wěn)壓二極管；R3 :限流電阻。T :大功率VMOS管；Rf :精密功率線繞電阻。端口 V+ :與供電電源“+”端相連，端口 V-:與負(fù)載相連。圖3 二端串聯(lián)型寬電壓自供電高壓大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置電路圖總電路中VR :壓敏電阻；D1 :反接保護(hù)二極管；裝置端口 V+、V-。功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I) T =VMOS功率管，Rf :精密功率線繞電阻、R9、R10普通電阻。Tin、Rf+、TcURf-:為電路引線定義符號。[0061]精密穩(wěn)壓電源模塊(2) :R1:限流電阻，為大功率水泥電阻，R2、R3 :為金屬膜電阻， D2 :為精密集成穩(wěn)壓電路TL431，C1 :為濾波電容。Win、Wo、W-:為電路引線定義符號。[0062]穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3) ff :為線繞多圈電位器，R4、R5 :為金屬膜分壓電阻。P+、P_、Pw 為電路引線定義符號。[0063]穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷U1 :單電源運(yùn)放LM358 ;R6、R7 :輸入電阻；R8 :反饋電阻；R6、R7、R8均為金屬膜電阻。C2 :積分電容;IN+、IN-、AO、A+和A-:為電路引線定義符號。[0064]圖4功率放大和穩(wěn)流反饋電路[0065]Tl、T2 :為VMOS功率管，Rf :為精密功率線繞電阻，其阻值和功率由電源的最大穩(wěn)流值決定。R9、R10為普通電阻；RS1、RS2 :均流電阻，為線繞電阻。Tin、Rf+、Td、Rf-:為電路引出端口。[0066]圖5精密穩(wěn)壓電源模塊[0067]Rl:限流電阻，為大功率水泥電阻，R2、R3 :為金屬膜電阻，D2 :為精密集成穩(wěn)壓電路TL431，Cl :為濾波電容。Win、Wo、W-:為電路引出端口。[0068]圖6穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路[0069]W:為線繞多圈電位器，R4、R5 :為金屬膜分壓電阻。P+、P-、Pw :為電路引出端口。[0070]圖7穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊[0071]Ul :單電源運(yùn)放LM358 ;R6、R7 :輸入電阻；R8 :反饋電阻；R6、R7、R8均為金屬膜電阻。C2 :電容；IN+、IN-、AO、A+和A-:為電路引出端口。
具體實(shí)施方式
[0072]見圖I、圖3，本實(shí)用新型是一種二端串聯(lián)型寬電壓自供電大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置，該裝置僅有兩個(gè)端口 V+和V-。[0073]工作時(shí)該穩(wěn)流電源裝置串聯(lián)接入負(fù)載回路中，V+與供電電源“ + ”端相連，V-端與負(fù)載相連，負(fù)載的另一端與供電電源端相連。[0074]裝置有過壓保護(hù)和反接保護(hù)。過壓保護(hù)由壓敏電阻RV實(shí)現(xiàn)，保護(hù)功率管T不被擊穿損壞。反接保護(hù)由整流二極管Dl實(shí)現(xiàn)，防止端口電源接反損壞裝置。[0075]圖中Dl :根據(jù)需要可選1N4007(工作電流彡1A)或1N5408(工作電流彡3A)等整流二極管。RV :可選MYG型壓敏電阻，其標(biāo)稱工作電壓應(yīng)低于管子T的擊穿電壓Vdss，可取 O· 7Vdss。[0076]電源結(jié)構(gòu)框圖如圖I。具體實(shí)施電路如圖3所示，它包含4個(gè)模塊功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)，精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)和穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊 ⑷。[0077]圖3還給出了模塊之間的位置連接關(guān)系和連接方式。圖4，圖5，圖6，圖7是圖3 的分割細(xì)化，便于模塊功能的理解。根據(jù)圖3中電路引線定義符號或圖Γ7中電路引出端口符號，它們之間的位置連接關(guān)系是[0078]I. 二極管Dl正端與端口 V+相連，負(fù)端與電路⑴的Td端相連；壓敏電阻VR并聯(lián)在裝置端口 V+、V-兩端。2.功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的Td端與保護(hù)二極管D-端相連，輸入端Tin與模塊⑷的輸出端Ao相連，Rf+端與模塊(4)的In-端相連，Rf-端與本裝置V-端相連。[0080]3.精密穩(wěn)壓電源模塊(2)中的輸入Win端與保護(hù)二極管負(fù)端D-相連，公共端W-與本裝置的V-輸入端相連，Wo端與電路(3)的P+、模塊⑷的A+端相連。[0081]4.穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的P+端與模塊(2)Wo端相連，P-端與模塊⑷的A-端相連。Pw端與模塊(4)的IN+端相連。[0082]5.穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的正輸入端IN+接電路(3)中的Pw端，負(fù)輸入端IN-接功率放大和反饋電路(I)的Rf+端；模塊⑷的Ao端接電路(I)的輸入Tin端， A+端接模塊⑵的Wo端，A-端與本裝置V-端相連。[0083]圖3，圖4，圖5，圖6，圖7的模塊或電路工作說明如下[0084]所述功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)，見圖4或圖3，以VMOS管T為主要器件，由T、 采樣電阻Rf、保護(hù)電阻R9、R10和均流電阻RS組成。功率調(diào)整管T的個(gè)數(shù)根據(jù)需要可以是 I個(gè)，2個(gè)，……，η個(gè)；相應(yīng)地電阻RS為O個(gè)，2個(gè)，……，η個(gè)。RS的取值與T中流過的最大工作電流有關(guān)，一般取O. 5^1 Ω。[0085]以圖4為例，共用了二個(gè)VMOS管Tl、Τ2。其之間的連接關(guān)系是R9的一端作為電路(I)的“ + ”輸入端Tin，另一端與R10、T1、T2的柵極G1、G2相連，T1、T2的漏極D1、D2并聯(lián)作為電路(I)的電流輸入端Td，Tl、T2的源極分別與電阻RSl、RS2相連，RSl、RS2的另一端連接在一起且與電阻Rf、RlO相連作為電路(I)的反饋端Rf+，電阻Rf的另一端為電路⑴的端Rf-。[0086]功率調(diào)整管T為大功率VMOS管，根據(jù)最高工作電壓和工作電流選擇。管子必須安裝在表面積足夠大的鍍黑鋁散熱片上，并采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。[0087]降低VMOS管上的工作電壓可大幅度降低本裝置的功耗。正常工作時(shí)，應(yīng)盡量調(diào)低裝置兩端的輸入電壓。[0088]若調(diào)整管T采用圖4所示的多MOS管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以提高裝置的穩(wěn)流功率。[0089]Rf是電流采樣電阻，為精密線繞電阻，其阻值和功率由最大穩(wěn)流值Imax、VMOS管導(dǎo)通閾值電壓Ves(th)有關(guān)。Rf的上限由下式?jīng)Q定[0090]Rf ^ (Uwo — I. 5 — Vgs (th) ) /Imax[0091]式中Uwo為穩(wěn)壓輸出電壓。Rf上功耗較大，需將它安裝在散熱片上。[0092]該功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)共有4個(gè)端口 Tin，Rf+, Td和Rf-。[0093]所述精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，見圖5或圖3，是由精密穩(wěn)壓集成電路D2(TL431)及外接電阻構(gòu)成，其之間的連接關(guān)系是穩(wěn)壓管的限流電阻Rl的一端為該模塊(2)的輸入端 Win ；D2的陰極與Rl的另一端、分壓電阻R2及電容Cl正極相連，并作為該模塊(2)的輸出端Wo ；D2的調(diào)整端與R2的另一端及R3相連；D2的陽極與R3的另一端及電容Cl負(fù)極相連， 作為該模塊(2)的公共端W-。[0094]本例中穩(wěn)壓電源模塊⑵的輸出電壓Uwo= (1+R2/ R3) X 2. 5=(1+24/7. 5) X 2. 5=10. 5V。[0095]電阻Rl的阻值由功率調(diào)整管T的最大工作電壓確定。電壓高時(shí)，Rl的取值大，反之Rl可取得小一些。降低VMOS管上的工作電壓可大大降低本裝置的功耗。正常工作時(shí)， 應(yīng)盡量調(diào)低電路的輸入電壓。[0096]該模塊⑵共有3個(gè)端口 輸入端Win,輸出端Wo,公共端W-。所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)見圖6或圖3，由多圈電位器W和上置電阻R4、下電阻置R5組成，其之間的連接關(guān)系是R4的一端作為該電路(3)的P+端，R4的另一端接電位器W的上固定端，電位器的動臂作為該電路⑶的Pw端，電位器的下固定端接R5, R5的另一端作為該電路⑶的P-端。該穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)有三個(gè)端口P+、P-和Pw。所述穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)，見圖7或圖3，是由低功耗的單電源運(yùn)放LM358構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)直流放大器，由運(yùn)放U1，正端輸入電阻R6、負(fù)端輸入電阻R7、和反饋電阻R8和積分電容C2組成，實(shí)現(xiàn)對輸出電流信號的比較放大和控制，達(dá)到穩(wěn)流的效果。其之間的連接關(guān)系是U1的正輸入端(引腳3)與R6相連，R6的另一端作為該模塊⑷的輸入端IN+ ；U1的負(fù)輸入端(引腳2)與R7、R8、C2相連，R7的另一端作為該模塊
(4)的輸入端IN- ；U1輸出端(引腳I)與R8、C2的另一端相連，作為該模塊⑷的輸出端Ao ；U1的引腳8是該模塊⑷的電源端A+，Ul的引腳4是該模塊⑷的公共端A-。該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷共有5個(gè)端口 IN+，IN-, Ao, A+和A-。圖3電路實(shí)例所給參數(shù)適用于最大穩(wěn)定電流在I安培以內(nèi)，瞬時(shí)最高工作電壓小于750伏的工作環(huán)境下。本裝置長期穩(wěn)定工作時(shí)端口電壓值應(yīng)調(diào)整到10(T200V，以降低裝置的發(fā)熱和功耗。減小Rl的阻值可降低端口電壓工作區(qū)間，有利于降低功耗。若工作條件改變可按文中敘述方法修改元器件值。穩(wěn)流電流越大則所設(shè)計(jì)端口工作電壓應(yīng)越低。圖2為基本串聯(lián)型穩(wěn)流電路不意圖。
權(quán)利要求1.一種二端串聯(lián)型寬電壓自供電高壓大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置，其特征在于它包含4個(gè)應(yīng)用電路模塊功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)，精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)，穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)，它們之間彼此相互連接； 1)二極管Dl正端與端口 V+相連，負(fù)端與功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)的Td端相連；壓敏電阻VR并聯(lián)在該穩(wěn)流裝置端口 V+、V-兩端； 2)功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)的Td端與保護(hù)二極管D-端相連，輸入端Tin與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的輸出端Ao相連，Rf+端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的In-端相連，Rf-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連； 3)精密穩(wěn)壓電源模塊(2)中的輸入Win端與保護(hù)二極管負(fù)端D-相連，公共端W-與該穩(wěn)流裝置的V-輸入端相連，Wo端與穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的P+、穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的A+端相連； 4)穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的P+端與精密穩(wěn)壓電源模塊(2)Wo端相連，P-端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的A-端相連，Pw端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的IN+端相連； 5)穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的正輸入端IN+接穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)中的Pw端，負(fù)輸入端IN-接功率放大和反饋電路(1)的Rf+端；穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的Ao端接功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)的輸入Tin端，A+端接精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的Wo端，A-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連； 該穩(wěn)流裝置僅有兩個(gè)端口 V+和V-，應(yīng)用時(shí)V+與供電電源“ + ”端相連，V-與負(fù)載相連，負(fù)載的另一端與供電電源端相連； 所述功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)，以VMOS管T為主要器件，由T、采樣電阻Rf、保護(hù)電阻R9、R10和均流電阻RS組成；功率調(diào)整管T的個(gè)數(shù)根據(jù)需要是I個(gè)，2個(gè)，……，n個(gè)；相應(yīng)地電阻RS為0個(gè)，2個(gè)，……，n個(gè)；RS的取值與T中流過的最大工作電流值有關(guān)，取.0.5^1 Q ;以用二個(gè)VMOS管Tl、T2為例，R9的一端作為電路(1)的“ + ”輸入端Tin，另一端與R10、T1、T2的柵極G1、G2相連，T1、T2的漏極D1、D2并聯(lián)作為功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)的電流輸入端Td，Tl、T2的源極分別與電阻RS1、RS2相連，RS1、RS2的另一端連接在一起且與電阻Rf、R10相連作為功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)的反饋端Rf+，電阻Rf的另一端為功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)的端Rf-;該功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)共有4個(gè)端口 Tin, Rf+, Td 和 Rf-； 所述精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，是由精密穩(wěn)壓集成電路D2即TL431及外接電阻構(gòu)成，穩(wěn)壓管的限流電阻Rl的一端為該精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的輸入端Win ；D2的陰極與Rl的另一端、分壓電阻R2及電容Cl正極相連，并作為該精密穩(wěn)壓電源模塊⑵的輸出端Wo ；D2的調(diào)整端與R2的另一端及R3相連；D2的陽極與R3的另一端及電容Cl負(fù)極相連，作為該精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的公共端W-;該精密穩(wěn)壓電源模塊(2)共有3個(gè)端口 輸入端Win，輸出端Wo,公共端W-； 所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)，由多圈電位器W和上置電阻R4、下電阻置R5組成，R4的一端作為該穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的P+端，R4的另一端接電位器W的上固定端，電位器的動臂作為該穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的Pw端，電位器的下固定端接R5，R5的另一端作為該穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)的P-端；該穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路⑶有三個(gè)端口 P+、P-和Pw ； 所述穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)，是由低功耗的單電源運(yùn)放LM358構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)直流放大器，由運(yùn)放U1、正端輸入電阻R6、負(fù)端輸入電阻R7、反饋電阻R8和積分電容C2組成，Ul的正輸入端即引腳3與R6相連，R6的另一端作為該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的輸入端IN+ ；U1的負(fù)輸入端即引腳2與R7、R8、C2相連，R7的另一端作為該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的輸入端IN-;U1輸出端即引腳I與R8、C2的另一端相連，作為該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的輸出端Ao ；U1的引腳8是該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的電源端A+，U1的引腳4是該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的公共端A-;該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)共有 5 個(gè)端口 IN+, IN-，Ao，A+和 A-。
專利摘要一種二端串聯(lián)型寬電壓自供電高壓大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置，它包含4個(gè)應(yīng)用電路模塊功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)，精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，穩(wěn)流調(diào)節(jié)電路(3)，穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)，它們之間彼此相互連接。該穩(wěn)流裝置結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)流特性好，不需要單獨(dú)電源供電。將該裝置直接串聯(lián)接入原無穩(wěn)壓、穩(wěn)流的直流電源供電系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流供電，穩(wěn)定電流值采用輕觸鍵數(shù)控可調(diào)，并留有微機(jī)接口。工作電流由LED數(shù)字顯示，使用方便。該裝置可用于大功率、高壓、大電流的工作條件下，特別適用于對原無穩(wěn)流功能的電源進(jìn)行改造。
文檔編號G05F1/56GK202815649SQ20122054851
公開日2013年3月20日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者閔子建, 袁慧梅, 李然 申請人:首都師范大學(xué)