本發(fā)明涉及太陽(yáng)陣模擬器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于太陽(yáng)陣模擬器的線性壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及太陽(yáng)陣模擬器。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)陣模擬器一般分為三個(gè)基本環(huán)節(jié)，功率級(jí)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)以及基準(zhǔn)發(fā)生技術(shù)。功率級(jí)設(shè)計(jì)架構(gòu)主要分為兩種構(gòu)架，分別為線性功率級(jí)架構(gòu)和開(kāi)關(guān)功率級(jí)架構(gòu)。在中小功率等級(jí)條件下，一般采用線性功率級(jí)架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，線性功率級(jí)實(shí)現(xiàn)方案即為采用功率晶體管，控制其工作于線性可變電阻區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出的特性。并且采用多路線性電流源并聯(lián)的方式以提高其處理功率的能力，其處理功率的能力取決于熱控設(shè)計(jì)，采用線性功率級(jí)架構(gòu)方案的太陽(yáng)陣模擬器電源輸出質(zhì)量高，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良，主要適用于航天、軍事等對(duì)太陽(yáng)陣模擬器測(cè)試設(shè)備動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合。

在大功率的應(yīng)用場(chǎng)合一般采用開(kāi)關(guān)功率級(jí)方案，開(kāi)關(guān)型pv源模擬器為了實(shí)現(xiàn)i-v功率曲線輸出功能，需要工作于降壓模式，不同的開(kāi)關(guān)功率級(jí)光伏源模擬器開(kāi)關(guān)型拓?fù)淇梢允菃蜗郿c-dcbuck變換器，三相ac-dc電壓源以及電流源整流器，半橋和全橋dc-dc變換器，以及l(fā)lc諧振dc-dc變換器，還有其他功率級(jí)拓?fù)淙鐜щ娏鏖T(mén)限的直流可編程功率電源，帶可變電阻器的直流功率電源或是可控開(kāi)關(guān)電阻以及有源功率負(fù)載。采用開(kāi)關(guān)方案作為太陽(yáng)陣模擬器功率級(jí)實(shí)現(xiàn)構(gòu)架可以處理較高的功率，適用于一般光伏工業(yè)測(cè)試場(chǎng)合以及對(duì)太陽(yáng)陣模擬器動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合。

采用線性功率級(jí)方案的太陽(yáng)陣模擬器，一般采用線性電流型輸出，并采用多路線性壓控電流源進(jìn)行并聯(lián)來(lái)提高功率處理能力。由于受到體積和空間物理大小的限制，可完成的并聯(lián)路數(shù)有限，輸出功率一般較小，適用于動(dòng)態(tài)特性要求較高并且輸出模擬i-v精度教導(dǎo)的中小功率場(chǎng)合。

總結(jié)以上實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)陣模擬器的兩種實(shí)現(xiàn)構(gòu)架方案，線性功率級(jí)方案的太陽(yáng)陣模擬器具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性，模擬器輸出的電壓電流模擬精度較高，但是受到功率的限制，并且效率低，產(chǎn)生大量的熱，體積龐大，所以很難應(yīng)用于大功率場(chǎng)合。

開(kāi)關(guān)功率級(jí)方案雖然效率高，可實(shí)現(xiàn)大功率處理的能力，但是相對(duì)于線性功率級(jí)方案的輸出電壓電流紋波較大，供電質(zhì)量一般；并且動(dòng)態(tài)性能較差，不適用于大功率以及高動(dòng)態(tài)特性需求的場(chǎng)合。

但是針對(duì)航天和軍事等對(duì)測(cè)試電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和功率輸出精度要求較高的場(chǎng)合，開(kāi)關(guān)型功率級(jí)方案無(wú)法滿足該指標(biāo)要求，一般采用線性功率級(jí)方案?，F(xiàn)存的線性功率級(jí)方案拓?fù)浜茈y做到較大功率的輸出能力，并且為了提高處理功率的能力，采用多路線性電流源進(jìn)行并聯(lián)的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是由于體積和空間物理距離的限制，一般的設(shè)計(jì)的線性功率級(jí)拓?fù)錈o(wú)法實(shí)現(xiàn)較多路數(shù)的并聯(lián)，以及沒(méi)有完整的線性電流源的晶體管選擇優(yōu)化方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種應(yīng)用于太陽(yáng)陣模擬器的線性壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及太陽(yáng)陣模擬器，以優(yōu)化線性功率級(jí)的太陽(yáng)陣模擬器，減小線性電流源的并聯(lián)支路數(shù)，可較大程度的優(yōu)化太陽(yáng)陣模擬器的體積和簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于太陽(yáng)陣模擬器的線性壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：三端口線性功率復(fù)合晶體管，所述三端口線性功率復(fù)合晶體管由多個(gè)n溝道常開(kāi)型jfet與n溝道常閉型mosfet級(jí)聯(lián)構(gòu)成。

其中，所述三端口線性功率復(fù)合晶體管由一個(gè)n溝道常閉型mosfet充當(dāng)級(jí)聯(lián)支路的最低端功率晶體管m，以及與m相級(jí)聯(lián)的若干相同型號(hào)的n溝道常開(kāi)型jfet構(gòu)成。

其中，所述n溝道常開(kāi)型jfet至少為5個(gè)。

其中，各個(gè)jfet之間的柵極和上端相鄰jfet的源極之間采用相同型號(hào)的穩(wěn)壓管相接。

其中，所述穩(wěn)壓管與對(duì)應(yīng)的jfet的源極之間連接有限流電阻。

其中，所述穩(wěn)壓管的兩端并聯(lián)有消除噪聲電容。

本發(fā)明還提出一種太陽(yáng)陣模擬器，包括如上所述的線性壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于太陽(yáng)陣模擬器的線性壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及太陽(yáng)陣模擬器，可應(yīng)用在新能源、逆變器電源測(cè)試、航天器電源測(cè)試等系統(tǒng)中，采用新型的級(jí)聯(lián)式j(luò)fet線性功率級(jí)電流源拓?fù)浞桨竿負(fù)?，給出優(yōu)化應(yīng)用于太陽(yáng)陣模擬器的線性功率級(jí)的實(shí)現(xiàn)方案，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)陣模擬器功率密度及高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，采用多個(gè)n溝道常開(kāi)型jfet與n溝道常閉型mosfet級(jí)聯(lián)來(lái)替代單管功率mosfet，且每一個(gè)jfet功率管的熱耗功率通過(guò)選用合適的漏源極電壓的鉗位穩(wěn)壓管來(lái)限定，故單路電流源的熱耗功率與級(jí)聯(lián)jfet的個(gè)數(shù)成線性正比例關(guān)系，而相同額定耗散功率條件下的電流源并聯(lián)路數(shù)與級(jí)聯(lián)jfet的個(gè)數(shù)成線性反比例關(guān)系，極大的減小電流源的并聯(lián)支路數(shù)，從而可較大程度的優(yōu)化太陽(yáng)陣模擬器的體積和簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1a是本發(fā)明基于打孔的無(wú)速率極化碼編碼方法實(shí)施例流程示意圖；

圖1b是本發(fā)明優(yōu)化型線性壓控電流源的三端口線性功率復(fù)合晶體管電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2a和圖2b分別是線性電流源三端口復(fù)合功率晶體管電壓的變化對(duì)應(yīng)的電路工作狀態(tài)示意圖；

圖3是隨著三端口復(fù)合晶體管電壓vdrain的變化所對(duì)應(yīng)的各個(gè)jfet電壓的變化情況示意圖；

圖4是線性壓控電流源工作原理曲線示意圖；

圖5圖基于復(fù)合型功率晶體管級(jí)聯(lián)jfet個(gè)數(shù)為p(p≥5)電流源并聯(lián)路數(shù)為n(n≥4)的線性功率級(jí)拓?fù)涞奶?yáng)陣模擬器實(shí)現(xiàn)原理示意圖；

圖6是采用新型線性功率拓?fù)涞奶?yáng)陣模擬器輸出特性曲線。

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚、明了，下面將結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明可應(yīng)用在新能源、逆變器電源測(cè)試、航天器電源測(cè)試等系統(tǒng)中，采用新型的級(jí)聯(lián)式j(luò)fet線性功率級(jí)拓?fù)洌o出優(yōu)化應(yīng)用于太陽(yáng)陣模擬器的線性功率級(jí)的方法,實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)陣模擬器功率密度及高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。線性功率級(jí)一般采用很多路單個(gè)功率管形式的線性電流源的并聯(lián)的方式來(lái)提高功率等級(jí)需求,過(guò)多路數(shù)的并聯(lián)電流源會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)陣模擬器的體積較大,電流源之間的空間物理距離的增加會(huì)導(dǎo)致各個(gè)電流源之間電氣性能的差異性較大。針對(duì)該問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新型的線性電流源拓?fù)浞桨?，采用多個(gè)n溝道常開(kāi)型jfet與n溝道常閉型mosfet級(jí)聯(lián)來(lái)替代單管功率mosfet，且每一個(gè)jfet功率管的熱耗功率通過(guò)選用合適的漏源極電壓的鉗位穩(wěn)壓管來(lái)限定，故單路電流源的熱耗功率與級(jí)聯(lián)jfet的個(gè)數(shù)成線性正比例關(guān)系，而相同額定耗散功率條件下的電流源并聯(lián)路數(shù)與級(jí)聯(lián)jfet的個(gè)數(shù)成線性反比例關(guān)系，極大的減小電流源的并聯(lián)支路數(shù)，從而可較大程度的優(yōu)化太陽(yáng)陣模擬器的體積和簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。

具體地，參照?qǐng)D1a，圖1a是本發(fā)明優(yōu)化型線性壓控電流源的電路結(jié)構(gòu)示意圖示意圖。

如圖1a所示，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于太陽(yáng)陣模擬器的新型的線性壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相對(duì)于一般的高邊電流型輸出的壓控電流源而言，本發(fā)明將單一的功率晶體管(一般采用n溝道功率mosfet)替換為級(jí)聯(lián)型n溝道常開(kāi)型jfet和n溝道常關(guān)型mosfet復(fù)合型線型線性功率晶體管。

具體地，該線性壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：三端口線性功率復(fù)合晶體管，所述三端口線性功率復(fù)合晶體管由多個(gè)n溝道常開(kāi)型jfet與n溝道常閉型mosfet級(jí)聯(lián)構(gòu)成。

其中，所述三端口線性功率復(fù)合晶體管由一個(gè)n溝道常閉型mosfet充當(dāng)級(jí)聯(lián)支路的最低端功率晶體管m，以及與m相級(jí)聯(lián)的若干相同型號(hào)的n溝道常開(kāi)型jfet構(gòu)成。如圖1b所示，圖圖1b為本發(fā)明優(yōu)化型線性壓控電流源的三端口線性功率復(fù)合晶體管電路結(jié)構(gòu)圖。

作為一種優(yōu)選方案，所述n溝道常開(kāi)型jfet至少為5個(gè)。

其中，各個(gè)jfet之間的柵極和上端相鄰jfet的源極之間采用相同型號(hào)的穩(wěn)壓管相接。所述穩(wěn)壓管與對(duì)應(yīng)的jfet的源極之間連接有限流電阻。所述穩(wěn)壓管的兩端并聯(lián)有消除噪聲電容。

如圖2所示，本發(fā)明提出的三端口線性功率復(fù)合晶體管是由一個(gè)n溝道常關(guān)型功率mosfet充當(dāng)級(jí)聯(lián)支路的最低端功率晶體管m；與m相級(jí)聯(lián)的為一系列相同型號(hào)的n溝道常開(kāi)型jfet構(gòu)成j1～jp(p≥5)；并且各個(gè)jfet之間的柵極和上端相鄰jfet的源極之間采用相同型號(hào)的穩(wěn)壓管相接，分別為z1～zp-1；并且rz1～rzp-1為穩(wěn)壓管的限流電阻，各個(gè)阻值均保持一致均為rz，可以保證對(duì)應(yīng)穩(wěn)壓管可以安全可靠的工作于反向擊穿穩(wěn)壓區(qū)域；cz1～czp-1為各個(gè)穩(wěn)壓管的消除噪聲電容，一般在pf級(jí)別，其容值較小且容值大小一致，均為cz。

該三端口線性功率復(fù)合晶體管工作原理是：

可通過(guò)控制m的柵極和源極之間的電壓，保證m工作于線性飽和區(qū)，m的柵源電壓控制整條支路功率電流的大小。隨著加在復(fù)合晶體管的等效漏極drain的電壓逐漸升高，功率支路電流不變，而m的漏源電壓逐漸升高，從而控制上端相鄰的jfet由常開(kāi)逐漸進(jìn)入線性飽和區(qū)，并且將m的漏源電壓鉗位到j(luò)1的源極和柵極之間的電壓。

同理，再隨著復(fù)合晶體管的漏極電壓進(jìn)一步提高，穩(wěn)壓管z1逐漸進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)，將相鄰低端的j1的漏源電壓鉗位在固定電壓值。同理以此類(lèi)推，z2將j2的漏源電壓進(jìn)行鉗位，zp-1將jp-1的漏源電壓進(jìn)行鉗位，而最高邊的jfet漏源電壓為所加在復(fù)合晶體管的漏極電壓與各個(gè)進(jìn)入穩(wěn)壓工作狀態(tài)的穩(wěn)壓管電壓之差。

由上述的工作原理的大致描述，對(duì)于復(fù)合晶體管等效于一個(gè)工作于線性飽和區(qū)的功率晶體管，壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制該支路的功率電流保持不變，故只要壓控電流源的給定基準(zhǔn)控制電壓保持不變，該復(fù)合功率晶體管流過(guò)的電流保持不變。再有上述工作原理的描述，各個(gè)功率jfet的電壓均大致被穩(wěn)壓管鉗位在某一固定電壓值，則每一個(gè)jfet工作于線性飽和區(qū)所對(duì)應(yīng)的耗散功率便是可以確定的。

例如，假設(shè)未優(yōu)化的傳統(tǒng)的壓控電流源的單路可耗散功率為30w，單個(gè)功率jfet工作于線性飽和區(qū)的最大可耗散功率為30w，復(fù)合型晶體管由5個(gè)jfet級(jí)聯(lián)而成(p＝5)。則原來(lái)需要耗散600w功率的線性功率級(jí)單元，采用傳統(tǒng)壓控電流源支路進(jìn)行并聯(lián)來(lái)完成則需要20路電流源進(jìn)行并聯(lián)；而采用優(yōu)化型壓控電流源方案，單路電流源便可以耗散150w的功率，僅僅需要4路壓控電流源支路進(jìn)行并聯(lián)便可完成額定耗散功率的需求。從而極大的減少了線性壓控電流源的并聯(lián)支路數(shù)目，同時(shí)可以極大簡(jiǎn)化線性功率級(jí)單元的電路結(jié)構(gòu)，減小電流源支路之間控制電路的空間物理距離，有利于提高線性功率級(jí)單元輸出電流的控制精度。

具體的三端口功率復(fù)合型晶體管功率支路隨著等效漏極電壓的變化而變化的電路工作狀態(tài)具體分析如圖2a和圖2b所示，圖2a是隨著三端口復(fù)合功率管的電壓vdrain逐漸增加過(guò)程中的i，ii，iii三個(gè)狀態(tài)電路工作示意圖，圖2b是隨著三端口復(fù)合功率管的電壓vdrain逐漸增加過(guò)程中的iv，v，vi三個(gè)狀態(tài)電路工作示意圖。

圖2a和圖2b中復(fù)合型功率晶體管是由p(p≥5)個(gè)相同型號(hào)的jfet級(jí)聯(lián)，p-1個(gè)相同型號(hào)的穩(wěn)壓管z1～zp-1，其進(jìn)入反向擊穿的穩(wěn)壓狀態(tài)的電壓相等，分別為vzt1＝vzt2＝…＝vztp-1＝vzt；各個(gè)穩(wěn)壓管對(duì)應(yīng)的限流電阻均相同，即有rz1＝rz2＝…＝rzp-1＝rz；各個(gè)消噪電容均相同，即有cz1＝cz2＝…＝czp-1＝cz。將工作狀態(tài)簡(jiǎn)單分為六個(gè)階段，分別對(duì)每個(gè)階段的電路狀態(tài)分析如下。

statei為第一個(gè)狀態(tài)，此時(shí)vdrain≤|vp|，其中vp為jfet的截?cái)嚯妷褐?。其中m處于線性飽和工作狀態(tài)，j1～jp處于導(dǎo)通工作狀態(tài)，存在等式如下：

vds_m＝vdrain(1)

隨著vdrain的逐漸上升，開(kāi)始進(jìn)入第二個(gè)階段狀態(tài)stateii，此時(shí)|vp|<vdrain≤vzd1其中vzd1為z1剛好進(jìn)入穩(wěn)態(tài)狀態(tài)時(shí)刻的電壓值，定義如式：

vdz1＝izt_minrz+vzt(2)

其中：

izt_min為穩(wěn)壓管進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)所需要的最小穩(wěn)壓電流值；

vzt為穩(wěn)壓管的反向擊穿穩(wěn)壓值。

該stateii狀態(tài)，m，j1處于線性飽和工作狀態(tài)，j2～jp處于導(dǎo)通工作狀態(tài)，z1開(kāi)始逐漸進(jìn)入穩(wěn)壓工作狀態(tài)，可列得方程如下式：

其中iz1為流入穩(wěn)壓管z1的反向漏電流，vz1為穩(wěn)壓管z1進(jìn)入反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)之前的兩端的電壓值。

stateiii電路狀態(tài)如圖2(a)所示，此時(shí)vzd1<vdrain≤vzd2其中vzd2為z2剛好進(jìn)入穩(wěn)態(tài)狀態(tài)時(shí)刻的電壓值，定義如式：

vdz2＝izt_minrz+2vzt(4)

m，j1，j2處于線性飽和工作狀態(tài)，j3～jp處于導(dǎo)通工作狀態(tài)，z1處于穩(wěn)壓工作狀態(tài)，z2開(kāi)始逐漸進(jìn)入穩(wěn)壓工作狀態(tài)，可列得該狀態(tài)下的方程如下：

其中iz2為流入穩(wěn)壓管z2的反向漏電流，vz2為穩(wěn)壓管z2進(jìn)入反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)之前的兩端的電壓值。

stateiv電路狀態(tài)如圖2(b)所示，此時(shí)vzd2<vdrain≤vzd3其中vzd3為z3剛好進(jìn)入穩(wěn)態(tài)狀態(tài)時(shí)刻的電壓值，定義如式：

vdz3＝izt_minrz+3vzt(6)

m，j1，j2，j3處于線性飽和工作狀態(tài)；j4～jp處于導(dǎo)通工作狀態(tài)；z1，z2處于穩(wěn)壓工作狀態(tài)；z3開(kāi)始逐漸進(jìn)入穩(wěn)壓工作狀態(tài)，并且可列得該狀態(tài)下的方程如下：

其中iz3為流入穩(wěn)壓管z3的反向漏電流，vz3為穩(wěn)壓管z3進(jìn)入反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)之前的兩端的電壓值。

statev電路狀態(tài)如圖2(b)所示，此時(shí)vzdp-2<vdrain≤vzdp-1其中vzdp-1為zp-1剛好進(jìn)入穩(wěn)態(tài)狀態(tài)時(shí)刻的電壓值，定義如式：

vdzp-2＝izt_minrz+(p-2)vzt(7)

vdzp-1＝izt_minrz+(p-1)vzt(8)

m，j1，…，jp-1處于線性飽和工作狀態(tài)；jp處于導(dǎo)通工作狀態(tài)；z1，z2，…，zp-2處于穩(wěn)壓工作狀態(tài)；zp開(kāi)始逐漸進(jìn)入穩(wěn)壓工作狀態(tài)，并且可列得該狀態(tài)下的方程如下：

其中izp-1為流入穩(wěn)壓管zp-1的反向漏電流，vzp-1為穩(wěn)壓管zp-1進(jìn)入反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)之前的兩端的電壓值。

statev電路狀態(tài)如圖2(b)所示，此時(shí)vdrain＞vzdp-1；m，j1，…，jp處于線性飽和工作狀態(tài)；z1，z2，…，zp-1處于穩(wěn)壓工作狀態(tài)，并且可列得該狀態(tài)下的方程如下：

且以上六個(gè)狀態(tài)可得波形示意圖如圖3所示，圖3是隨著三端口復(fù)合晶體管電壓vdrain的變化所對(duì)應(yīng)的各個(gè)jfet電壓的變化情況示意圖。

vdrain不斷緩慢從零增加，分別經(jīng)過(guò)六個(gè)狀態(tài)。在狀態(tài)i，低端mosfet的vds_m兩端的電壓即為vdrain，二者波形一致，到vdrain達(dá)到|vp|時(shí)，m漏源電壓被鉗位保持不變。進(jìn)入狀態(tài)ii時(shí)，j1開(kāi)始進(jìn)入線性飽和區(qū)工作狀態(tài)，vds_j1端的電壓與vdrain之間相差一個(gè)柵源驅(qū)動(dòng)電壓-vgs_j1，虛線上升過(guò)程部分與vdrain相等，當(dāng)z1進(jìn)入反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，vds_j1被鉗位在一固定電壓值。進(jìn)入狀態(tài)iii時(shí)，j2開(kāi)始進(jìn)入線性飽和區(qū)工作狀態(tài)，vds_j2端的電壓與vdrain上升段之間相差一個(gè)柵源驅(qū)動(dòng)電壓-vgs_j2，虛線上升過(guò)程部分與vdrain上升段相等，當(dāng)z2進(jìn)入反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，vds_j2被鉗位在一固定電壓值。進(jìn)入狀態(tài)iv時(shí)，j3開(kāi)始進(jìn)入線性飽和區(qū)工作狀態(tài)，vds_j3端的電壓與vdrain上升段之間相差一個(gè)柵源驅(qū)動(dòng)電壓-vgs_j3，虛線上升過(guò)程部分與vdrain上升段相等，當(dāng)z3進(jìn)入反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，vds_j3被鉗位在一固定電壓值。并且以此類(lèi)推，不斷一級(jí)一級(jí)去均分vdrain的電壓，從而可以有效的控制每一個(gè)功率jfet的耗散功率，實(shí)現(xiàn)單路電流源可處理的功率等級(jí)是傳統(tǒng)單管線性電流源的p倍。

該優(yōu)化型線性壓控電流源的理想工作數(shù)學(xué)方程表達(dá)式如式(11)：

其中uiref為壓控電流源的控制電壓，與功率電路的電流ipath成比例關(guān)系。穩(wěn)態(tài)工作曲線如圖4所示，圖4是線性壓控電流源工作原理曲線示意圖。

其中#1為給定基準(zhǔn)電壓uiref隨時(shí)間的變化曲線，#2位輸出電流ipath隨時(shí)間的變化曲線。其中ipath隨著uiref變化而變化，并且圖4中工作點(diǎn)a和工作點(diǎn)b的基準(zhǔn)電壓和輸出電流比例關(guān)系一致。同時(shí)uiref與ipath的同步性要要優(yōu)良，即ipath可以無(wú)時(shí)間相位延時(shí)地跟蹤uiref的變化而變化。

采用上述提出的優(yōu)化型線性壓控電流源實(shí)現(xiàn)較少路數(shù)并聯(lián)完成太陽(yáng)陣模擬器輸出功能，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，圖5是基于復(fù)合型功率晶體管級(jí)聯(lián)jfet個(gè)數(shù)為p(p≥5)電流源并聯(lián)路數(shù)為n(n≥4)的線性功率級(jí)拓?fù)涞奶?yáng)陣模擬器實(shí)現(xiàn)原理示意圖。

該太陽(yáng)陣模擬器系統(tǒng)分為兩大塊，分別為線性功率級(jí)單元和高速數(shù)字控制器單元。

線性功率級(jí)單元是由n路線性壓控電流源并聯(lián)構(gòu)成且n≥4，多路線性壓控電流源并聯(lián)不僅不會(huì)影響整個(gè)功率級(jí)的帶寬，而且可以大大增加線性功率級(jí)的功率處理能力，可以實(shí)現(xiàn)在大功率輸出條件下的高動(dòng)態(tài)特性。其中n路線性壓控電流源的基準(zhǔn)為公共基準(zhǔn)uiref，基準(zhǔn)電壓與總電流的數(shù)學(xué)關(guān)系如式(12)所示：

高速數(shù)字控制器采用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換adc和高速模數(shù)dac以及高速fpga，減小數(shù)字延時(shí)對(duì)整個(gè)模擬器系統(tǒng)的環(huán)路影響。高速fpga通過(guò)差分采樣電路給出的模擬器輸出端電壓采用國(guó)內(nèi)信號(hào)，進(jìn)行i-v表格查表，給出當(dāng)前工作時(shí)刻需要的電流輸出基準(zhǔn)值，并通過(guò)高速dac轉(zhuǎn)換為模擬基準(zhǔn)電壓送入線性功率級(jí)單元。太陽(yáng)陣模擬器工作的基準(zhǔn)i-v曲線和模擬器輸出接口對(duì)外輸出的功率i-v曲線如圖6所示，圖6是采用新型線性功率拓?fù)涞奶?yáng)陣模擬器輸出特性曲線。

其中#3為模擬器輸出端采樣電壓usas_sa與dac給出的基準(zhǔn)電壓uiref之間的關(guān)系，得到的模擬器輸出功率i-v曲線為#4所示，模擬器根據(jù)輸出電壓usas輸出可控的功率電流isas。通過(guò)采用高帶寬的線性壓控電流源和高速fpga數(shù)字控制器，可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)陣模擬器輸出的的高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，可以快速反應(yīng)輸出端分流切載條件下的i-v曲線上的工作點(diǎn)切換。

本發(fā)明基于一種新型級(jí)聯(lián)jfet復(fù)合型線性功率晶體管的線性壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析并給出了該設(shè)計(jì)的工作原理以及應(yīng)用于太陽(yáng)能陣列模擬器場(chǎng)合的結(jié)構(gòu)方案。所提出的新型復(fù)合型線性功率晶體管采用p個(gè)jfet級(jí)聯(lián)支路來(lái)等效替換傳統(tǒng)線性電流源單個(gè)的功率晶體管的方法，其耗散功率相對(duì)于傳統(tǒng)單路電流源的同等條件下的耗散功率的p倍。可以極大的減小相同功率等級(jí)條件下的電流源并聯(lián)個(gè)數(shù)，從而可較大程度優(yōu)化太陽(yáng)能陣列模擬器的整機(jī)體積大小和整機(jī)電路結(jié)構(gòu)，有利于集中式散熱設(shè)計(jì)。線性壓控電流源采用新型的控制電路結(jié)構(gòu)，同樣有利于多路電流源之間的并聯(lián)，在該基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步的提高線性功率級(jí)單元的耗散功率等級(jí)，可進(jìn)一步提高線性方案的太陽(yáng)陣模擬器的額定功率處理能力。并且同樣的線性功率級(jí)方案，既可以保證太陽(yáng)陣模擬器具備較優(yōu)的輸出電流模擬精度，也不會(huì)對(duì)太陽(yáng)陣模擬器的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生影響，其較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的輸出電流精度同樣可以以較優(yōu)的工作狀態(tài)去測(cè)試航天器電源系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)的太陽(yáng)陣模擬器采用高帶寬的線性功率級(jí)和高速的數(shù)字控制器單元，不僅具備超高的動(dòng)態(tài)性能，而且輸出的功率電流無(wú)紋波，對(duì)功率i-v曲線模擬精度高。

此外，本發(fā)明實(shí)施例還提出一種太陽(yáng)陣模擬器，包括如上所述的線性壓控電流源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在此不再贅述。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。