CN104102268A - 一种恒流型大功率电子负载控制电路 - Google Patents

一种恒流型大功率电子负载控制电路 Download PDF

Info

Publication number
CN104102268A
CN104102268A CN201410339245.7A CN201410339245A CN104102268A CN 104102268 A CN104102268 A CN 104102268A CN 201410339245 A CN201410339245 A CN 201410339245A CN 104102268 A CN104102268 A CN 104102268A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
comparer
triode
control circuit
connects
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410339245.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104102268B (zh
Inventor
张东来
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology filed Critical Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority to CN201410339245.7A priority Critical patent/CN104102268B/zh
Publication of CN104102268A publication Critical patent/CN104102268A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104102268B publication Critical patent/CN104102268B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

针对现有的恒流型大功率电子负载的控制电路容易发生震荡，造成系统失稳的问题，本发明提出了一种恒流型大功率电子负载控制电路，在原有的控制电路与IGBT功率电路之间增加驱动级电路，以及在原有的控制电路上增加补偿环节电路，通过合理的补偿参数设计，实现了大功率恒流型电子负载控制环路稳定，确保了在IGBT寄生参数影响下，环路仍旧保持稳定工作。

Description

一种恒流型大功率电子负载控制电路
技术领域
本发明涉及电子负载控制领域，特别涉及一种电子负载的控制电路。
背景技术
电子负载的工作原理是控制内部功率MOSFET或晶体管的驱动电平，依靠功率管工作在线性区的方法耗散功率，它是测试开关电源时必不可少的设备。恒流型电子负载是电子负载使用过程中最为常用的模式，基本原理图附图1所示。
当处理功率较大达到几千瓦时，使用MOSFET需要多组并联，设备可靠性易降低，此时使用绝缘栅双极型晶体管IGBT较为合适。但是IGBT的门极寄生电容比MOSFET大很多倍，当用作恒流型电子负载时，若采用传统控制方式(如附图2所示)，得到的驱动信号及电流波形发生振荡，系统稳定性差。若不针对控制环路进行稳定性设计，则易造成系统失稳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种恒流型大功率电子负载的控制电路，实现大功率恒流型电子负载控制环路稳定，确保在IGBT寄生电容的影响下，环路仍旧保持稳定工作，为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种恒流型电子负载的控制电路，其特征在于：所述控制电路包括放大环节电路、补偿环节电路和驱动级电路；所述补偿环节电路包括一个比较器、两个电容C1和C1、一个电阻R5，比较器的一个输入端连接参考控制信号，另一个输入端连接放大环节电路的输出；所述放大环节电路，将IBBT电子负载采样电压放大后输出到比较器；所述驱动级电路位于补偿环节电路的比较器的输出端与电子负载的输入端之间，由此构成了一个控制环路；所述驱动级电路用于提高控制环路的驱动能力，包括一个N沟道增强型MOSFET、一个三极管和两个电阻R1、R2，其中，三极管的基极连接MOSFET的源极，三极管的集电极和MOSFET的漏极接供电电压Vcc，三极管的发射极通过电阻R2接地，三极管的基极通过电路R2连接三极管的发射极，MOSFET的栅极为驱动级电路的输入端，用于连接比较器的输出，三极管的发射极为驱动级电路的输出，用于连接IGBT电子负载；所述补偿环节电路为比较器的输出端和比较器的连接放大环节电路的输入端之间并联两路补偿器件，其中，一路为电容C1，另一路为电容C2串联电阻R5；C1的一端连接比较器的输出端，另一端连接比较器的连接放大环节电路的输入端；电容C2的一端连接比较器的输出端，R5的一端连接比较器的连接放大环节电路的输入端。
进一步地，通过调节C1、C2以及R5的参数值，采用单零点双极点的补偿方式即在复平面中添加原点极点作为主导极点，消去右半平面的偶极子的影响，使得闭环传递函数的特征方程的所有特征根均处于复平面的左半平面，所述恒流型电子负载的控制电路闭环系统稳定。
本发明的有益效果是：本发明的恒流型大功率电子负载控制电路，采用增加驱动级和补偿环节、设计补偿参数，实现了大功率恒流型电子负载控制环路稳定，确保了在IGBT寄生参数影响下，环路仍旧保持稳定工作。
附图说明
图1是恒流型电子负载的基本原理图；
图2是传统的恒流型电子负载的控制电路示意图；
图3是增加驱动环节电路后的恒流型大功率电子负载控制电路图；
图4是增加驱动环节电路后的控制电路各环节的小信号模型图；
图5是未采用补偿环节电路后的开环根轨迹图；
图6是本发明的恒流型大功率电子负载控制电路图；
图7是采用补偿环节电路后的开环根轨迹图；
图8是采用本发明的控制电路的实测系统在启动瞬间驱动电压及电流波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
恒流型电子负载是电子负载使用过程中最为常用的模式，基本原理图如附图1所示，晶体管(MOSFET/IGBT)连接待测电源，消耗待测电源的功率，晶体管的采样电压通过放大电路放大后，与控制信号的电压通过比较器进行比较得到驱动信号，比较器输出的驱动信号驱动晶体管工作。
传统的恒流型电子负载的控制电路，如附图2所示，IGBT的集电极连接待测电源。通过采样电阻采样IGBT的发射极的电压，与参考电压通过比较器进行比较，比较器的输出连接IGBT的门极。
为了解决驱动信号及电流波形容易发生振荡，系统稳定性差的问题，如附图3所示，本发明首先在比较器与IGBT之间增加驱动级电路，提高控制环路的驱动能力。驱动级电路包括一个N沟道增强型MOSFET、一个三极管和两个电阻R1、R2。三极管的基极连接MOSFET的源极，三极管的集电极和MOSFET的漏极接供电电压Vcc，三极管的发射极通过电阻R2接地，三极管的基极通过电路R2连接三极管的发射极，MOSFET的栅极为驱动级电路的输入端，用于连接比较器的输出，三极管的发射极为驱动级电路的输出，用于连接IGBT电路。
控制环路由三部分构成，Gop为放大环节的传递函数，Gdriver为驱动级环节的传递函数，GIGBT为工作于恒流负载的IGBT环节的传递函数。针对闭环系统，将附图3的电路转化为如附图4所示的增加驱动环节电路后的控制电路各环节的小信号模型。带入实际参数值，对开环数值传递函数进行Matlab画出根轨迹图如附图5所示，可以看出此时的开环传递函数中存在右半平面偶极子，为了使补偿后的驱动网络的阶跃响应呈惯性阻尼形式上升至稳态，并且可抵消图中开环根轨迹图中的右半平面的偶极子的影响，故采用单零点双极点的补偿方式，得到如附图6所示的本发明的恒流型大功率电子负载控制电路图。
从附图6可以看出，本发明的恒流型大功率电子负载控制电路，是在比较器与IGBT之间增加驱动级电路后，又在比较器电路上增加补偿环节，以提高系统的稳定性。补偿环节通过以下手段实现：
在比较器的输出端和比较器的连接放大环节电路的输入端之间并联两路补偿器件，其中，一路为一电容C1，另一路为一电容C2串联一电阻R5。C1的一端连接比较器的输出端，另一端连接比较器的连接放大环节电路的输入端；电容C2的一端连接比较器的输出端，R5的一端连接比较器的连接放大环节电路的输入端。
此时环路补偿环节的传递函数为：
G c 1 = 1 + R 6 C 1 s R 5 ( C 1 + C 2 ) s ( 1 + R 6 C 1 C 2 C 1 + C 2 s )
为了抵消开环根轨迹右半平面的偶极子对系统所造成的不稳定的影响，采用单零点双极点的补偿方式即在复平面中添加原点极点作为主导极点，可消去右半平面的偶极子的影响，从而可将偶极子进行相互抵消。通过设计C1、C2以及R5的参数值，得到补偿后的开环根轨迹图如附图7所示。补偿后的开环根轨迹图表明，其对应的闭环传递函数的特征方程的所有特征根均处于复平面的左半平面，闭环系统稳定。
此时，通过实测系统测试，本发明的恒流型大功率电子负载控制电路启动瞬间驱动电压及电流波形如附图8所示，系统可稳定工作。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种恒流型电子负载的控制电路，其特征在于：所述控制电路包括放大环节电路、补偿环节电路和驱动级电路；所述补偿环节电路包括一个比较器、两个电容C1和C1、一个电阻R5，比较器的一个输入端连接参考控制信号，另一个输入端连接放大环节电路的输出；所述放大环节电路，将IBBT电子负载采样电压放大后输出到比较器；所述驱动级电路位于补偿环节电路的比较器的输出端与电子负载的输入端之间，由此构成了一个控制环路；所述驱动级电路用于提高控制环路的驱动能力，包括一个N沟道增强型MOSFET、一个三极管和两个电阻R1、R2，其中，三极管的基极连接MOSFET的源极，三极管的集电极和MOSFET的漏极接供电电压Vcc，三极管的发射极通过电阻R2接地，三极管的基极通过电路R2连接三极管的发射极，MOSFET的栅极为驱动级电路的输入端，用于连接比较器的输出，三极管的发射极为驱动级电路的输出，用于连接IGBT电子负载；所述补偿环节电路为比较器的输出端和比较器的连接放大环节电路的输入端之间并联两路补偿器件，其中，一路为电容C1，另一路为电容C2串联电阻R5；C1的一端连接比较器的输出端，另一端连接比较器的连接放大环节电路的输入端；电容C2的一端连接比较器的输出端，R5的一端连接比较器的连接放大环节电路的输入端。
2.根据权利要求1所述的恒流型电子负载的控制电路，其特征在于：通过调节C1、C2以及R5的参数值，采用单零点双极点的补偿方式即在复平面中添加原点极点作为主导极点，消去右半平面的偶极子的影响，使得闭环传递函数的特征方程的所有特征根均处于复平面的左半平面，所述恒流型电子负载的控制电路闭环系统稳定。
CN201410339245.7A 2014-07-16 2014-07-16 一种恒流型大功率电子负载控制电路 Active CN104102268B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410339245.7A CN104102268B (zh) 2014-07-16 2014-07-16 一种恒流型大功率电子负载控制电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410339245.7A CN104102268B (zh) 2014-07-16 2014-07-16 一种恒流型大功率电子负载控制电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104102268A true CN104102268A (zh) 2014-10-15
CN104102268B CN104102268B (zh) 2015-11-25

Family

ID=51670485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410339245.7A Active CN104102268B (zh) 2014-07-16 2014-07-16 一种恒流型大功率电子负载控制电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104102268B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104330595A (zh) * 2014-10-30 2015-02-04 广东威创视讯科技股份有限公司 激光用直流模块电源老化电子负载装置
CN106981989A (zh) * 2017-03-24 2017-07-25 哈尔滨工业大学深圳研究生院 线性功率级的多路并联型压控电流源及太阳能阵列模拟器
CN107482912A (zh) * 2016-10-31 2017-12-15 黑龙江省电力科学研究院 基于k因子提高峰值电流模式的Buck电路稳定性的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6324042B1 (en) * 1999-03-12 2001-11-27 Lynntech, Inc. Electronic load for the testing of electrochemical energy conversion devices
CN1368644A (zh) * 2001-02-05 2002-09-11 计测技术研究所 电子负载装置
CN1536368A (zh) * 2003-04-09 2004-10-13 计测技术研究所 电子负载装置
US20080150547A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Hong Fu Jin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd. Electronic load
US20100261086A1 (en) * 2009-04-08 2010-10-14 Young Green Energy Co. Fuel Cell System and Power Management Method thereof
CN102156501A (zh) * 2010-12-29 2011-08-17 广东省计量科学研究院东莞分院 交直流小电流模拟电子负载装置
CN103424580A (zh) * 2012-05-15 2013-12-04 富泰华工业（深圳）有限公司 电子负载

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6324042B1 (en) * 1999-03-12 2001-11-27 Lynntech, Inc. Electronic load for the testing of electrochemical energy conversion devices
CN1368644A (zh) * 2001-02-05 2002-09-11 计测技术研究所 电子负载装置
CN1536368A (zh) * 2003-04-09 2004-10-13 计测技术研究所 电子负载装置
US20080150547A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Hong Fu Jin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd. Electronic load
US20100261086A1 (en) * 2009-04-08 2010-10-14 Young Green Energy Co. Fuel Cell System and Power Management Method thereof
CN102156501A (zh) * 2010-12-29 2011-08-17 广东省计量科学研究院东莞分院 交直流小电流模拟电子负载装置
CN103424580A (zh) * 2012-05-15 2013-12-04 富泰华工业（深圳）有限公司 电子负载

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104330595A (zh) * 2014-10-30 2015-02-04 广东威创视讯科技股份有限公司 激光用直流模块电源老化电子负载装置
CN104330595B (zh) * 2014-10-30 2017-10-10 广东威创视讯科技股份有限公司 激光用直流模块电源老化电子负载装置
CN107482912A (zh) * 2016-10-31 2017-12-15 黑龙江省电力科学研究院 基于k因子提高峰值电流模式的Buck电路稳定性的方法
CN106981989A (zh) * 2017-03-24 2017-07-25 哈尔滨工业大学深圳研究生院 线性功率级的多路并联型压控电流源及太阳能阵列模拟器
CN106981989B (zh) * 2017-03-24 2019-04-02 哈尔滨工业大学深圳研究生院 线性功率级的多路并联型压控电流源及太阳能阵列模拟器

Also Published As

Publication number Publication date
CN104102268B (zh) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103105571B (zh) 一种基于仿真的绝缘栅双极型晶体管的电流特性测定方法
CN106982491B (zh) 升降压型恒流驱动电路及恒流驱动方法
CN203479979U (zh) 功率半导体器件直流参数测试系统
CN104102268B (zh) 一种恒流型大功率电子负载控制电路
CN214100826U (zh) 一种开关电源副边过流保护电路
CN105099143A (zh) 一种变频器中igbt驱动电路
CN204536413U (zh) 一种igbt集电极电压测量电路
CN208782994U (zh) 用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路
CN203772933U (zh) 隔离电压采样电路
CN206697912U (zh) 一种开关电源的过压保护电路
CN202486646U (zh) 一种恒流电路
CN211402618U (zh) 一种适用于igbt栅极电荷参数测量的电路
CN104219842A (zh) Led恒流装置
CN106160422A (zh) 一种隔离100kv高精度v/v变换电路
CN203261313U (zh) 一种用于高速折页机的大电流驱动电路
CN204595664U (zh) 一种高精度低成本电流源装置
CN203608075U (zh) 一种恒流装置
CN203027224U (zh) 脉冲功率放大电路
CN203968002U (zh) 带有输出过压保护功能的led自激振荡驱动电路
CN205986598U (zh) 隔离100kv高精度v/v变换电路
CN205039781U (zh) 一种ldmos射频功率放大管的偏置温度补偿装置
CN203911468U (zh) 具有短路保护的通信基站控制器
CN205377697U (zh) 一种移相电路的控制电路
CN205485704U (zh) 一种大电流恒流源
CN205120937U (zh) 高压灯丝恒阻电子负载电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhang Donglai

Inventor after: Chen Qi

Inventor after: Zhang Xiaofeng

Inventor after: Liu He

Inventor after: Qu Lu

Inventor after: Jin Shanshan

Inventor before: Zhang Donglai

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHANG DONGLAI TO: ZHANG DONGLAI CHEN QI ZHANG XIAOFENG LIU HE QU LU JIN SHANSHAN

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant