CN104699154A - 可调电源及具有该可调电源的均流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调电源及具有该可调电源的均流系统，其中，可调电源包括给定装置、反馈装置、调节装置和功率装置，初始给定电压通过给定装置设定，反馈装置则输出与负载电流相对应的反馈电压，而调节装置根据初始给定电压和反馈电压生成调节电压，功率装置根据调节电压输出相应的负载电流。在传统的电源调节技术中，先将反馈电压输入到给定装置，再通过给定装置调节初始给定电压来调节电源电流输出，而本发明可调电源所形成电源电流输出调节反馈回路中，直接将反馈电压输入给调节装置，解决了利用现有可调电源并通过均流技术获得的直流大电流精度、稳定度和可靠性不够，而又动态响应速度慢的技术问题。

Description

可调电源及具有该可调电源的均流系统

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别地，涉及一种可调电源。此外，本发明还涉及一种具有上述可调电源的均流系统。

背景技术

在电源技术领域,直流大电流电源的研究与运用一直是个热点，同时也是难题，尤其是在对各类大电流测试仪器、仪表进行计量时，就需要一个高精度和高稳定度的直流大电流电源作为校准基准。实用操作中往往采用模块化的构造方法，即将一定规格的模块式电源按照一定方式串联或并联，以实现直流大电流输出效果，但模块式电源完全根据输入给定值来确定输出电流，即输入给定值的精度和准确度直接影响到输出电流的参数。

另外，传统的电源调节技术中，采用将反馈电压输入到给定装置，然后再通过对初始给定电压的调节来实现电源电流输出的调节，给定装置往往包括微处理器，微处理器需要根据反馈电压在内部运行一系列运算指令后，才能实现电源电流输出的控制，而微处理器还要运行整个系统的操作指令，所以现有的直流大电源电流响应速度较慢，再者，一旦给定装置工作异常后，将使得整个闭环反馈回路崩溃，进而导致电源工作于不可控状态。

目前常用的几种均流技术及其缺点如下：

1、改变单元输出内阻法(斜率控制法、电压下垂式、输出特性斜率控制式)

缺点：小电流时均流效果较差，对于电压源，内阻R应越小越好，但这种方法是靠改变内阻来实现均流，降低了电源输出的负载特性，以牺牲电流的技术指标来实现。

2、主/从控制法

缺点:一旦主控单元出现故障则整个系统崩溃，且电压环工作频带宽，易受噪声干扰，而且主控单元与各从属单元之间的通讯方式复杂，可靠性仅取决于主控单元。

3、外部电路控制法

缺点:每个单元需要附加一个电流控制电路，否则会降低单元的技术指标及工作稳定性，而随着并联的单元越来越多，整个均流系统也越来越复杂，不便于维护升级。

4、平均电流型自动负载均流法

缺点：为了使系统在动态调节过程始终稳定，通常要限制最大调节范围，要将所有电压调节到电压捕捉范围内，如果有一个模块均流线短路，则系统无法均流。另外，单个模块限流工作异常也会引起系统不稳定，尤其是系统稳定性与负载均流瞬态响应的矛盾很难解决。

5、最大电流型自动均流法

缺点：最大电流自动均流法缺点与平均电流法的缺点相似。

6、强迫均流法

缺点：强迫均流极度依赖监控模块.如果监控模块失效.则无法实现均流效果。

发明内容

本发明提供了一种可调电源及具有该可调电源的均流系统，以解决现有可调电源的输出电流精度和可靠性不足，且动态响应速度慢的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种可调电源，包括：

给定装置，用于设定初始给定电压；

反馈装置，用于生成与负载电流相对应的反馈电压；

调节装置，与给定装置和反馈装置的输出端连接，用于根据初始给定电压和反馈电压生成调节电压；

功率装置，与调节装置的输出端连接，用于根据调节电压输出与调节电压对应的负载电流。

进一步地，反馈装置包括串接于负载电流回路上的负载电流检测器，用于将负载电流转变为相对应的反馈电压。

进一步地，负载电流检测器包括电流比较仪和连接于电流比较仪输出端的电流电压转换器，电流比较仪用于将负载电流按比例转变为反馈电流，电流电压转换器用于将反馈电流转变为反馈电压；

或，负载电流检测器包括电流检测电阻，用于将负载电流转变为反馈电压。

进一步地，调节装置包括第一电阻，第一电阻的一端与反馈装置的输出端连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端、电容的一端和运算放大器的反相输入端连接，第二电阻的另一端连接于给定装置的输出端，电容的另一端与运算放大器的输出端连接。

进一步地，调节装置还包括偏移电阻，调零电压从偏移电阻的一端输入，偏移电阻的另一端连接于反相输入端，用于调节负载电流的初始值。

进一步地，给定装置包括滑动变阻器，用于调节初始给定电压的大小。

进一步地，给定装置包括微处理器和与微处理器电连接的DA转换器，DA转换器用于将微处理器设定的初始给定电压从数字量转换成模拟量；

可调电源还包括连接于反馈装置输出端的AD转换器，AD转换器的输出端连接于微处理器。

根据本发明的另一方面，还提供了一种均流系统，包括中央控制台和与中央控制台电连接的上位控制终端，一个或多个上述可调电源通过总线连接于中央控制台，其中，多个可调电源的输出端各串接一个二极管后并联。

进一步地，中央控制台包括显示装置和目标电流设定装置，可调电源的输出电流参数显示于显示装置上。

进一步地，显示装置包括显示屏及与显示屏连接的显示驱动装置，显示屏包括数码管显示屏或液晶显示屏；

目标电流设定装置包括键盘输入装置或触屏输入装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种可调电源及具有该可调电源的均流系统，其中，可调电源包括给定装置、反馈装置、调节装置和功率装置，初始给定电压通过给定装置设定，反馈装置则输出与负载电流相对应的反馈电压，而调节装置根据初始给定电压和反馈电压生成调节电压，功率装置根据调节电压输出相应的负载电流。在传统的电源调节技术中，先将反馈电压输入到给定装置，再通过给定装置调节初始给定电压来调节电源电流输出，而本发明可调电源所形成电源电流输出调节反馈回路中，直接将反馈电压输入给调节装置，解决了利用现有可调电源并通过均流技术获得的直流大电流精度、稳定度和可靠性不够，而又动态响应速度慢的技术问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例中可调电源的系统结构框图；

图2是图1中所示反馈装置的结构框图；

图3是图1中所示给定装置的结构框图；以及

图4是本发明优选实施例中均流系统的系统结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

根据本发明的一个方面，参照图1，优选实施例提供了一种可调电源，包括给定装置100，用于设定初始给定电压；反馈装置200，用于生成与负载电流相对应的反馈电压；调节装置300，与给定装置100和反馈装置200的输出端连接，用于根据初始给定电压和反馈电压生成调节电压；功率装置400，与调节装置300的输出端连接，用于根据调节电压输出与调节电压对应的负载电流。传统的电源调节技术中先将反馈电压输入到给定装置100，给定装置100往往包括微处理器110，微处理器110需要根据反馈电压在内部运行一系列运算指令后，再调节初始给定电压，以达到调节电源电流输出的目的，微处理器110还要运行整个系统的操作指令，这样的方式动态响应差。本发明可调电源形成电源电流输出调节反馈回路中，直接将反馈电压输入给调节装置300，解决了利用现有可调电源并通过均流技术获得的直流大电流精度和可靠性不够，而又动态响应速度慢的技术问题，同时微处理器110可专注于处理系统内的其他事务，提高运行效率，尤其是即使给定装置100工作异常，也不会导致反馈回路崩溃，电源根据原初始设定值继续保持恒流输出，并且可调电源检测到所输出的电源电流没有达到要求时，会自行主动调节，而且精度最优可控制在50ppm内。优选地，调节装置300可采用硬件模拟实现，调节时间更短，动态响应性能更佳，当外接负载变化时，可调电源的响应速度最快可达1A/μs。

可选地，参照图2，反馈装置200包括串接于负载电流回路上的负载电流检测器210，用于将负载电流转变为相应的反馈电压。现有技术中，近距离传输时，电压信号的采集和识别更加便利有效。

可选地，参照图2，负载电流检测器210包括电流比较仪211和连接于电流比较仪211输出端的电流电压转换器212，电流比较仪211用于将负载电流按比例转变为反馈电流，电流电压转换器212用于将反馈电流转变为反馈电压；或，负载电流检测器210包括电流检测电阻，用于将反馈电流转变为反馈电压。运用电流比较仪211实现负载电流的检测，使得负载电流与反馈电流电气隔离，不仅克服温度变化带给电流检测带来的影响，而且具有耐压高和电流纹波抑制等优点，所以采用此种方式，最终根据反馈电流得到的反馈电压也更精确。

可选地，调节装置300包括第一电阻，第一电阻的一端与反馈装置200的输出端连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端、电容的一端和运算放大器的反相输入端连接，第二电阻的另一端连接于给定装置100的输出端，电容的另一端与运算放大器的输出端连接。调节装置300包括一个由运算放大器及外围元器件组成的积分器，采用此种方式，使得调节电压的变化更平滑、更稳定可靠。

可选地，调节装置300还包括偏移电阻，调零电压从偏移电阻一端输入，偏移电阻的另一端连接于反相输入端，用于调节负载电流的初始值。通过此种方式，可调节电压为0时，能根据调零电压调节初始负载电流的大小。随着可调电源使用时间的增长，功率装置400的性能会衰弱，并导致可调电压为0时的初始负载电流产生漂移，此时通过调零电压即可将初始负载电流矫正至0，使得可调电源电流输出从0至最大连续可调，并保证电源电流输出精度。

可选地，给定装置100包括滑动变阻器，用于调节初始给定电压的大小，通过调整滑动变阻器的划片的位置，即能产生不同的分压效果，进而实现对给定电压大小的调节。

可选地，给定装置100包括微处理器110和与微处理器110电连接的DA转换器120，DA转换器120用于将微处理器110设定的初始给定电压从数字量转换成模拟量；可调电源还包括连接于反馈装置200输出端的AD转换器130，AD转换器130的输出端连接于微处理器110。通过微处理器110和DA转换器120能实现对初始给定电压更精细的控制，而且DA转换器120还带有电平自锁功能，即使微处理器110工作异常或死机，无法与DA转换器120之间进行有效通讯，也不会影响功率装置400恒流输出。

根据本发明的另一个方面，参照图3，优选实施例提供了一种均流系统，包括中央控制台500和与中央控制台500电连接的上位控制终端700，一个或多个上述的可调电源通过总线连接于中央控制台500，其中，多个可调电源的输出端各串接一个二极管后并联。传统的均流技术中，中央控制台500一直不停的调节各个可调电源的电流输出，直到达到均流平衡，采用此种方式，各个可调电源均能根据中央控制台500的电流设定值独立工作，同时，可调电源检测到自己的电流输出没有达到要求时，会自主调节，而且各可调电源的工作状态均通过总线及时反馈至中央控制台500，当个可调单元的恒流输出差异较大时，能迅速做出调节，且当其中个别可调电源工作不正常时，也不会影响到其他的可调电源，使得系统更佳稳定可靠。优选地，总线上设有总线扩展接口，能根据具体的应用需求选择可调电源的数量，极大提高了均流系统的延展性，间接节约了成本。优选地，二极管选用瞬间冲击电流能达到2000A大电流二极管，以保证均流系统的可靠性。采用本发明优选实施例，能实现最大值为5000A到上万安培的持续电流输出，真正实现了强电流输出，而且稳定度最优可达10ppm/小时。

另外，本发明优选实施例中的多个可调电源之间都进行了电气隔离，只在外接负载两端外通过二极管进行并联连接，每个可调电压源都是独立可控，电流从0～Imax连续可调，调节精度最优可达10ppm，因此系统均流输出后，每个可调电源之间的误差最优可控制在50ppm以内，真正实现均流。

可选地，中央控制台500包括显示装置和目标电流设定装置，可调电源的输出电流参数显示于显示装置上。采用此种方式，能实现对均流系统中各个可调电源的可视化监控，而通过目标电流设定装置用于根据需求设定不同的目标大电流。采用此种方式，本优选实施例中目标大电流设定方式既能通过中央控制台500实现，又可以通过上位控制终端700实现，其中，上位控制终端700将指令发送给中央控制台500，中央控制台500接收到指令后，根据电流设定值的大小控制多个可调电源进行输出。并且，中央控制台500可将各个可调电源反馈回的输出电流参数传递至上位控制终端700。

可选地，显示装置包括显示屏及与显示屏连接的显示驱动装置，显示屏包括数码管显示屏或液晶显示屏；目标电流设定装置包括键盘输入装置或触屏输入装置。其中，数码管显示屏和键盘输入装置更加廉价，而液晶显示屏和触屏输入装置更加直观和智能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调电源，其特征在于，所述可调电源包括：

给定装置(100)，用于设定初始给定电压；

反馈装置(200)，用于生成与负载电流相对应的反馈电压；

调节装置(300)，与所述给定装置(100)和所述反馈装置(200)的输出端连接，用于根据所述初始给定电压和所述反馈电压生成调节电压；

功率装置(400)，与所述调节装置(300)的输出端连接，用于根据所述调节电压输出与所述调节电压对应的所述负载电流。

2.根据权利要求1所述的可调电源，其特征在于，

所述反馈装置(200)包括串接于所述负载电流回路上的负载电流检测器(210)，用于将所述负载电流转变为相对应的所述反馈电压。

3.根据权利要求2所述的可调电源，其特征在于，

所述负载电流检测器(210)包括电流比较仪(211)和连接于所述电流比较仪(211)输出端的电流电压转换器(212)，所述电流比较仪(211)用于将所述负载电流按比例转变为反馈电流，所述电流电压转换器(212)用于将所述反馈电流转变为所述反馈电压；

或，所述负载电流检测器(210)包括电流检测电阻，用于将所述负载电流转变为所述反馈电压。

4.根据权利要求1所述的可调电源，其特征在于，

所述调节装置(300)包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述反馈装置(200)的输出端连接，所述第一电阻的另一端与第二电阻的一端、电容的一端和运算放大器的反相输入端连接，所述第二电阻的另一端连接于所述给定装置(100)的输出端，所述电容的另一端与所述运算放大器的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的可调电源，其特征在于，

所述调节装置(300)还包括偏移电阻，调零电压从所述偏移电阻的一端输入，所述偏移电阻的另一端连接于所述反相输入端，用于调节所述负载电流的初始值。

6.根据权利要求1至5任一所述的可调电源，其特征在于，

所述给定装置(100)包括滑动变阻器，用于调节所述初始给定电压的大小。

7.根据权利要求1至5任一所述的可调电源，其特征在于，

所述给定装置(100)包括微处理器(110)和与所述微处理器(110)电连接的DA转换器(120)，所述DA转换器(120)用于将所述微处理器(110)设定的所述初始给定电压从数字量转换成模拟量；

所述可调电源还包括连接于所述反馈装置(200)输出端的AD转换器(130)，所述AD转换器(130)的输出端连接于微处理器(110)。

8.一种均流系统，包括中央控制台(500)和与所述中央控制台(500)电连接的上位控制终端(700)，一个或多个如权利要求1至7任一所述可调电源通过总线连接于所述中央控制台(500)，其中，多个所述可调电源的输出端各串接一个二极管后并联。

9.根据权利要求8所述的均流系统，其特征在于，

所述中央控制台(500)包括显示装置和目标电流设定装置，所述可调电源的输出电流参数显示于所述显示装置上。

10.根据权利要求9所述的均流系统，其特征在于，

所述显示装置包括显示屏及与所述显示屏连接的显示驱动装置，所述显示屏包括数码管显示屏或液晶显示屏；

所述目标电流设定装置包括键盘输入装置或触屏输入装置。