CN112965003B - 电源老化负载电路 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电源老化负载电路，包括至少两个发热控制单元，采样电路，以及控制电路；所述发热控制单元包括调节电路和MOS管，各个发热控制单元的MOS管源极和漏极串联后连接在电源的正负极两端；其中，所述调节电路分别连接所述控制电路；所述采样电路用于对电源信号进行采样得到电源反馈信号输出至所述控制电路；所述控制电路用于接收输入的电源参考信号，将所述电源参考信号与所述电源反馈信号进行比对，输出控制信号至所述调节电路；所述调节电路用于根据所述控制信号调节所述MOS管的栅极电压以调节MOS管的内阻；该技术方案，通过把发热控制单元串联起来，增加了负载电压，提升了电源老化负载电路使用范围。

Description

电源老化负载电路
技术领域
本申请涉及高压电源技术领域，特别是一种电源老化负载电路。
背景技术
离子源是一门用途广，类型多、涉及科学多、工艺技术性强、发展十分迅速的应用科学技术。应用于离子源中的开关电源输出电压较高，有的高达数千伏特；因此，在对离子源的开关电源进行老化测试时，对于负载电路提出了更高要求。
目前，常见的开关电源测试老化负载都只有1200V左右，常见的老化负载，利用并联的多个MOS管（场效应管）来实现，每个发热控制单元由MOS管、若干个电阻、以及运算放大器组成，电源两端的电压分别加载到每个发热控制单元中；但由于MOS管工艺最多在1500V左右，发热控制单元电压相当于是MOS管的源极电压，当电源的电压值高达数千伏时，电压无法全部加载到MOS管的漏极和源极之间，由此可见，上述技术难以做到更高电压的老化测试负载。
发明内容
基于此，有必要针对上述难以做到更高电压的老化测试负载的技术缺陷，提供一种电源老化负载电路。
一种电源老化负载电路，包括：至少两个发热控制单元，采样电路，以及控制电路；
所述发热控制单元包括调节电路和MOS管，各个发热控制单元的MOS管源极和漏极串联后连接在电源的正负极两端；其中，所述调节电路分别连接所述控制电路；
所述采样电路用于对电源信号进行采样得到电源反馈信号输出至所述控制电路；
所述控制电路用于接收输入的电源参考信号，将所述电源参考信号与所述电源反馈信号进行比对，输出控制信号至所述调节电路；
所述调节电路用于根据所述控制信号调节所述MOS管的栅极电压以调节MOS管的内阻。
在一个实施例中，所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路；其中，所述电压采样电路包括连接在电源两端串联的电阻R5和电阻R6，所述电流采样电路包括连接在电源回路上的电阻R7；
所述电源反馈信号包括电压反馈信号和电流反馈信号；
所述电源参考信号包括参考电压U1和参考电压U2。
在一个实施例中，所述控制电路包括：运算放大器A1、运算放大器A2和控制信号发生电路；
所述运算放大器A1和运算放大器A2的输出端分别连接所述控制信号发生电路；
所述运算放大器A1的同相输入端连接在电阻R5和R6的连接点上，反相输入端接入参考电压U1；
所述运算放大器A2的同相输入端接入参考电压U2，反相输入端通过电阻R7接地；
所述控制信号发生电路的输出端连接至发热控制单元。
在一个实施例中，所述控制信号发生电路包括PWM信号发生器，用于输出PWM控制信号至所述调节电路；其中，所述PWM信号发生器连接电源VCC和接地。
在一个实施例中，所述调节电路包括：滤波电路和运算放大器A3；其中，所述运算放大器A3的同相输入端通过电阻R3连接MOS管的漏极，通过电阻R4连接MOS管的源极；所述运算放大器A3的输出端连接MOS管的栅极；所述运算放大器A3的反相输入端连接所述滤波电路；
所述滤波电路用于将所述PWM控制信号转换为直流电压输出至所述运算放大器A3的反相输入端；
所述运算放大器A3用于输出电压信号至所述MOS管的栅极。
在一个实施例中，所述PWM信号发生器分别通过光电耦合器连接至各个发热控制单元的滤波电路，用于对所述PWM控制信号进行反相放大。
在一个实施例中，所述滤波电路包括：电阻R1、电阻R2，以及电容C；
所述电阻R1连接电源VCC，并通过光电耦合器的输出端连接MOS管的源极；所述运算放大器A3的反相输入端通过电阻R2连接至电阻R1，所述电容C连接在所述运算放大器A3的反相输入端与MOS管的源极之间。
在一个实施例中，在电压反馈环中：
电源两端的电压上升时，PWM信号发生器输出占空比增加，电容C电压下降，MOS管的漏源电压下降，发热控制单元的负载电压下降。
在一个实施例中，在电流反馈环中：
电源回路的电流上升时，PWM信号发生器输出占空比减小，电容C电压上升，MOS管的漏源电压上升，发热控制单元的负载电流下降。
在一个实施例中，所述电源的正负极两端连接至离子源的开关电源的正负极两端，用于对离子源的开关电源进行老化测试。
本申请的技术方案具有如下有益效果：
通过将各个发热控制单元的MOS管源极和漏极串联后连接在电源的正负极两端，控制电路根据将输入的电源参考信号与采样得到的电源反馈信号进行比对，输出控制信号至来控制发热控制单元进入稳定工作状态；该技术方案，通过把发热控制单元串联起来，增加了负载电压，提升了电源老化负载电路使用范围。
进一步的，将采用PWM控制技术把电压电流反馈信号转换为PWM控制信号传送到每个发热控制单元，从而精准对发热控制单元进行控制进入稳定工作状态。
附图说明
图1是一个实施例的电源老化负载电路结构示意图；
图2是另一个实施例的电源老化负载电路结构示意图
图3是PWM控制信号的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例的术语“包括”以及其他任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
参考图1，图1是一个实施例的电源老化负载电路结构示意图；该电源老化负载电路可以包括：至少两个发热控制单元（如图中1-n，n≥2），采样电路，以及控制电路；发热控制单元包括调节电路和MOS管，各个发热控制单元的MOS管源极和漏极串联后连接在电源的正负极两端，即图中正极INU+、负极GND，调节电路分别连接控制电路。
采样电路用于对电源信号进行采样得到电源反馈信号输出至控制电路；控制电路用于接收输入的电源参考信号，将电源参考信号与电源反馈信号进行比对，输出控制信号至调节电路；调节电路用于根据控制信号调节MOS管的栅极电压以调节MOS管的内阻。
具体的，如图1中，发热控制单元采用了串联方式，从而可以使得达到更高的电压，通过将各个发热控制单元的MOS管源极和漏极串联后使用，控制电路可以根据将输入的电源参考信号与采样得到的电源反馈信号进行比对，输出控制信号至来控制发热控制单元进入稳定工作状态，从而增加了负载电压，提升了电源老化负载电路使用范围。
下面结合附图阐述本申请更多实施例，参考图2，图2是另一个实施例的电源老化负载电路结构示意图。
在一个实施例中，采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路包括连接在电源两端的串联分压的电阻R5和电阻R6，电流采样电路包括连接在电源回路上的电阻R7；电源反馈信号包括电压反馈信号和电流反馈信号；电源参考信号包括参考电压U1和参考电压U2。
对于参考电压U1和参考电压U2，其中参考电压U1是一个设定的电压值，输入的是标准电压；电阻R5和R6形成分压作用，系统正常运行需要满足U1=U×R6/（R5+R6），U为电源的正负极INU+、GND两端电压。
参考电压U2是一个设定的电压值，作用是通过电流采样电阻R7在电源回路上产生的一个标准电流值，由于电源回路上电流处处相等，因此，通过电阻R7上的电流IR7可以计算电流采用的电压。
进一步的，控制电路包括：运算放大器A1、运算放大器A2和控制信号发生电路。电路连接结构上：运算放大器A1和运算放大器A2的输出端分别连接控制信号发生电路；优选的，控制信号发生电路可以包括PWM信号发生器，用于输出PWM控制信号至调节电路；其中，PWM信号发生器连接电源VCC和接地。运算放大器A1的同相输入端连接在电阻R5和R6的连接点上，反相输入端接入参考电压U1；运算放大器A2的同相输入端接入参考电压U2，反相输入端通过电阻R7接地。
本实施例中，将采用PWM控制技术把电压电流反馈信号转换为PWM控制信号传送到每个发热控制单元，从而精准对发热控制单元进行控制进入稳定工作状态
继续参考图2，调节电路可以包括滤波电路和运算放大器A3，运算放大器A3的同相输入端通过电阻R3连接MOS管的漏极，通过电阻R4连接MOS管的源极；运算放大器A3的输出端连接MOS管的栅极；运算放大器A3的反相输入端连接滤波电路；滤波电路用于将PWM控制信号转换为直流电压输出至运算放大器A3的反相输入端；运算放大器A3用于输出电压信号至MOS管的栅极。PWM信号发生器分别通过光电耦合器OC（optical coupler，英文缩写为OC），连接至各个发热控制单元的滤波电路，用于对PWM控制信号进行反相放大。滤波电路可以包括：电阻R1、电阻R2，以及电容C；电阻R1连接电源VCC，并通过光电耦合器OC的输出端连接MOS管的源极；运算放大器A3的反相输入端通过电阻R2连接至电阻R1，电容C连接在运算放大器A3的反相输入端与MOS管的源极之间。
本实施例中，通过PWM控制信号精确控制各个发热控制单元的，如图3中，图3是PWM控制信号的示意图，当电压反馈信号UR以上图中所示进行变化时，对应在光电耦合器OC上形成的PWM控制信号占空比如下图所示，通过调节占空比来调节输入到MOS管的栅极的直流电压。
在一个实施例中，在电压反馈环中，电源老化负载电路工作原理如下：
电源两端的电压上升时，PWM信号发生器输出占空比增加，电容C电压下降，MOS管的漏源电压下降，发热控制单元的负载电压下降。
具体的，电阻R5、R6对电源正负极INU+和GND之间电源电压U分压后，输入运算放大器A1的正相输入端，反相输入端接入参考电压U1；则对应的系统满足U1=U×R6/（R5+R6），假设
U×R6/（R5+R6）=UA1+（UA1+为运算放大器A1的正相输入端电压）；
U1=UA1-（UA1-为运算放大器A1的反相输入端电压）；
运算放大器A1的输出端电压为UR1；
当电源电压U上升时，UA1+上升，此时UA1+大于UA1-，运算放大器A1的输出端的电压上升，电压UR输入PWM信号发生器，PWM输出占空比D增加的PWM控制信号，PWM控制信号通过光电耦合器OC进行光电隔离进行反相放大，反向加载到每个发热控制单元；由电阻R1、R2和电容C组成的滤波电路将放大后的PWM控制信号转换为直流电压，由于电压与占空比成正比，在PWM输出占空比D增加时，经过光电耦合器OC反相放大的PWM控制信号是减小，因此，电容C的电压下降，此时UA3-（运算放大器A3的正相输入端）下降，UA3-＜UA3+（运算放大器A3的反相输入端），运算放大器A3的输出端电压上升；MOS管Q的漏源电压下降，发热控制单元的电压下降，从而使得电源电压U降低，整个电路可以调节稳定电压。
在电流反馈环中，电源老化负载电路工作原理如下：
电源回路的电流上升时，PWM信号发生器输出占空比减小，电容C电压上升，MOS管的漏源电压上升，发热控制单元的负载电流下降。
具体的，电阻R7为电流采样电阻，电阻R7中的电流等于系统电流，如图中，当系统的电流上升时，电阻R7中的分压UR7上升，假设
运算放大器A2的反相输入端电压为UA2-；
运算放大器A2的正相输入端电压为UA2+；
运算放大器A2的输出端电压为UR2；
如图中，UR7上升时UA2-大于UA2+，电压UR2下降，UR2输入PWM信号发生器，PWM信号发生器输出占空比D减小，由于电压与占空比成正比，在PWM输出占空比D减小时，经过光电耦合器OC反相放大的PWM控制信号是增大，因此，电容C的电压上升，电压UA3-上升，电压UA3-大于电压UA3+，因此，运算放大器A3的输出端电压下降，由于运算放大器A3的输出端电压下降，MOS管Q的漏源电压上升，流入整个电源老化负载电路的电流下降，即流过电阻R7的电流也会下降，因此，当电流上升时，整个电路可以调节稳定电流。
综合上述实施例的电源老化负载电路，其电源的正负极两端可以连接至离子源的开关电源的正负极两端，用于对离子源的开关电源进行老化测试。
采用本申请的技术方案，利用1500V左右的MOS管串联使用，结合相应的电压电流反馈，可以实现电压值高达数千伏的老化负载，适用于离子源的开关电源的老化测试负载。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种电源老化负载电路，其特征在于，包括：至少两个发热控制单元，采样电路，以及控制电路；
所述发热控制单元包括调节电路和MOS管，各个发热控制单元的MOS管源极和漏极串联后连接在电源的正负极两端；其中，所述调节电路分别连接所述MOS管的栅极和所述控制电路；
所述采样电路用于对电源信号进行采样得到电源反馈信号输出至所述控制电路；所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路；其中，所述电压采样电路包括连接在电源两端串联的电阻R5和电阻R6，所述电流采样电路包括连接在电源回路上的电阻R7；所述电源反馈信号包括电压反馈信号和电流反馈信号；电源参考信号包括参考电压U1和参考电压U2；
所述控制电路用于接收输入的电源参考信号，将所述电源参考信号与所述电源反馈信号进行比对，输出控制信号至所述调节电路，控制发热控制单元进入稳定工作状态，增加负载电压；
所述调节电路用于根据所述控制信号调节所述MOS管的栅极电压以调节MOS管的内阻。
2.根据权利要求1所述的电源老化负载电路，其特征在于，所述控制电路包括：运算放大器A1、运算放大器A2和控制信号发生电路；
所述运算放大器A1和运算放大器A2的输出端分别连接所述控制信号发生电路；
所述运算放大器A1的同相输入端连接在电阻R5和R6的连接点上，反相输入端接入参考电压U1；
所述运算放大器A2的同相输入端接入参考电压U2，反相输入端通过电阻R7接地；
所述控制信号发生电路的输出端连接至发热控制单元。
3.根据权利要求2所述的电源老化负载电路，其特征在于，所述控制信号发生电路包括PWM信号发生器，用于输出PWM控制信号至所述调节电路；其中，所述PWM信号发生器连接电源VCC和接地。
4.根据权利要求3所述的电源老化负载电路，其特征在于，所述调节电路包括：滤波电路和运算放大器A3；其中，所述运算放大器A3的同相输入端通过电阻R3连接MOS管的漏极，通过电阻R4连接MOS管的源极；所述运算放大器A3的输出端连接MOS管的栅极；所述运算放大器A3的反相输入端连接所述滤波电路；
所述滤波电路用于将所述PWM控制信号转换为直流电压输出至所述运算放大器A3的反相输入端；
所述运算放大器A3用于输出电压信号至所述MOS管的栅极。
5.根据权利要求4所述的电源老化负载电路，其特征在于，所述PWM信号发生器分别通过光电耦合器连接至各个发热控制单元的滤波电路，用于对所述PWM控制信号进行反相放大。
6.根据权利要求5所述的电源老化负载电路，其特征在于，所述滤波电路包括：电阻R1、电阻R2，以及电容C；
所述电阻R1连接电源VCC，并通过光电耦合器的输出端连接MOS管的源极；所述运算放大器A3的反相输入端通过电阻R2连接至电阻R1，所述电容C连接在所述运算放大器A3的反相输入端与MOS管的源极之间。
7.根据权利要求6所述的电源老化负载电路，其特征在于，在电压反馈环中：
电源两端的电压上升时，PWM信号发生器输出占空比增加，电容C电压下降，MOS管的漏源电压下降，发热控制单元的负载电压下降。
8.根据权利要求6所述的电源老化负载电路，其特征在于，在电流反馈环中：
电源回路的电流上升时，PWM信号发生器输出占空比减小，电容C电压上升，MOS管的漏源电压上升，发热控制单元的负载电流下降。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电源老化负载电路，其特征在于，所述电源的正负极两端连接至离子源的开关电源的正负极两端，用于对离子源的开关电源进行老化测试。
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