CN201332364Y - 一种高效大功率ac/准dc双向输出电源电路 - Google Patents
一种高效大功率ac/准dc双向输出电源电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，包括电源变压器、全波整流、启电电路、功率开关、触发开关、电压比较电路、限幅网络、电压比较网络、能量储存和放电电路，所有电路均为双向输入/输出，上/下两部分电路为对称形式，启电电路有两种连接形式。本实用新型具有瞬态供电能力强的低成本、大功率、高可靠的特性，能够有效用于功率半导体器件测试系统，满足大功率电参数精密测试，实现单线路提供数百安电流，并联扩展实现数千安电流能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及特大功率半导体器件测试系统的功率电源技术，尤其涉及一种高效大功率AC/准DC双向输出电源电路。
背景技术
功率电源是测试系统的关键技术之一，直接影响到功率放大器的输出电流和电压特性、系统测量精度和稳定性等多项技术指标的实现。目前国内外测试系统使用的功率电源多为AC/DC和或DC/DC形式，DC/DC形式电源工作效率较高的一般达到85％左右，并且结构较复杂，产生高频纹波噪声，这种DC/DC形式输出电源由于很难进行并联连接而难以得到足够的电源电流，瞬态大电流能力差，目前国内外的智能测试系统中一般瞬态测试功率(Vpk*Ipk)局限于50-150VA范围内，无法满足特大功率器件的测试需要；早期采用的串型模拟AC/DC电源电路，功率损耗大，输出功率有限，发热较大，可靠性不足。这两种形式的电源难以满足数百安培以上大电流测试的需要。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，具有瞬态供电能力强的低成本、大功率、高可靠的特性，能够有效用于功率半导体器件测试系统，满足大功率电参数精密测试，实现单线路提供数百安电流，并联扩展实现数千安电流能力。
实现本实用新型目的的技术方案是：一种高效大功率AC/准DC双向输出电源线路，包括电源变压器、整流电路、上/下启电电路、上/下功率开关、上/下触发开关、上/下电压比较电路、上/下限幅网络、上/下电压比较网络、上/下能量储存和放电电路。所有电路均为双向输入/输出，上/下两部分电路为对称形式，启电电路有两种形式。
其中启电电路一由电阻R3和二极管D1串联的两端网络，两端分别接在功率开关控制电极和一个直流电压源上。
启电电路二由电阻R3和电容C1并联的两端网络，两端分别接在功率开关输入端和功率开关控制电极上。
功率开关为双向可控硅器件；触发开关为MOSFET或功率晶体管，触发开关提供功率开关需要的电流/电压触发通路；触发通路中同时引入串联电阻，接在触发开关管的D(C)或S(E)电极，从而限制触发电流。
电压比较电路为单比较器集成电路或多比较器集成电路，集成比较器(+)输入端与输出端之间接入一只高阻值电阻R6，形成正反馈，改善控制性能，集成比较器由正负直流电源供电。
电压比较网络分别由四只电阻R1、R2、R3和R4组成，其中R1和R2串联在一起形成一个回路，由DC电源提供参考电压，通过对参考地分压，形成比较参考电压，接到集成比较器+输入端；R3和R4串联在一起形成另一个回路，该回路将采集到的能量储存电路电压对参考地进行分压，形成比较的另一个电压，接到集成比较器-输入端，然后由集成比较器对两个电压进行比较，进而控制能量储存电路的输出电压值。
限幅网络由整流二极管D1、D2、D3和D4组成，设置需要的电压差，控制能量储存电路的输出电压范围，其中D1、D2和D3串联后接到D4的发射极上。
能量储存和放电电路由高压大容量电容C7、功率电阻R9、MOSFET开关Q5和断电判别控制电路组成，用以实现通电能量储存和关电后电容放电，电容公共端连接参考地和机箱地，以便测试系统电源共地，以实现功率半导体器件电参数的准确测试。
本实用新型作为特大功率半导体测试系统的功率电源，其随机续电能力强，输出功率高，损耗功率很低，无纹波噪声，电源发热小，工作可靠性高，使用寿命长。用于功率半导体器件测试系统，具有损耗低，工作期间续电能力强，输出功率大，无纹波噪声，发热小等特性，关电后经过放电能量储存电路电压回零。
本实用新型在电源形式上独辟溪径，通过创新技术设计的AC/准DC电源单元，每个单元可供瞬态功率达到10KVA，而且极易并联使用，通过并联可以容易地将电源瞬态功率提高到100KVA以上，从而满足被测器件的测试需要，与AC/DC和DC/DC形式电源相比，这种新型AC/准DC电源不仅可以容易地将输出瞬态功率提高数百倍以上，而且具有同比输出功率成本低、电源功耗小、高频噪声低、生产检测简单等优点。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理框图。
图2-1和图2-2是本实用新型启电电路、触发开关、功率开关原理图。
图3是本实用新型限幅网络、电压比较网络、电压比较电路原理图。
图4是本实用新型能量储存与放电电路原理图。
具体实施方式
其线路形式如图1所示，本实用新型包括电源变压器、整流电路、上/下启电电路、上/下功率开关、上/下触发开关、上/下电压比较电路、上/下限幅网络、上/下电压比较网络、上/下能量储存和放电电路。所有电路为双向输入/输出，上/下两部分电路为对称形式，其中采用二种形式起电电路，均能达到起电目的，保证AC电源接通后该电源开始正常工作。
如图2所示，启电电路一由电阻R3和二极管D1串联的两端网络，两端分别接在功率开关控制电极和一个直流电压源上。
启电电路二由电阻R3和电容C1并联的两端网络，两端分别接在功率开关输入端和功率开关控制电极上。
功率开关为双向可控硅器件，触发开关为MOSFET Q3或功率晶体管，触发开关提供功率开关控制极触发通路，并在D(C)或S(E)电极接入串联电阻R1，限制触发电流。
如图3所示，电压比较电路为单比较器集成电路或多比较器集成电路，集成比较器U1+输入端和输出端之间接一只高阻值电阻R6，形成正反馈，改善控制性能，集成比较器由正负直流电源供电。
电压比较网络分别由四只电阻R1、R2、R3和R4组成，其中R1和R2串联在一起形成一个回路，由DC电源提供参考电压，通过对参考地分压，形成比较参考电压，接到集成比较器+输入端；R3和R4串联在一起形成另一个回路，该回路将采集到的能量储存电路电压对参考地进行分压，形成比较的另一个电压，接到集成比较器-输入端，然后由集成比较器对两个电压进行比较，进而控制能量储存电路的输出电压值。
限幅网络由整流二极管D1、D2、D3和D4组成，设置需要的电压差，控制能量储存电路的输出电压范围，其中D1、D2和D3串联后接到D4的发射极上。
如图4所示，能量储存和放电电路由高压大容量电容C7、功率电阻R9、MOSFET开关Q5和断电判别控制电路组成，用以实现通电能量储存和关电后电容放电，电容公共端连接参考地和机箱地，以便测试系统电源共地，以实现功率半导体器件电参数的准确测试。
断电判别和控制电路能够在系统交流电源断电后靠自身储存电源继续工作30秒，它能够以智能方式判断AC电源的供电和断电，当AC电源断开后即控制MOSFET开关导通，实现对高压大容量储能电容的放电，而当AC电源重新接通时保持MOSFET开关断开，实现对储能电容的充电，适时建立V+和V-电源。该电路的应用能够有效降低AC/准DC电源电路的实际功耗，提高电源工作效率和工作可靠性。其中，功率电阻的阻值选择在30秒内基本实现储能电容放电和即便在MOSFET导通条件下不影响V+和V-电源建立和使用。
整个电路的工作原理为：功率电源输入为单相工频交流电源，输给电源变压器输入端，电源变压器输出端产生双向交流电源，次级中心抽头作为准DC电源的返回通路，并连接测试系统机箱地作为功率电源的参考地使用。双向交流电源通过整流电路进行全波整流，产生正/负向电源，分别加至上/下两个功率开关输入端。当交流电源输入初始接通时，能量储能电路电压为零，上/下启电电路先工作，控制功率开关导通，对上/下能量储存电路充电；同时，电压比较电路工作，控制触发开关导通，并持续控制功率开关导通；当能量储存电路电压达到设定的电压值时，通过限幅网络、电压比较网络和电压比较电路作用，在电压比较电路输出端产生反转电压，控制触发开关关断，进而控制功率开关关断，停止对能量储存电路充电。电源工作期间，限幅网络、电压比较网络和电压比较电路作为监控装置，持续检测能量储存电路电压，控制触发通道通断和功率开关动作，保证能量储存电路的电压在设定范围内。通过选定监控电路、触发开关、功率开关的反应延迟时间，可以设置能量储存电路输出电压范围，得到慢变的准DC功率电源。
主要技术指标：
输入电压：220V±10％，50Hz，5A
电压范围：+40/+80V，-40/80V
瞬态输出功率：5000/10000W
电压变化范围：≤±2V
输出电流：250A
平均耗散功率：≤2W
Claims (8)
1、一种高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其特征是包括电源变压器、整流电路、上/下启电电路、上/下功率开关、上/下触发开关、上/下电压比较电路、上/下限幅网络、上/下电压比较网络、上/下能量储存和放电电路，所有电路均为双向输入/输出，上/下两部分电路为对称形式，启电电路有两种连接形式。
2、如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其特征是启电电路一由电阻R3和二极管D1串联的两端网络，两端分别接在功率开关控制电极和一个直流电压源上。
3、如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其特征是启电电路二由电阻R3和电容C1并联的两端网络，两端分别接在功率开关输入端和功率开关控制电极上。
4、如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其特征是上/下功率开关为双向可控硅器件，上/下触发开关为MOSFETQ3或功率晶体管，上/下触发开关提供功率开关控制极触发通路，并在D/C或S/E电极接入串联电阻R1，限制触发电流。
5、如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其特征是上/下电压比较电路为单比较器集成电路或多比较器集成电路，集成比较器U1+输入端和输出端之间接一只高阻值电阻R6，形成正反馈，集成比较器由正负直流电源供电。
6、如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其特征是上/下电压比较网络分别由四只电阻R1、R2、R3和R4组成，其中R1和R2串联在一起形成一个回路，由DC电源提供参考电压，通过对参考地分压，形成比较参考电压，接到集成比较器+输入端；R3和R4串联在一起形成另一个回路，该回路将采集到的能量储存电路电压对参考地进行分压，形成比较的另一个电压，接到集成比较器-输入端，然后由集成比较器对两个电压进行比较，进而控制能量储存电路的输出电压值。
7、如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其特征是上/下限幅网络由整流二极管D1、D2、D3和D4组成，设置需要的电压差，控制能量储存电路的输出电压范围，其中D1、D2和D3串联后接到D4的发射极上。
8、如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其特征是上/下能量储存和放电电路由高压大容量电容C7、功率电阻R9、MOSFET开关Q5和断电判别控制电路组成，用以实现通电能量储存和关电后电容放电，电容公共端连接参考地和机箱地。
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|---|---|---|---|---|
| CN104009639A (zh) * | 2013-02-21 | 2014-08-27 | 罗伯特·博世有限公司 | 控制电路 |
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