CN203608075U - 一种恒流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种恒流装置，包括：差分放大电路，输出端接方向控制和整流电路的输入端；方向控制电路，其控制输入端接差分放大电路输出端，电流输入端接低压电源输出端，输出端通过负载接恒流控制电路；电源组，由高、低压电源组成；整流电路，其输入端接差分放大电路，输出端接恒流控制电路的参考输入端和电流过冲控制电路第一输入端；恒流控制电路，其电流输入端接方向控制电路，电流采样输出端接电流过冲控制电路第二输入端和恒流控制电路的反馈端；电流过冲控制电路，其第一输入端接整流电路的输出端，第二输入端接恒流控制电路的电流取样端，电流输入端接高压电源。本实用新型实现负载电流的快速恒流，效率高，可靠性好，控制精度高。

Description

一种恒流装置

技术领域

本实用新型属于雷达变极化控制领域，具体涉及一种恒流装置，适用于雷达变极化控制器在控制线圈中产生电流。

背景技术

电磁波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向称为极化。在具体极化收发系统中，要取得最佳效果，必须使天线的极化方式和接收信息的极化方式相同。如果采用单极化天线接收信息，其受到天线与接收信息的极化匹配的影响，并且会损失一部分能量，给测量带来困难。同时，单极化抗干扰还存在不能抑制与目标回波新号相同极化方式的有源干扰。因此，如何区分有源干扰并能快速变极化成为研究的主要方向。若要求发射极化捷变，就必须有能快速从一种极化到另一种正交极化捷变的装置。

变极化技术在雷达气象学已经有相应的应用。在不同的气候条件下，雷达信号的极化特征不同，通过变极化技术就能对各种复杂环境地区的气候进行测量。而实现变极化的关键技术之一就是能在短时间改变其极化状态，具体说是需要短时间内改变电流的大小与方向从而达到快速从一种极化到另一种极化的目的。

目前，主要采用调节功率线性放大器输出电压，来实现控制线圈中的电流，通过提高放大器输出电压采用电压过冲的方式达到电流快速上升的目的，但其存在以下缺陷：1.线性放大器的输出为电压源，因负载的差异，以及线路阻抗的影响，很难达到对负载电流的精确控制。2.负载所需电流上升时间短，则需要线性放大器输出很高的过冲电压，但供电电压为150V以上高压线性放大器种类较少，且很贵，更高电压的线性放大器几乎没有，当需要更高过冲电压时，现有的线性放大器无法满足要求。3.因输出过冲电压高，要求线性放大器的增益较高，增益越高线性放大器稳定性就越差。4.线性放大器的供电电源需要正，负电源，供电电源个数和种类较多。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种恒流装置，实现使负载电流快速进入恒流状态，其本装置效率高，可靠性高，控制精度高。

一种恒流装置，包括

差分放大电路，其输入端接收输入电流信号，输出端分别连接方向控制电路的控制输入端和整流电路的输入端，用于将输入电流信号放大后传送给方向控制电路和整流电路；

方向控制电路，其控制输入端连接差分放大电路的输出端，电流输入端连接电源组的输出端，输出端通过负载连接恒流控制电路的电流输入端，用于依据放大后的电流信号的方向控制负载的电流方向；

电源组，其由高、低压电源组成，低压电源输出端接方向控制电路电流输入端，高压电源输出端连接电流过冲控制电路的电流输入端；

整流电路，其输入端接差分放大电路的输出端，输出端接恒流控制电路的参考输入端和电流过冲控制电路的第一输入端，用于对电流信号整流形成与放大后的电流信号幅度相等且方向单一的参考电流信号；

恒流控制电路，其电流输入端接方向控制电路的输出端，电流采样输出端接电流过冲控制电路的第二输入端和恒流控制电路的反馈端，用于实时采集负载电流，将其与参考电流信号比较，若负载电流小于参考电流，则恒流控制电路处于开关模式，若负载电流等于参考电流，则恒流控制电路处于恒流工作模式；其还将采集的负载电流传送给电流过冲控制电路；

电流过冲控制电路，其第一输入端接整流电路的输出端，第二输入端接恒流控制电路的电流取样端，电流输入端连高压电源输出端，用于将来自整流电路的参考电流与恒流控制电路采集的负载电流进行比较，若负载电流小于参考电流，则控制高压电源向负载供电，使负载电流快速进入恒流状态，若负载电流等于参考电流，则控制低压电源向负载供电。

进一步地，所述电流过冲控制电路包括第六运算放大器N6、第三电阻R3、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三开关管Q3、二极管V1和第二隔离驱动单元，第六运算放大器N6的同相输入端通过第十三电阻R13连接整流电路的输出端，第六运算放大器N6的同相输入端与第十三电阻R13的相接点连接第十四电阻R14后接地，第六运算放大器N6的反相输入端连接恒流控制电路的电流取样端，第六运算放大器N6的输出端通过第二隔离驱动单元、第三电阻R3连接第三开关管Q3，第三开关管Q3接入高压电源与负载之间的电路，二极管V1接入低压电源与负载之间的电路。

进一步地，所述恒流控制电路包括第五运算放大器N5、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、电容C1和第六开关管Q6，第五运算放大器N5的同相输入端通过第十五电阻连接整流电路的输出端，第五运算放大器N5的反相输入端依次通过第十六电阻R16、第二十电阻R20、第十九电阻R19连接第五运算放大器N5的输出端，第五运算放大器N5的反相输入端通过电容C1连接第五运算放大器N5的输出端，第六开关管Q6的输入端接入负载所在电路，第六开关管Q6的输出端通过第二十一电阻R21接地，第六开关管Q6的控制端连接第十九电阻R19与第二十电阻R20的交接点。

进一步地，所述方向控制电路包括方向比较器N2和第一隔离驱动单元，方向比较器N2的同相输入端连接所述差分放大电路的输出端，方向比较器N2的反相输入端接地，方向比较器N2的输出端连接第一隔离驱动单元的输入端，第一隔离驱动单元的输出端连接负载后接地。

进一步地，所述第一隔离驱动单元包括隔离驱动控制电路、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4和第五电阻R5；

所述隔离驱动控制电路的第一输出端依次连接第一电阻R1、第一开关管Q1的控制端；隔离驱动控制电路的第三输出端依次连接第五电阻R5、第五开关管Q5的控制端、第五开关管Q5的输入端、负载RL、第一开关管Q1的输出端；隔离驱动控制电路的第四输出端依次连接第四电阻R4、第四开关管Q4的控制端；隔离驱动控制电路的第二输出端依次连接第二电阻R2、第二开关管Q2的控制端，第二开关管Q2的输出端、负载RL、第四开关管的输入端；第一开关管Q1的输入端与第二开关管输入端连接所述电源组的输出端，第四开关管Q4的输出端与第五开关管的输出端连接所述恒流控制电路的电流输入端。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，本实用新型采用高、低压双电源叠加，在负载电流较小时，恒流控制电路处于开关模式，通过电流过冲控制电路控制高压电源向负载供电，高压电源电压越高，电流上升越快；在负载电流上升到目标值，恒流控制电路处于恒流工作模式，通过电流过冲控制电路控制低压电源向负载供电，实现对负载RL的电流恒流控制，这种控制电路具有对输出电流精确控制，不受输出负载与线路差异影响的技术效果。本装置工作稳定后电路处于低电压工作模式，在此种模式下，本装置效率高，因其温升低，可靠性也较高。方向控制电路，起到改变负载电流方向的作用，仅需要单电源供电即可达到改变负载电流方向的技术效果，相应实现负载电流快速恒流，减少供电电源种类，减小装置体积，提高可靠性。

在本实用新型的较佳实施方式中，电流过冲控制电路采用第三开关管Q3和二极管V1作为电源选择的执行件。假设负载处于恒流工作方式，负载电流为I_RL，I_Q6＝I_RL,输入电压V_in=V_Q6+V_RL,此时开关管Q6的电流为定值，输入供电电压越高，Q6分得的电压就越高，由P_Q6=V_Q6×I_Q6可以得知,其功耗就越大，供电电压越低，Q6分得的电压就越低，其功耗就越小。采用Q3和V1,实现无缝切换，当负载处于恒流工作方式时，切换成低压电源V1in，可以有效提高恒流装置效率。在本实用新型的较佳实施方式中，恒流控制电路采用第六开关管Q6作为恒流控制执行件，当负载RL进入恒流模式后恒流控制电路控制Q6使负载电流恒定，负载电压由Vin1提供，使Q6工作在最佳工作区，提高整机效率与可靠性。

在本实用新型的较佳实施方式中，方向控制电路在结构上采用全桥控制结构，起到改变负载电流方向的技术效果，具有减少供电电源数量优点。

附图说明

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型的电路原理图；

图3为采用本实用新型时的仿真波形图；

图4为未采用本实用新型的仿真波形图；

图5为实测输入Iin波形；

图6为实测输出电流1.2A时负载电流波形。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参见图1，恒流装置，包括差分放大电路、方向控制电路、电源组、整流电路、恒流控制电路和电流过冲控制电路。

差分放大电路，其输入端接收输入电流信号，输出端分别连接方向控制电路的控制输入端和整流电路的输入端，用于将输入电流信号放大后传送给方向控制电路和整流电路；

方向控制电路，其控制输入端连接差分放大电路的输出端，电流输入端连接电源组的输出端，输出端通过负载连接恒流控制电路的电流输入端，用于依据放大后的电流信号的方向控制负载的电流方向；

电源组，其由低压电源和高压电源组成，低压电源和高压电源的输出端连接方向控制电路的输入端；

整流电路，其输入端连接差分放大电路的输出端，输出端分别连接恒流控制电路和电流过冲控制电路的参考输入端，用于对电流信号整流形成与放大后的电流信号幅度相等且方向单一的参考电流信号；

恒流控制电路，其电流输入端接方向控制电路的输出端，电流采样输出端接电流过冲控制电路的第二输入端和恒流控制电路的反馈端，用于实时采集负载电流，将其与参考电流信号比较，若负载电流小于参考电流，则恒流控制电路处于开关模式，若负载电流等于参考电流，则恒流控制电路处于恒流工作模式；其还将采集的负载电流传送给电流过冲控制电路；

电流过冲控制电路，其第一输入端接整流电路的输出端，第二输入端接恒流控制电路的电流取样端，电流输入端连高压电源，用于将来自整流电路的参考电流与恒流控制电路采集的负载电流进行比较，若负载电流小于参考电流，则控制高压电源向负载供电，使负载电流快速进入恒流状态，若负载电流等于参考电流，则控制低压电源向负载供电，提高效率。

按照本实用新型的一种实施方式，差分放大电路由第一运算放大器N1、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第六电阻R6、第七电阻R7，组成典型的差分放大电路。差分放大将输入电流信号Iin进行放大处理由A点送至方向控制电路和整流电路。

按照本实用新型的一种实施方式，方向控制电路由方向比较器N2和第一隔离驱动单元组成，第一隔离驱动单元包括隔离驱动控制电路和四个开关管Q1、Q2、Q4和Q5，以及四个电阻R1、R2、R4和R5。所述隔离驱动控制电路的第一输出端依次连接第一电阻R1、第一开关管Q1的控制端；隔离驱动控制电路的第三输出端依次连接第五电阻R5、第五开关管Q5的控制端、第五开关管Q5的输入端、负载RL、第一开关管Q1的输出端；隔离驱动控制电路的第四输出端依次连接第四电阻R4、第四开关管Q4的控制端；隔离驱动控制电路的第二输出端依次连接第二电阻R2、第二开关管Q2的控制端，第二开关管Q2的输出端、负载RL、第四开关管的输入端；第一开关管Q1的输入端与第二开关管输入端连接所述电源组的输出端，第四开关管Q4的输出端与第五开关管的输出端连接所述恒流控制电路的电流输入端。图2中，A点电信号经方向比较器N2判断后由B点送至隔离驱动控制电路。B点信号为高时，经隔离驱动控制电路，控制第一开关管Q1和第五开关管Q5导通，假定此时负载RL的电流方向为正；B点信号为低时，经隔离驱动单元，控制第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，则此时负载RL的电流方向为负，由此控制负载RL的电流方向。四个电阻R1、R2、R4和R5对其各自相接的开关管起到驱动作用。

按照本实用新型的一种实施方式，整流电路由第三运算放大器N3、第四运算放大器N4、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第二二极管V2、第三二极管V3、第四二极管V4、第五二极管V5组成。参见图2，A点信号经整流后形成与A点信号幅度相等无方向性的C点信号。

按照本实用新型的一种实施方式，恒流控制电路包括第五运算放大器N5、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、电容C1和第六开关管Q6。第五运算放大器N5的同相输入端通过第十五电阻连接整流电路的输出端，第五运算放大器N5的反相输入端依次通过第十六电阻R16、第二十电阻R20、第十九电阻R19连接第五运算放大器N5的输出端，第五运算放大器N5的反相输入端通过电容C1连接第五运算放大器N5的输出端，第六开关管Q6的输入端接入负载所在电路，第六开关管Q6的输出端通过第二十一电阻R21接地，第六开关管Q6的控制端连接第十九电阻R19与第二十电阻R20的交接点。当负载电流经第二十一电阻R21采样后得到电压信号D，参考电流信号C经第十五电阻R15采样形成参考电压信号，当D小于表征电流信号C的参考电压信号时，N5输出高电平将第六开关管Q6导通，D信号等于表征电流信号C的参考电压信号时，运算放大器N5输出电平将第六开关管Q6恒流导通。

按照本实用新型的一种实施方式，电流过冲控制电路包括第六运算放大器N6、第三电阻R3、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三开关管Q3、二极管V1和第二隔离驱动单元，第六运算放大器N6的同相输入端通过第十三电阻R13连接整流电路的输出端，第六运算放大器N6的同相输入端与第十三电阻R13的相接点连接第十四电阻R14后接地，第六运算放大器N6的反相输入端连接恒流控制电路的电流取样端，第六运算放大器N6的输出端通过第二隔离驱动单元、第三电阻R3连接第三开关管Q3，第三开关管Q3接入高压电源与负载之间的电路，二极管V1接入低压电源与负载之间的电路。参见图2，参考电流信号C经电阻R13、电阻R14分压形成E，当D信号小于E信号时运算放大器N6，经隔离驱动后控制开关管Q3导通，负载电压由高压V2in提供，当D信号大于E信号N6控制Q3关断，负载电压由低压V1in提供。二极管V1将低压V1in与高压V2in进行隔离。

负载电流值从零上升到k倍Iin电流过程中，由N6与隔离驱动，控制Q3导通，N5控制Q6处于开关状态，Q6导通，负载电流由V2in，对负载RL供电，电感电流其上升时间与V2in成正比,T=V2in/L_RL。V2in电压越高负载电流就越快的进入恒流状态。当负载电流达到k倍Iin电流后，N6与隔离驱动，控制Q3关断，N5控制Q6处于放大区，电路进入恒流模式，同时负载电流由V1in对负载RL供电。V1in和恒流控制电路构成对负载RL的电流恒流控制。当负载RL进入恒流模式后恒流控制电路控制Q6使负载电流恒定，负载电压由V1in提供，使Q6工作在最佳工作区，提高整机效率与可靠性。

在上述电路中，由于第六开关管Q6需要起到小电流时为开关，大电流时为调节管的作用，因此推荐采用MOS开关管、三极管。其它开关管可在MOS开关管、三极管、晶闸管、IGBT和继电器中任意选择。若采用MOS开关管，MOS开关管的栅极作为控制端，漏极作为输入端，源极作为输出端；若采用三极管，则三极管的基极作为控制端，集电极作为输入端，发射极作为输出端，其它开关管类似处理，在此不再赘述。隔离驱动控制电路起到对输入端和控制端进行电气隔离控制作用，可采用光电隔离器件、继电器、专用隔离驱动器等电路。

实施例：

隔离驱动控制电路由四个隔离驱动器HCPL-3120A组成，第五运算放大器N5采用LM258芯片，第一运算放大器N1采用LM258芯片、第二比较器N2采用LM293芯片、第三运算放大器N3采用LM258芯片、第四运算放大器N4采用LM258芯片、第五运算放大器N5采用LM293芯片、第六运算放大器N6采用LM258芯片。第六开关管Q6采用MOS开关管，第一～五开关管Q1～Q5采用MOS开关管。高压电源为300V，低压电源为35V。

为更直观的显示本实用新型的效果，给出一个电流实测图。图3为用本实用新型的仿真波形图，0至2mS输入电流为1.5A,2mS至4mS电流为0，4mS至6mS输入电流为1A，6mS至8mS输入电流为0A。图中可看出电流从0上升至1.5A与1.5A降为0A所需时间小于1mS，满足要求；图4为未采用本实用新型的仿真波形图，未采用该恒流装置时负载电流2mS只能上升到小于0.4A不能满足要求。图5为实测输入Iin波形，当Vin2=300V，Vin1=35V,RL=160mH，其内阻为18Ω，要求Iin对应电流为1.2A时电感电流从0上升至1.2A的时间小于2mS，电流从0上升至-1.2A的时间小于2mS。图6为实测电流波形，从实测波形看，电路能满足设计要求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种恒流装置，其特征在于，包括

差分放大电路，其输入端接收输入电流信号，输出端分别连接方向控制电路的控制输入端和整流电路的输入端，用于将输入电流信号放大后传送给方向控制电路和整流电路；

方向控制电路，其控制输入端连接差分放大电路的输出端，电流输入端连接电源组的输出端，输出端通过负载连接恒流控制电路的电流输入端，用于依据放大后的电流信号的方向控制负载的电流方向；

电源组，其由高、低压电源组成，低压电源输出端接方向控制电路电流输入端，高压电源输出端连接电流过冲控制电路的电流输入端；

整流电路，其输入端接差分放大电路的输出端，输出端接恒流控制电路的参考输入端和电流过冲控制电路的第一输入端，用于对电流信号整流形成与放大后的电流信号幅度相等且方向单一的参考电流信号；

恒流控制电路，其电流输入端接方向控制电路的输出端，电流采样输出端接电流过冲控制电路的第二输入端和恒流控制电路的反馈端，用于实时采集负载电流，将其与参考电流信号比较，若负载电流小于参考电流，则恒流控制电路处于开关模式，若负载电流等于参考电流，则恒流控制电路处于恒流工作模式；其还将采集的负载电流传送给电流过冲控制电路；

电流过冲控制电路，其第一输入端接整流电路的输出端，第二输入端接恒流控制电路的电流取样端，电流输入端连高压电源输出端，用于将来自整流电路的参考电流与恒流控制电路采集的负载电流进行比较，若负载电流小于参考电流，则控制高压电源向负载供电，使负载电流快速进入恒流状态，若负载电流等于参考电流，则控制低压电源向负载供电。

2.根据权利要求1所述的恒流装置，其特征在于，所述电流过冲控制电路包括第六运算放大器N6、第三电阻R3、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三开关管Q3、二极管V1和第二隔离驱动单元，第六运算放大器N6的同相输入端通过第十三电阻R13连接整流电路的输出端，第六运算放大器N6的同相输入端与第十三电阻R13的相接点连接第十四电阻R14后接地，第六运算放大器N6的反相输入端连接恒流控制电路的电流取样端，第六运算放大器N6的输出端通过第二隔离驱动单元、第三电阻R3连接第三开关管Q3，第三开关管Q3接入高压电源与负载之间的电路，二极管V1接入低压电源与负载之间的电路。

3.根据权利要求1或2所述的恒流装置，其特征在于，所述恒流控制电路包括第五运算放大器N5、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、电容C1和第六开关管Q6，第五运算放大器N5的同相输入端通过第十五电阻连接整流电路的输出端，第五运算放大器N5的反相输入端依次通过第十六电阻R16、第二十电阻R20、第十九电阻R19连接第五运算放大器N5的输出端，第五运算放大器N5的反相输入端通过电容C1连接第五运算放大器N5的输出端，第六开关管Q6的输入端接入负载所在电路，第六开关管Q6的输出端通过第二十一电阻R21接地，第六开关管Q6的控制端连接第十九电阻R19与第二十电阻R20的交接点。

4.根据权利要求1或2所述的恒流装置，其特征在于，所述方向控制电路包括方向比较器N2和第一隔离驱动单元，方向比较器N2的同相输入端连接所述差分放大电路的输出端，方向比较器N2的反相输入端接地，方向比较器N2的输出端连接第一隔离驱动单元的输入端，第一隔离驱动单元的输出端连接负载后接地。

5.根据权利要求4所述的恒流装置，其特征在于，所述第一隔离驱动单元包括隔离驱动控制电路、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4和第五电阻R5；

所述隔离驱动控制电路的第一输出端依次连接第一电阻R1、第一开关管Q1的控制端；隔离驱动控制电路的第三输出端依次连接第五电阻R5、第五开关管Q5的控制端、第五开关管Q5的输入端、负载RL、第一开关管Q1的输出端；隔离驱动控制电路的第四输出端依次连接第四电阻R4、第四开关管Q4的控制端；隔离驱动控制电路的第二输出端依次连接第二电阻R2、第二开关管Q2的控制端，第二开关管Q2的输出端、负载RL、第四开关管的输入端；第一开关管Q1的输入端与第二开关管输入端连接所述电源组的输出端，第四开关管Q4的输出端与第五开关管的输出端连接所述恒流控制电路的电流输入端。

Images