CN220421642U - 一种在恒流回路中切换电压源的控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电子开关切换技术领域，涉及一种在恒流回路中切换电压源的控制电路，包括：切换模块，分别与所述切换模块通过电气连接的电流源、连接线等效电感、MCU控制电路和电压源，所述切换模块包括通过电气连接的防反接部件、切换开关和切换开关驱动电路。能够实现在电流源回路中切入或者切出电压源时电流波动小的性能指标，实验电路数据表明在100A的恒流源回路中切入或切出恒压源时电流波动率小于2％，能够很好的解决通过切入或者切出一个或者多个恒压源，来拓展电流源的输出电压范围，即实现宽输出电压范围的恒流源系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子开关技术领域，更具体地说，涉及一种在恒流回路中切换电压源的控制电路。
背景技术
恒流回路指的是具有恒定电流输出的电路。例如恒流电源供电时，无论负载如何变化，它的输出电流也不会随着负载的变化而变化。恒流源是输出电流保持恒定的电流源，而理想的恒流源应该具有以下特点：不因负载(输出电压)变化而改变；不因环境温度变化而改变；能够提供恒定电流的电路即为恒流源电路，又称为电流反射镜电路。
现有的可调恒流恒压电源系统中，通常通过切入或者切出电压源来提高电流源的输出电压范围，但在旁路切换过程中是不希望恒流源的电流发生大的波动，目前已有切换方式在旁路切换过程中，都会产生较大的电流波动，不能很好地满足高电流精度的要求。
实用新型内容
针对现有技术的上述的缺陷，本实用新型提供一种在恒流回路中切换电压源的控制电路，包括：
切换模块，分别与所述切换模块通过电气连接的电流源、连接线等效电感、MCU控制电路和电压源，所述切换模块包括通过电气连接的防反接部件、切换开关和切换开关驱动电路。
优选地，所述防反接部件包括二极管D1。
优选地，所述切换开关为开关管Q1。
优选地，所述电流源包括：使用恒流控制模式的开关电源。
优选地，所述MCU控制电路包括：通过电气连接的MCU、数字信号处理器、现场可编程门阵列及复杂可编程逻辑器件。
优选地，所述切换开关为开关管Q2和开关管Q3并联连接而成。
优选地，所述开关管Q2为金属氧化物场效应管、绝缘栅双极型晶体管、碳化硅场效应管及氮化镓管中的任何一种。
优选地，所述开关管Q3为金属氧化物场效应管、绝缘栅双极型晶体管、碳化硅场效应管及氮化镓管中的任何一种。
优选地，所述连接线等效电感包括：通过电气连接的连接线寄生电感、电感器及磁路耦合电感。
优选地，所述切换开关驱动电路包括：驱动芯片、驱动变压器。
实施本实用新型的在恒流回路中切换电压源的控制电路，具有以下有益效果：能够实现在电流源回路中切入或者切出电压源时电流波动小的性能指标，实验电路数据表明在100A的恒流源回路中切入或切出恒压源时电流波动率小于2％，能够很好的解决通过切入或者切出一个或者多个恒压源，来拓展电流源的输出电压范围，即实现宽输出电压范围的恒流源系统。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型在恒流回路中切换电压源的控制电路的结构示意图；
图2是本实用新型在恒流回路中切换电压源的控制电路一优选实施例结构示意图；
图3是本实用新型在恒流回路中切换电压源的控制电路另一优选实施例结构示意图；
图4是图3中的占空比示意图；
图5是图2中电流产生突变的示意图；
图6是图3中电流产生突变的示意图；
图7是图3中开关切换波形图。
图中，10-切换模块，20-MCU控制电路，30-电流源，40-电压源，50-连接线等效电感。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
实施例一
请参阅图1，为本实用新型在恒流回路中切换电压源的控制电路的结构示意图。如图1所示，在本实用新型一实施例提供的在恒流回路中切换电压源的控制电路中，包括：
切换模块，分别与切换模块通过电气连接的电流源、连接线等效电感、MCU控制电路和电压源，切换模块包括通过电气连接的防反接部件、切换开关和切换开关驱动电路。
具体实施时，连接线等效电感包括但不限于：通过电气连接的连接线寄生电感、电感器及磁路耦合电感。其中，切换模块用于根据MCU控制电路的控制指令，将恒流源回路中的电压源切入或切出恒流源回路；MCU控制电路用于根据外部指令及预设的切换条件，控制切换模块中的开关管，实施电压源切入电流恒回路或切出电流源回路，电流源用于为恒流源回路提供一个恒定的电流，电压流源用于为恒流源回路提供一个稳定的电压，连接线等效电感用于连接电流源、切换模块及电压源，其连接线寄生电感在切换开关切换时限制电流因切换开关二端电压变化引起的电流变化率。防反接部件用于一旦被保护电路的在恒流回路中切换电压源的控制电路极性反接,则会形成断路,防止电流烧毁本实用新型中的元件,保护整体电路，切换开关用于电路切换，切换开关驱动电路用于驱动切换开关。
切换开关驱动电路包括但不限于：驱动芯片、驱动变压器。具体实施时，MCU控制电路包括通过电气连接的微处理器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)及复杂可编程逻辑器件(CPLD)中的任何一种。电流源20可以但是不限于使用恒流控制模式的开关电源。
实施本实施例，能够实现在电流源回路中切入或者切出电压源时电流波动小的性能指标，能够很好的解决通过切入或者切出一个或者多个恒压源，来拓展电流源的输出电压范围，即实现宽输出电压范围的恒流源系统。
实施例二
图2是本实用新型在恒流回路中切换电压源的控制电路一优选实施例结构示意图。如图2所示，一种在恒流回路中切换电压源的控制电路，包括切换模块，分别与所述切换模块通过电气连接的恒流源I1、连接线等效电感L1、MCU控制电路和待切换的电压源V1，切换模块包括通过电气连接的防反接部件二极管D1、开关管Q1和开关管Q1驱动电路。二极管D1可以防止电压源V1在切换时被短路。二极管D1、开关管Q1和待切换的电压源V1组成了一个切换模块。当电压源V1在主回路中时，二极管D1导通，开关管Q1关断。当电压源V1需要退出回路时，此时开关管Q1导通，二极管D1反向截止。使用驱动信号变占空比的控制方式，可以实现开关开关管Q1两端的平均电压随占空比正相关的变化，能够较好地实现开关状态切换时电流波动较小性能要求。
具体实施时，开关管Q1驱动电路包括但不限于：驱动芯片、驱动变压器，用于提供驱动电平，将切换控制信号放大驱动Mosfet Q2和Q3开通和关断。
具体实施时，MCU控制电路包括通过电气连接的微处理器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)及复杂可编程逻辑器件(CPLD)的任何一种，恒流源I1可以但是不限于使用恒流控制模式的开关电源。
具体实施时，二极管D1可以包括但是不限于为硅基二极管、碳化硅二极管，金属氧化物场效应管(MOSFET)寄生二极管、绝缘栅双极型晶体管(I GBT)寄生二极管、碳化硅场效应管(Si C MOSFET)及寄生二极管中的任何一种，还可以使用上述器件的同步整流电路。开关管Q1可以包括但是不限于为金属氧化物场效应管、绝缘栅双极型晶体管、碳化硅场效应管及氮化镓管中的任何一种。电压源V1电源可以为电压控制模式的开关电源、各种类型的电池等。
实施本实施例，能够实现在电流源回路中切入或者切出电压源时电流波动小的性能指标，实验电路数据表明在100A的恒流源回路中切入或切出恒压源时电流波动率小于2％，能够很好的解决通过切入或者切出一个或者多个恒压源，来拓展电流源的输出电压范围，即实现宽输出电压范围的恒流源系统。
实施例三
图3是本实用新型在恒流回路中切换电压源的控制电路另一优选实施例结构示意图。切换开关为开关管Q2和开关管Q3并联连接而成。如图3所示，在实施例二的基础上，开关管Q2和开关管Q3并联连接，替代组成了如图2中所示的开关管Q1。当电压源需要在主回路中时，开关管Q2和开关管Q3关断。
具体实施时，开关管Q2可以包括但是不限于为金属氧化物场效应管、绝缘栅双极型晶体管、碳化硅场效应管及氮化镓管中的任何一种。开关管Q3可以包括但是不限于为金属氧化物场效应管、绝缘栅双极型晶体管、碳化硅场效应管及氮化镓管中的任何一种。
图4是图3中的占空比示意图。如图4所示，G2 Gate，G3 Gate代表开关管的控制信号，此图是开关管控制信号由小逐渐变大，是从0％至100％占空比过程的一段波形。当需要将恒压源V1切出回路时，开关管Q2和开关管Q3错相180度开通，占空比从0％逐渐增大到100％，此时开关管Q2和开关管Q3并联后，实际100％导通发生在图4的T5时刻，即开关管Q2、开关管Q3的50％占空比时刻。
图2所示的在恒流回路中切换电压源的控制电路一实施例，在占空比接近100％时可能会出现驱动关断无法拉低的现象，会导致开关管的平均电压产生一个阶越，从而导致电流产生一个突变，如图5所示，图5是图2中电流产生突变的示意图。图6是图3中电流产生突变的示意图，如图6所示，采用本实施例后，因为开关管Q2和开关管Q3并联后的实际100％导通发生在各自50％占空比时刻，不会出现因驱动信号关断时间太短而无法实际关断的现象。从而避免图5所描述的因为电压阶越产生的电流突变，开关切换波型见图7所示，图7是图3中开关切换波形图。如图7所示，横坐标表示时间t，纵坐标表示随着时间t的变化，电流波动情况，能够实现在电流源回路中切入或者切出电压源时电流波动小的性能指标，实验电路数据表明在100A的恒流源回路中切入或切出恒压源时电流波动率小于2％。
表1实验中示波器测量数据
| 测量项 | 电流最大值(C4) | 电流最小值(C4) | 电流峰值(C4) |
| 当前值 | 1.6471A | -1.7255A | 3.3725A |
由表1可知，C4电流最大值和最小值，可以表明电压源切换时，电流源回路中的电流波动情况。
实施本实施例，能够实现在电流源回路中切入或者切出电压源时电流波动小的性能指标，实验电路数据表明在100A的恒流源回路中切入或切出恒压源时电流波动率小于2％，能够很好的解决通过切入或者切出一个或者多个恒压源，来拓展电流源的输出电压范围，即实现宽输出电压范围的恒流源系统。
本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
Claims (10)
1.一种在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，包括：
切换模块，分别与所述切换模块通过电气连接的电流源、连接线等效电感、MCU控制电路和电压源，所述切换模块包括通过电气连接的防反接部件、切换开关和切换开关驱动电路。
2.根据权利要求1所述的在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，所述防反接部件包括二极管D1。
3.根据权利要求1所述的在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，所述切换开关为开关管Q1。
4.根据权利要求1所述的在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，所述电流源包括：使用恒流控制模式的开关电源。
5.根据权利要求1所述的在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，所述MCU控制电路包括：通过电气连接的MCU、数字信号处理器、现场可编程门阵列及复杂可编程逻辑器件。
6.根据权利要求1所述的在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，所述切换开关为开关管Q2和开关管Q3并联连接而成。
7.根据权利要求6所述的在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，所述开关管Q2为金属氧化物场效应管、绝缘栅双极型晶体管、碳化硅场效应管及氮化镓管中的任何一种。
8.根据权利要求6所述的在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，所述开关管Q3为金属氧化物场效应管、绝缘栅双极型晶体管、碳化硅场效应管及氮化镓管中的任何一种。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，所述连接线等效电感包括：通过电气连接的连接线寄生电感、电感器及磁路耦合电感。
10.根据权利要求1至8任意一项所述的在恒流回路中切换电压源的控制电路，其特征在于，所述切换开关驱动电路包括：驱动芯片、驱动变压器。
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