一種二端串聯型寬電壓自供電高壓大功率直流可調穩流裝置制造方法及圖紙

一種二端串聯型寬電壓自供電高壓大功率直流可調穩流裝置，它包含4個應用電路模塊：功率放大和穩流反饋電路(1)，精密穩壓電源模塊(2)，穩流調節電路(3)，穩流控制和放大驅動模塊(4)，它們之間彼此相互連接。該穩流裝置結構簡單，穩流特性好，不需要單獨電源供電。將該裝置直接串聯接入原無穩壓、穩流的直流電源供電系統中，可實現穩流供電，穩定電流值采用輕觸鍵數控可調，并留有微機接口。工作電流由LED數字顯示，使用方便。該裝置可用于大功率、高壓、大電流的工作條件下，特別適用于對原無穩流功能的電源進行改造。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

一種二端串聯型寬電壓自供電高壓大功率直流可調穩流裝
本技術涉及一種二端串聯型寬電壓自供電高壓大功率直流可調穩流裝置(結構框圖如圖I所示)，特別涉及裝置中穩壓電源模塊(2)中采用的精密穩壓電源和功率放大部分(I)采用具有垂直芯片表面導電溝道的功率MOSFET(VMOS)器件的多管并聯方式應用， 屬于穩流、穩壓電路結構

技術介紹
通常穩流電源是在穩壓電源的基礎上實現的，穩壓部分一般采用半導體穩壓二極管或三端專用穩壓器件如78XX系列構成，穩流電源工作時應允許負載短路。穩壓二極管的穩壓特性較差，構成的穩流電源效果不好。78XX系列穩壓器件耐壓為40V，用它構成的穩流電源輸入電壓不能超過40V，只能用于負載電阻較小或穩流電流較小的環境。若要求穩流電源的工作電壓達到數百伏，其電路結構復雜，成本高。這類高壓穩流電源裝置的控制系統一般要單獨設計制作穩壓電源系統。若需要將普通高壓整流電源升級改造成高壓大功率穩流電源，如鍍膜機電源，采用這類裝置會增加改造的復雜性，設計難度和制作成本。本設計二端串聯型穩流電路利用功率三極管或場效應晶體管的變阻特性，根據負載或輸入電壓的變化自動調節輸出回路總電阻，達到穩流效果，控制部分電源采用自供電結構。一種基本二端串聯型穩流電路如圖2所示，該穩流電源可直接插入原無穩壓穩流的直流電源供電系統中，實現穩流供電，如對濺射鍍膜機的鍍膜或勵磁線圈的恒流供電。該穩流電路最大能承受約數百伏的輸入電壓。圖2所示電路的功能簡述如下功率放大和穩流反饋由功率器件T和采樣電阻Rf為主體部件，T選用大功率MOS 管作為穩流電路調整管，直接串聯在直流供電回路中，根據負載或輸入電壓的變化自動調節輸出電阻，達到穩流的效果。電阻Rf為穩流采樣電阻，穩流控制信號從Rf上取出，經前置放大器比較放大后控制VMOS管輸出。穩壓電源由電阻R3和穩壓二極管D組成。穩壓輸出給分壓電路和前置放大器供電。穩壓輸出的穩定性直接決定了穩流電路的電流穩定性。僅由R3和D構成的穩壓電路其穩壓效果差。為提高電壓穩定性，一般采用穩壓二極管、三端穩壓集成電路78XX組合實現穩壓。該類型電路的主要缺點是工作電流較大，輸入電壓增高時導致電阻R3上功耗迅速增大，工作電壓動態范圍小，系統功耗大。穩流調節通過調節圖2中電位器W抽頭的位置改變電路的穩流值。前置放大器穩流控制和放大驅動，提高穩流控制靈敏度，具體結構可參考圖7。二端串聯型穩流電路的結構框圖如圖I所示，影響穩流效果和可靠性的主要因素有放大器的性能、穩壓電源模塊的性能等。
技術實現思路
本技術提供一種二端串聯型寬電壓自供電高壓大功率直流可調穩流裝置。該裝置的優點是不需要單獨供電；電流穩定性較好；允許較高工作電壓、較寬的工作電壓范圍、較大負載電阻的工作環境；有過壓保護功能。該裝置可實現幾百伏電壓的大功率穩流供電。功率管T可多管并聯使用，提高輸出功率。工作時該穩流電源裝置串聯接入負載回路中，裝置有過壓保護和反接保護。過壓保護由壓敏電阻RV實現，保護功率管T不被擊穿損壞。反接保護由整流二極管Dl實現，防止端口電源接反損壞裝置。本技術穩流裝置的結構框圖如圖I所示，它包含4個具體的應用電路模塊功率放大和穩流反饋電路(I)，精密穩壓電源模塊(2)，穩流調節電路(3)，穩流控制和放大驅動模塊(4)。它們之間彼此相互連接。圖3給出二端口穩流裝置的具體電路和元器件型號、規格。該裝置僅有兩個端口 V+和V-。應用時V+與供電電源“ + ”端相連，V-與負載相連，負載的另一端與供電電源端相連。圖3還給出了模塊之間的位置連接關系和連接方式。圖4，5，6，7是圖3的分割細化，便于模塊功能的理解。根據圖3中電路引線定義符號或圖4 7中電路引出端口符號，它們之間的位置連接關系是I. 二極管Dl正端與端口 V+相連，負端與功率放大和穩流反饋電路(I)的Td端相連；壓敏電阻VR并聯在裝置端口 V+、V-兩端。圖中Dl :根據需要可選1N4007(工作電流彡1A)或1N5408(工作電流彡3A)等整流二極管。壓敏電阻RV:可選MYG型壓敏電阻，其標稱工作電壓應低于管子T的擊穿電壓Vdss，可取 . VDSS。2.功率放大和穩流反饋電路⑴的Td端與保護二極管D-端相連，輸入端Tin與穩流控制和放大驅動模塊(4)的輸出端Ao相連，Rf+端與穩流控制和放大驅動模塊(4)的In-端相連，Rf-端與該穩流裝置V-端相連。3.精密穩壓電源模塊⑵中的輸入Win端與保護二極管負端D-相連，公共端W-與該穩流裝置的V-輸入端相連，Wo端與穩流調節電路(3)的P+、穩流控制和放大驅動模塊(4)的A+端相連。4.穩流調節電路(3)的P+端與精密穩壓電源模塊(2) Wo端相連，P-端與穩流控制和放大驅動模塊(4)的A-端相連。Pw端與穩流控制和放大驅動模塊(4)的IN+端相連。5.穩流控制和放大驅動模塊⑷的正輸入端IN+接穩流調節電路(3)中的Pw端，負輸入端IN-接功率放大和反饋電路(I)的Rf+端；穩流控制和放大驅動模塊(4)的Ao端接功率放大和穩流反饋電路(I)的輸入Tin端，A+端接精密穩壓電源模塊(2)的Wo端，A-端與該穩流裝置V-端相連；圖3，圖4，圖5，圖6，圖7的模塊或電路工作說明如下所述功率放大和穩流反饋電路(I)，見圖4或圖3，以VMOS管T為主要器件，由T、采樣電阻Rf、保護電阻R9、R10和均流電阻RS組成。功率調整管T的個數根據需要可以是I個，2個，……，η個；相應地電阻RS為O個，2個，……，η個。RS的取值與T中流過的最大工作電流值有關，一般取O. 5 I Ω。以圖4為例，共用了二個VMOS管Tl、Τ2。其之間的連接關系是R9的一端作為電路(I)的“ + ”輸入端Tin，另一端與R10、T1、T2的柵極G1、G2相連，T1、T2的漏極D1、D2并聯作為功率放大和穩流反饋電路(I)的電流輸入端Td，Tl、T2的源極分別與電阻RSl、RS2 相連，RSU RS2的另一端連接在一起且與電阻Rf、RlO相連作為功率放大和穩流反饋電路 ⑴的反饋端Rf+，電阻Rf的另一端為功率放大和穩流反饋電路⑴的端Rf-。功率調整管的選取該功率放大和穩流反饋電路(I)中T為大功率VMOS管，根據需要可選擇主要指標漏一源擊穿電壓Vdss高，最大連續漏極電流Id大，最大耗散功率 Pd彡150W的管子。電源最高電壓彡700V時，可采用FQP8N90C(FAIRCHILD公司功率M0SFET， 主要極限參數為ID = 6A，Vdss = 900V, Pd = 170W)或 IXFX 24N100CIXYS 公司功率 MOSFET， 主要極限參數為ID25 = 24A, Vdss = 1000V,PD = 560W)，并采用強迫風冷散熱。電源最高電壓彡150V時，可采用IRFP250N (IR公司功率M0SFET，主要極限參數為ID = 30A, Vdss = 200V，Pd = 210W)或類似VMOS管。上述MOS管必須安裝在表面積足夠大的鍍黑鋁散熱片上，并采用強迫風冷散熱。當該穩流裝置工作電壓較高，單管功率不夠時可采用圖4所示的多MOS管并聯工作方式，提高承受的功率和輸出電流。Rf是電流采樣電阻，為精密線繞電阻，其阻本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種二端串聯型寬電壓自供電高壓大功率直流可調穩流裝置，其特征在于：它包含4個應用電路模塊：功率放大和穩流反饋電路(1)，精密穩壓電源模塊(2)，穩流調節電路(3)，穩流控制和放大驅動模塊(4)，它們之間彼此相互連接；1）二極管D1正端與端口V+相連，負端與功率放大和穩流反饋電路(1)的Td端相連；壓敏電阻VR并聯在該穩流裝置端口V+、V?兩端；2)功率放大和穩流反饋電路(1)的Td端與保護二極管D?端相連，輸入端Tin與穩流控制和放大驅動模塊(4)的輸出端Ao相連，Rf+端與穩流控制和放大驅動模塊(4)的In?端相連，Rf?端與該穩流裝置V?端相連；3)精密穩壓電源模塊(2)中的輸入Win端與保護二極管負端D?相連，公共端W?與該穩流裝置的V?輸入端相連，Wo端與穩流調節電路(3)的P+、穩流控制和放大驅動模塊(4)的A+端相連；4)穩流調節電路(3)的P+端與精密穩壓電源模塊(2)Wo端相連，P?端與穩流控制和放大驅動模塊(4)的A?端相連，Pw端與穩流控制和放大驅動模塊(4)的IN+端相連；5)穩流控制和放大驅動模塊(4)的正輸入端IN+接穩流調節電路(3)中的Pw端，負輸入端IN?接功率放大和反饋電路(1)的Rf+端；穩流控制和放大驅動模塊(4)的Ao端接功率放大和穩流反饋電路(1)的輸入Tin端，A+端接精密穩壓電源模塊(2)的Wo端，A?端與該穩流裝置V?端相連；該穩流裝置僅有兩個端口：V+和V?，應用時v+與供電電源“+”端相連，V?與負載相連，負載的另一端與供電電源“?”端相連；所述功率放大和穩流反饋電路(1)，以VMOS管T為主要器件，由T、采樣電阻Rf、保護電阻R9、R10和均流電阻RS組成；功率調整管T的個數根據需要是1個，2個，……，n個；相應地電阻RS為0個，2個，……，n個；RS的取值與T中流過的最大工作電流值有關，取0.5~1Ω；以用二個VMOS管T1、T2為例，R9的一端作為電路(1)的“+”輸入端Tin，另一端與R10、T1、T2的柵極G1、G2相連，T1、T2的漏極D1、D2并聯作為功率放大和穩流反饋電路(1)的電流輸入端Td，T1、T2的源極分別與電阻RS1、RS2相連，RS1、RS2的另一端連接在一起且與電阻Rf、R10相連作為功率放大和穩流反饋電路(1)的反饋端Rf+，電阻Rf的另一端為功率放大和穩流反饋電路(1)的“?”端Rf?；該功率放大和穩流反饋電路(1)共有4個端口：Tin，Rf+，Td和Rf?；所述精密穩壓電源模塊(2)，是由精密穩壓集成電路D2即TL431及外接電阻構成，穩壓管的限流電阻R1的一端為該精密穩壓電源模塊(2)的輸入端Win；D2的陰極與R1的另一端、分壓電阻R2及電容C1正極相連，并作為該精密穩壓電源模塊(2)的輸出端Wo；D2的調整端與R2的另一端及R3相連；D2的陽極與R3的另一端及電容C1負極相連，作為該精密穩壓電源模塊(2)的公共端W?；該精密穩壓電源模塊(2)共有3個端口：輸入端Win，輸出端Wo，公共端W?；所述穩流調節電路(3)，由多圈電位器W和上置電阻R4、下電阻置R5組成，R4的一端作為該穩流調節電路(3)的P+端，R4的另一端接電位器W的上固定端，電位器的動臂作為該穩流調節電路(3)的Pw端，電位器的下固定端接R5，R5的另一端作為該穩流調節電路(3)的P?端；該穩流調節電路(3)有三個端口：P+、P?和Pw；所述穩流控制和放大驅動模塊(4)，是由低功耗的單電源運放LM358構成的標準直流放 大器，由運放U1、正端輸入電阻R6、負端輸入電阻R7、反饋電阻R8和積分電容C2組成，U1的正輸入端即引腳3與R6相連，R6的另一端作為該穩流控制和放大驅動模塊(4)的輸入端IN+；U1的負輸入端即引腳2與R7、R8、C2相連，R7的另一端作為該穩流控制和放大驅動模塊(4)的輸入端IN?；U1輸出端即引腳1與R8、C2的另一端相連，作為該穩流控制和放大驅動模塊(4)的輸出端Ao；U1的引腳8是該穩流控制和放大驅動模塊(4)的電源端A+，U1的引腳4是該穩流控制和放大驅動模塊(4)的公共端A?；該穩流控制和放大驅動模塊(4)共有5個端口：IN+，IN?，Ao，A+和A?。...

【技術特征摘要】
1.一種二端串聯型寬電壓自供電高壓大功率直流可調穩流裝置，其特征在于它包含4個應用電路模塊功率放大和穩流反饋電路(1)，精密穩壓電源模塊(2)，穩流調節電路(3)，穩流控制和放大驅動模塊(4)，它們之間彼此相互連接； 1)二極管Dl正端與端口 V+相連，負端與功率放大和穩流反饋電路(1)的Td端相連；壓敏電阻VR并聯在該穩流裝置端口 V+、V-兩端； 2)功率放大和穩流反饋電路(1)的Td端與保護二極管D-端相連，輸入端Tin與穩流控制和放大驅動模塊⑷的輸出端Ao相連，Rf+端與穩流控制和放大驅動模塊⑷的In-端相連，Rf-端與該穩流裝置V-端相連； 3)精密穩壓電源模塊(2)中的輸入Win端與保護二極管負端D-相連，公共端W-與該穩流裝置的V-輸入端相連，Wo端與穩流調節電路(3)的P+、穩流控制和放大驅動模塊(4)的A+端相連； 4)穩流調節電路(3)的P+端與精密穩壓電源模塊(2)Wo端相連，P-端與穩流控制和放大驅動模塊(4)的A-端相連，Pw端與穩流控制和放大驅動模塊(4)的IN+端相連； 5)穩流控制和放大驅動模塊(4)的正輸入端IN+接穩流調節電路(3)中的Pw端，負輸入端IN-接功率放大和反饋電路(1)的Rf+端；穩流控制和放大驅動模塊(4)的Ao端接功率放大和穩流反饋電路(1)的輸入Tin端，A+端接精密穩壓電源模塊(2)的Wo端，A-端與該穩流裝置V-端相連； 該穩流裝置僅有兩個端口 V+和V-，應用時V+與供電電源“ + ”端相連，V-與負載相連，負載的另一端與供電電源端相連； 所述功率放大和穩流反饋電路(1)，以VMOS管T為主要器件，由T、采樣電阻Rf、保護電阻R9、R10和均流電阻RS組成；功率調整管T的個數根據需要是I個，2個，……，n個；相應地電阻RS為0個，2個，……，n個；RS的取值與T中流過的最大工作電流值有關，取.0.5^1 Q ;以用二個VMOS管Tl、T2為例，R9的一端作為電路(1)的“ + ”輸入端Tin，另一端與R10、T1、T2的柵極G1、G2相連，T1、T2的漏極D1、D2并聯...

【專利技術屬性】
技術研發人員：閔子建，袁慧梅，李然，
申請(專利權)人：首都師范大學，
類型：實用新型
國別省市：