[发明专利]电流馈电型高功率脉冲电流源

说明书

本发明涉及一种电流馈电型高功率脉冲电流源，其包括依次连接的输入整流电路、有源功率因数校正电路以及Buck电流馈电全桥单元，所述有源功率因数校正电路、Buck电流馈电全桥单元还与控制单元连接；输入整流电路用于将外部的市电转换为直流电，控制单元控制有源功率因数校正电路输出所需稳定的电压，控制单元采集Buck电流馈电全桥单元的输出电流，并根据所述输出电流调整Buck电流馈电全桥单元的Buck电路PWM占空比，以使得Buck电流馈电全桥单元输出的电流脉冲能跟踪控制单元的基准脉冲。本发明电路结构简单，能有效减少电源体积，避免现有全桥电路直通的危险，改善开关管开关瞬间存在的问题，提高电源效率以及可靠性。

技术领域

本发明涉及一种电流源，尤其是一种电流馈电型高功率脉冲电流源，属于脉冲电流源的技术领域。

背景技术

目前，常用的脉冲电流源按其外特性可以分为：锯齿波、梯形波、三角波以及锯齿波。脉冲电源对脉冲波形有着严格的要求，作为测试系统电源的脉冲电源不仅要保证脉冲电流的稳定输出，而且要考虑脉冲的幅度、宽度、上升沿时间、下降沿时间以及重复频率。半导体测试设备的电流源一般为矩形波，各项参数的调节范围和精度是衡量一台测试电源好坏的关键，而这些正是此类电源的设计难点。

如图1所示，为现有脉冲电流产生的示意图，脉冲电流源包括一次电源部分、储能介质部分、功率压缩放电部分以及负载传输部分，其中，一次电源部分、储能介质部分构成低功率储能，功率压缩放电部分以及负载传输部分构成高功率输出部分。一般地，储能介质为电解电容和电感，为了避免对充电电容的冲击，需要专门的隔离充电电路。功率压缩放电部分是瞬间形成大电流的关键，功率压缩放电部分需要放电电路来控制，常见的放电电路有：LLC桥电路、正激电路、推挽电路等。

如图2所示，为目前常用的全桥及同步整流电路的原理图，其中，全桥电路控制方式分为对角导通和移相控制两种。对角导通方式中，负反馈控制系统根据输出电压和参考电压的误差通过补偿计算对PWM波的占空比进行调节，实现稳定输出，所述方式只能是硬开关，在开关频率较高的时候，损耗较大。移相控制可实现软开关，通过在变压器原边串联谐振电感，或者利用变压器漏感和功率管两端电容形成谐振，从而减小开关管电压和电流的交叠，实现零电压开通和关断(ZVS)，从而降低开关损耗。

变压器副边整流管一般情况下选用肖特基二极管，但是在大电流情况下，二极管上损耗较大。采用MOSFET代替二极管，利用其通态电阻小的特点可以降低损耗。变压器原边对应的MOS管Q10、MOS管Q12导通时，变压器副边的MOS管Q6开通，而MOS管Q14关断，变压器在负半周期电压整流输出。同理，MOS管Q11、MOS管Q13导通时，MOS管Q14开通而MOS管Q15关断，变压器在正半周期电压整流输出。同时，利用MOSFET自动均流的特性可以实现多路并联增大输出电流。

如图3所示，为现有LCC谐振脉冲电流源的电路原理图，LCC谐振式脉冲电流源为两级结构，两级分别有各自的负反馈稳压电路，前级采用BUCK变换器，通过调节BUCK电路PWM波占空比来得到一个稳定的直流母线电压，后级为工作在恒流模式下的LCC谐振半桥变换器，通过调节参考脉冲电压，LCC谐振变换器输出电流的幅度、脉冲宽度和重复频率可调。该拓扑结构利用电感Lr和电容Cs、电容Cm谐振，形成软开关条件，在大功率输出情况下，可以有效降低开关损耗，改善EMI问题。但是该电路一般工作在变频控制模式下，所以变压器设计比较困难。由于属于电压馈电形式，所以在某些特殊情况下，如高温重负载场合，会有桥臂共通的危险。

综上，对于利用储能介质释放电路脉冲技术，主要存在如下的不足，具体包括：

1)、利用储能原件放电是最传统的方法，可以通过开关管来控制放电的时刻，这种方法的电路比较简单，但是波形质量难以控制，电流脉冲的参数也不好调节。

2)、为了对输出脉冲可调节，需要专门的放电电路，放电电路增加了系统的复杂度，失去了这种方法简单的特点。