[发明专利]采用隔离变压器耦合的多管并联大功率电压控制电流源

说明书

技术领域

本发明属于线性电源设计领域，具体涉及采用隔离变压器耦合的多管并联大功率电流源，实现电压至电流的转换，输出可控电流信号以应用于电气测试领域。

背景技术

电压控制电流源(VCCS)，又称电压—电流变换器，属于恒流源的一种，是一种能将输入电压信号转化成与其存在固定倍率关系的电流信号输出的电路。这种结构的电流源在电气与电子测试领域中有着广泛应用。

具体应用领域包括：大功率半导体器件测试、显像管，功率发射管等真空原件的启动等。在大功率半导体器件的特性测试中，VCCS可发挥激励源的作用；在真空元器件启动过程中，为防止由于启动冲击电流引起的灯丝烧毁VCCS可提供恒定的启动电流；在电流表校验领域，VCCS同时可作为基准源来使用；在电机转矩控制方面，VCCS能提供一个稳定的驱动电流，由于转矩是电机电流的直接函数，伺服回路内的电流驱动方式可以减少由电动机电感而导致的相位滞后；在电力测量领域中，VCCS可以为导体交、直流电阻测试提供一个精确的测试电流。

在小功率电流源的应用场合中，通常直接使用运算放大器和稳压电路实现小电流输出，电路成闭环控制方式。

在大功率电流源的应用场合中，普通运算放大器闭环结构由于输出能力受限，通常采用大功率达林顿管等功率器件实现大电流输出，但是这种方式会降低测试精度。

一种普通浮动负载型VCCS电路图如图1所示，其放大器输出端直接与负载相连，负载另一端直接通过连接采样电阻RS接地，其输入输出传递函数关系式为：

一种普通接地负载型VCCS电路图如图2所示，其放大器输出端与采样电阻R_S相连，并通在R_S两端采集电压信号形成正、负反馈，其输入输出传递函数关系式为：

这两种电流源结构十分简单实用，但单个运算放大器输出能力有限，无法获得大电流信号用以大功率测试场合。

一种基于负载浮动型VCCS的双管并联型电流源如图3所示，其电路结构在图1的基础上以电压跟随器的形式并联一个相同的功率运算放大器，使得原先单个放大器输出的电流分担到两个放大器共同输出，从理论上改善了放大器安全工作区，其输入输出传递函数关系式为：

一种基于负载接地型VCCS的双管并联型电流源如图4所示，其电路结构在图2的基础上以电压跟随器的形式并联一个相同的功率运算放大器，这种结构使得从放大器的能输出与主放大器相同大小的电流，从理论上倍增了整个电路的输出能力。

但在实际操作中，难以达到两个甚至多个放大器处于相同工作状态，然而并联放大器工作状态的差异会导致并联管之间产生电压差，从而在两个放大器之间产生电流回流，这种回流的现象会导致大量能量的损失，还可能使电路产生自激振荡，甚至烧坏放大器芯片。因此图3，图4这两种并联结构在实际应用中可操作性不强。

发明内容

为满足在大功率电流源应用场合的实际测试使用需求，提升电压控制电流源输出能力，并在尽量保证大电流输出的情况下，功率运算放大器安全工作，本发明设计了采用隔离变压器耦合的多管并联大功率电压控制电流源，其网络拓扑结构如图5所示，具体方案如下所述。

采用隔离变压器耦合的多管并联大功率电压控制电流源，其特征在于，包括：控制电压信号源U_AC、电压控制电流源单元S_i，其中(i＝1，2，…，n‐1)、n绕组隔离变压器T₀，隔离变压器一次侧n‐1个绕组分别串接在n‐1个电压控制电流源单元的输出回路中，隔离变压器二次侧作为该大功率电流源的输出端接负载。

所述的采用隔离变压器耦合的多管并联大功率电压控制电流源，其特征在于，变压器一次侧n‐1个电压控制电流源单元为具有相同的电路拓扑结构，为负载浮动型或接地型。

所述的采用隔离变压器耦合的多管并联大功率电压控制电流源，其特征在于，变压器一次侧所串接的n‐1个电压控制电流源单元输出回路的激励端需要都与一次侧n‐1个绕组的同名端相连。

所述的一种采用隔离变压器耦合的多管并联大功率电流源，其特征在于，n绕组隔离变压器T₀一次侧n‐1个绕组的匝数N₁＝N₂＝…＝N_n‐1。