[发明专利]一种基于运算放大器的超导开关加热器电源

说明书

本发明公开了一种基于运算放大器的超导开关加热器电源，包括功率变换模块和控制模块两部分。超导开关加热器电源为可调直流源，输出功率1W左右，输出电流最大100mA可调。本发明功率变换模块使用运算放大器替代了常规的MOS或BJT晶体管，只需控制模块部分提供一个高精度的、低漂移的数字模拟转换器(DAC)，通过配置DAC，使其产生适当的模拟输出信号，经过比例电路得到作为运算放大器输入信号，提供给运算放大器，运算放大器接成电压跟随器形式，从而实现对功率变换模块的输出控制。本发明采用运算放大器直接驱动超导开关加热器电阻，无需数字信号处理芯片生成的高精度PWM信号，且无需闭环反馈环节，直接得到预定输出，极大的简化了系统结构。

技术领域

本发明涉及超导开关加热器电源的技术领域，具体来说是用于控制超导开关通断速度以及通态电阻大小的电源设计方案。

背景技术

超导开关是实现超导磁体运行的关键部件，具有导通和断开两种工作状态，通过其适当的导通和断开，实现磁体的闭环运行。热控式超导开关是目前应用最广泛的超导开关，由无感线圈绕制的超导线圈和加热器组成。加热器加热功率由电源控制，控制输出的电流大小，即可控制加热功率，进而控制超导开关工作状态。加热器电源功率较小，传统的该功率电源采用晶体管放大电路，通过调节栅源电压或基级电流，从而改变输出，该类电源需要保证其工作在饱和区，且需要引入负反馈调节电路，控制相对复杂。

发明内容

为了解决上述技术问题，在对运算放大器广泛调研的基础上，本发明的提出：可以用运算放大器作为功率调节电路，运算放大器接成电压跟随器电路形式，直接驱动负载。该电源只需要DAC设定输出值，经过比例电路放大，再经运算放大器将电流加载到负载上，该电源控制极为方便可靠。

本发明公开了一种基于运算放大器的超导开关加热器电源，能够满足加热器的加热超导开关的要求。本发明采用的技术方案如下：

一种基于运算放大器的超导开关加热器电源：

包括加热器电源的控制模块和功率变换模块，所述的功率变换模块的前级为包括有第一运算放大器的比例放大电路，所述比例放大电路用于将数字模拟转换器DAC设定电压值转化为后级运放所需输入电压，后级利用单通道能输出预定电流的第二功率运算放大器接成电压跟随器，用于提供加热器负载所需的电流，所述控制模块配备本地和远程外设接口以及自定义扩展I/O，用于和上层控制系统以及功率变换模块通信，通过配置控制模块中的数字模拟转换器改变后级中的第二功率运算放大器的输入值，从而实现功率变换模块的输出控制。

进一步的，控制模块采用DSP28062芯片作为核心单元。

进一步的，控制模块通过核心单元的SPI接口控制数字模拟转换器的输出。

进一步的，数字模拟转换器的输出接入由第一运算放大器组成的比例电路，将数字模拟转换器DAC设定电压值转化为后级运放所需输入电压，得到第二运算放大器的输入值。

进一步的，所述的第二运算放大器输出的预定电流大于100mA，且采用多个第二运算放大器并联共同驱动负载。

进一步的，加热器电阻为上100-500欧姆，采样电路采用小于10欧姆的电阻串联在加热器电路上，模拟数字转换电路ADC通过第三运算放大器搭建的差分电路采集采样电阻电压从而获取当前电流值。

有益效果

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用功率运算放大器直接驱动超导开关加热器电阻，无需数字信号处理芯片生成的高精度PWM信号，且无需闭环反馈环节，直接得到预定输出，极大的简化了系统结构；本发明采用了运算放大器驱动负载，相比于工作在饱和区的晶体管放大电路，降低了常规晶体管放大电路带来的系统设计和程序控制的复杂性，极大的简化的电源设计，大大的保证了其工作可靠性。

附图说明