[实用新型]一种减小并联型线性滤波器线性调整管功耗的装置

说明书

本实用新型属于高电压、大功率电源领域。针对目前并联型线性滤波器需要的线性调整管数量多、散热成本高、价格昂贵的问题，提供一种减小并联型线性滤波器线性调整管功耗的装置，通过在线性调整管支路串联合适的电阻，并对串联电阻进行电流注入，调整串联电阻的电压，从而降低线性调整管电压，减小调整管功耗。该装置不影响线性调整管的电流控制特性，在不影响其滤波效果的前提下，将主要功率应力转移到成本较低的调整管串联电阻以及效率更高的可控电源上，可减少目前并联线性滤波器中线性调整管的使用数量，大大节约整体成本。

技术领域

本实用新型属于高电压、大功率电源领域。具体地，涉及一种减小并联型线性滤波器线性调整管功耗的装置。

背景技术

随着科技的飞速发展，某些精密实验和精密装置对电源的稳定性要求越来越高，高稳定度的直流电源得到了越来越广泛的使用。例如，位于安徽合肥中科院物理科学研究院的稳态强磁场实验装置，对电源输出电流的稳定度要求为50ppm；位于上海瑞金医院的首台国产质子治疗示范装置中，质子加速器励磁电源的电流的稳定度要求达到1ppm。在对稳定性要求较高的电源中，无源滤波器的滤波效果无法满足要求，通常使用有源滤波器或同时使用无源滤波器和有源滤波器来滤除电源中的纹波。

线性滤波器分为串联型线性滤波器和并联型线性滤波器两种。串联型线性滤波器的特点是负载电流全部经过滤波器，因此体积和重量大，成本高。

并联型滤波器分为PWM型并联滤波器和线性并联滤波器。专利CN1116731C公开了一种使用PWM控制的并联型有源滤波器，通过检测纹波电流进行补偿，并与无源滤波器联合使用，电流稳定度小于10ppm。PWM型并联有源滤波器的缺点是存在高频开关纹波，对某些对纹波敏感的科学实验，如核磁共振、比热测量及磁化测量等实验造成干扰。线性并联滤波器利用半导体在线性放大区内电流只与控制信号相关的特性，控制半导体吸收电源输出纹波电流，从而达到滤除电源纹波的目的。专利CN201810411004提出一种吸电流并联型线性滤波器，使用IGBT为线性调整管，吸收电源输出电流纹波，实现高稳定度平顶脉冲磁场。该方案与PWM控制的并联型有源滤波器相比，无高频开关纹波，能够达到更高的稳定度。目前并联性线性滤波器普遍存在的问题是：线性调整管承受较高电压，功耗很大，通常需要多个并联，价格昂贵。

某些文献中提到在线性调整管支路上串联限流电阻后，可以在特定工作区间内降低调整管的功耗，但是该方法在调整管电流变化较大的应用场景下效果并不理想。以负载端电压为100V、线性滤波器通过的最大电流(即旁路电流)为100A举例，在旁路电流达到最大时，半导体两端电压最低，为使半导体仍能够维持线性放大区特性，半导体两端电压不能低于一定值，以半导体选用IGBT为例，通常为5V。以此为例，串联电阻的阻值应保证在最大旁路电流下IGBT端电压为5V，即

此时IGBT功耗的计算式为

P＝UI＝(100-I×R)×I＝100I-0.95I² (2)

对该函数求极值可知其最大功率为2632W，此时旁路电流为53A。若使用PWM型有源滤波器，并假设IGBT饱和压降为2V，占空比为50％，开关损耗和导通损耗相等，则IGBT功耗在旁路电流最大时取极值，为

P_max＝2×100＝200W (3)

从中可以看出，在旁路电流达到最大电流的一半时，并联型线性滤波器中半导体器件的损耗可能为PWM型并联有源滤波器的十几倍，需要半导体的数量多，散热成本高，价格昂贵，通常只用于精密的科学装置和商业装置。

发明内容