一種超大電流源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超大電流源。
【背景技術(shù)】
[0002]在直流輸電系統(tǒng)、變頻調(diào)速裝置、UPS電源、高精度直流焊機、精細電解電鍍、數(shù)控機床、加速器運行、醫(yī)療成像、精細冶煉、光伏產(chǎn)業(yè)等各種需要超大電流源的領(lǐng)域中，電流源能夠高精度穩(wěn)定輸出超大電流，是設(shè)備安全可靠運行、產(chǎn)品高質(zhì)量產(chǎn)出、獲得各種更精確數(shù)據(jù)的根本保證。
[0003]目前，提供超大電流的電流源的方式通常有兩種:1、交流電直接加上大規(guī)格的晶閘管，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角實現(xiàn)超大電流的精確穩(wěn)定輸出；2、交流電通過整流二極管變?yōu)槊}動直流電，然后電能經(jīng)過開關(guān)管供給負載，通過控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷時間提供超大電流的精確穩(wěn)定輸出。
[0004]然而，以上兩種實現(xiàn)方式都受到半導(dǎo)體器件規(guī)格的制約，具體理由如下:
[0005]首先，在方式I中，由于晶閘管的本身特性，開通和關(guān)斷時間完全依賴交流電的周期。同樣在方式2中，當開關(guān)管的電流容量達到滿足需要的容量時，開關(guān)管的開通和關(guān)斷速度降到SKHz以下。這樣的開關(guān)控制速度會在電流中引入較低頻率的紋波，濾除這些頻率成分需要很大時間常數(shù)的LC濾波器，因此，增加了電流源的體積，限制了此類電流源的應(yīng)用場合。
[0006]其次，當需要額定電流超出單只半導(dǎo)體器件的容量時，需要并聯(lián)時用半導(dǎo)體開關(guān)器。并聯(lián)的開關(guān)器件對驅(qū)動電路提出了更高的要求，需要元件增多、電路更加復(fù)雜，才能滿足開關(guān)管的驅(qū)動要求。而元件增多、電路更加復(fù)雜直接導(dǎo)致了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性能下降，限制了此類電流源及電源的使用范圍。
[0007]再次，以上兩種方式的電流源都是以整機形式實現(xiàn)電流輸出，一旦故障就需要全部停機，直到全部檢修完成才能重新開機使用；并且整機體積巨大，往往需要多人協(xié)同維修，對維修維護人員要求較高。凡此種種，嚴重制約了此類電源在不間斷供電場合的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種高穩(wěn)定性、高精度、低紋波的超大電流源，以運用電源模塊并聯(lián)的形式，實現(xiàn)超大電流的高品質(zhì)輸出。
[0009]本發(fā)明所述的一種超大電流源，其包括:
[0010]一變壓器；
[0011]至少一個與所述變壓器連接的AC/DC模塊，其用于將通過所述變壓器提供的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；以及
[0012]多個用于將所述直流電能轉(zhuǎn)換為直流電流并將其提供至一負載的DC/DC模塊，每個所述DC/DC模塊具有與所述AC/DC模塊連接的正輸入端和負輸入端以及與所述負載連接的正輸出端和負輸出端，并包括:
[0013]一 MOSFET開關(guān)管，其漏極與所述正輸入端連接；
[0014]—續(xù)流二極管，其負極與所述MOSFET開關(guān)管的源極連接，其正極與所述負輸入端連接；
[0015]—續(xù)流電感，其一端與所述MOSFET開關(guān)管的源極連接；
[0016]—高頻濾波單元，其一端連接在所述續(xù)流電感的另一端與所述正輸出端之間，其另一端連接在所述負輸入端與負輸出端之間；
[0017]—電流采樣傳感器，其測量所述正輸出端輸出的所述直流電流，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號；
[0018]—與所述電流采樣傳感器連接的AD采樣單元，其接收所述電壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及
[0019]—與所述AD采樣單元連接的控制卡，其接收所述數(shù)字信號并對其進行PID計算后，向所述MOSFET開關(guān)管的柵極輸出PffM控制信號。
[0020]在上述的超大電流源中，包括一個同時與多個所述DC/DC模塊連接的所述AC/DC豐旲塊。
[0021]在上述的超大電流源中，包括多個分別與各個所述DC/DC模塊連接的所述AC/DC豐旲塊。
[0022]在上述的超大電流源中，所述多個DC/DC模塊配置為相互傳遞用于觸發(fā)所述控制卡輸出所述PWM控制信號的同步觸發(fā)信號。
[0023]在上述的超大電流源中，所述電流采樣傳感器為隔離式電流傳感器。
[0024]在上述的超大電流源中，所述高頻濾波單元包括并聯(lián)連接的濾波電容以及濾波電阻。
[0025]在上述的超大電流源中，所述AC/DC模塊包括依次連接在所述變壓器與DC/DC模塊之間的半導(dǎo)體整流單元以及濾波電路。
[0026]在上述的超大電流源中，所述半導(dǎo)體整流單元包括:半波整流電路、全波整流電路、橋式整流電路、不控整流電路、半控整流電路或全控整流電路。
[0027]在上述的超大電流源中，所述濾波電路包括:單體電容或電容組。
[0028]由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明根據(jù)諾頓定理，實現(xiàn)了電流源并聯(lián)使用。具體來說，與現(xiàn)有技術(shù)相比而言，本發(fā)明采用獨立的較小電流源模塊，即，用于向負載輸出直流電流的DC/DC模塊，并聯(lián)實現(xiàn)超大電流輸出，因此，具有很大的實用優(yōu)勢:首先，DC/DC模塊體積較小，重量較輕，基本上一個人能搬動，故障時可以單個模塊更換，減少整機停機時間；同時，小的DC/DC模塊能夠有較為充足的備貨，對排查故障提供了較為充足的檢修和維護時間。其次，由于每臺DC/DC模塊的輸出電流較小，其中MOSFET開關(guān)管的容量較小，可以實現(xiàn)單管工作，并且可以采用簡潔的驅(qū)動電路，同時，小容量的MOSFET開關(guān)管的開關(guān)頻率可以用在20kHz及以上，為后續(xù)濾波小型化奠定了基礎(chǔ)。再次，DC/DC模塊并聯(lián)相比開關(guān)半導(dǎo)體并聯(lián)在熱損耗排放方面化整為零，更有利于實現(xiàn)?？傊景l(fā)明明顯改善了電流源的性能(例如，長期穩(wěn)定性:< 30ppm/24h)，并且具有模塊化結(jié)構(gòu)、能縮短在線維修時間、能儲備較多備件、整體降低電流源故障時間、互換性好、能根據(jù)需要靈活增加模塊來滿足電流輸出需要、以及安裝、校準、調(diào)試、維護均十分方便等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明一種超大電流源的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明一種超大電流源的另一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明中AC/DC模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明中DC/DC模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細描述。
[0034]如圖1、2所示，本發(fā)明，即一種超大電流源，其包括:
[0035]變壓器T ；
[0036]至少一個與變壓器T連接的AC/DC模塊I，其用于將通過變壓器T提供的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；以及
[0037]多個與AC/DC模塊I連接的DC/DC模塊2，其用于將直流電能轉(zhuǎn)換為直流電流并將其提供至負載3 (該負載3可以是阻性負載、感性負載、容性負載等形式)。
[0038]在圖1、圖2分別為本發(fā)明的兩種不同的結(jié)構(gòu)形式。其中，圖1示出了集中直流供電形式，即，AC/DC模塊I的數(shù)量為I個，該AC/DC模塊I同時與多個DC/DC模塊2連接；由于AC/DC技術(shù)成熟，從而使得整體設(shè)備更緊湊；圖2示出了分散式直流供電形式，即，AC/DC模塊I的數(shù)量為多個，每個DC/DC模塊2都由一個AC/DC模塊I供電，這樣可以實現(xiàn)直流電流輸出電隔離，同時降低AC/DC模塊I的容量，從而降低器件的容量。兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)勢，但都能實現(xiàn)總體高穩(wěn)定度超大電流輸出。
[0039]在本發(fā)明中，變壓器T將電網(wǎng)電能變?yōu)楹线m的電壓形式供后續(xù)電路使用，即，實現(xiàn)電壓等級的合適變換，同時完成后續(xù)電能變換的容量要求。具體來說，本發(fā)明的電流源輸出的電流很大，至少可以達到2000A，理論上可以達到任意大的電流，所以本發(fā)明中采用三相變壓器(380V)作為變壓器T進行供電。如果輸出功率較小且輸出電流也較小，可以考慮采用單相變壓器(220V)供電；如果輸出功率較大且輸出電壓較高，則需要用更高等級的變壓器供電。具體供電方式可依據(jù)輸出直流電壓和輸出直流電流的乘積來確定。
[0040]在本發(fā)明中，AC/DC模塊I的電路形式均為成熟的電路拓撲，如圖3所示，AC/DC模塊I包括:依次連接在變壓器T與DC/DC模塊2之間的半導(dǎo)體整流單元11以及濾波電路12，其中，半導(dǎo)體整流單元11可以包括半波整流電路、全波整流電路、橋式整流電路、不控整流電路、半控整流電路或全控整流電路，在圖3中，半導(dǎo)體整流單元11包括整流橋Dl ;濾波電路12可以包括單體電容或電容組，在圖3中，濾波電路12包括單體電容Cl。在AC/DC模塊I中，半導(dǎo)體整流單元11用于將交流電的正負兩個方向的電壓變換為單一方向電壓的電能形式，經(jīng)過整流的交流電AC變?yōu)閱畏较虻拿}動電壓電能形式；濾波電路12中的單體電容C具有儲能作用，因此能在脈動電壓高的時刻吸收電能，在脈動電壓低的時刻放出電能，選取合適的電容或電容組能夠使單方向電壓的脈動幅度在可接受范圍，即，完成平滑脈動電壓，最終輸出直流電壓DC。
[0041]在本發(fā)明中，DC/DC模塊2可以采用多種拓撲結(jié)構(gòu)形式，包括:降壓形式、升壓形式、升降壓形式，這三種不同形式都能滿足電流源的電流輸出，但對AC/DC模塊I的供電容量要求不一樣，且對DC/DC模塊2內(nèi)部的半導(dǎo)體器件耐壓要求有區(qū)別，另外，半導(dǎo)體開關(guān)器件的控制復(fù)雜程度也不一樣?？傊祲盒问阶罘奖?，模塊結(jié)構(gòu)最簡單；升壓形式次之，升降壓形式又次之，但升降壓形式的DC/DC模塊可以更靈活地和AC/DC模塊對接。
[0042]具體來說，如圖4所示，在圖1、2示出的實施例中，為實現(xiàn)方便每個DC/DC模塊I選用降壓形式的BUCK電路形式，其具有與AC/DC模塊I連接的正輸入端和負輸入端以及與負載3連接的正輸出端和負輸出端，并包括:
[0043]MOSFET開關(guān)管M，其漏極與正輸入端連接；
[0044]續(xù)流二極管D2