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1、(10)申请公布号 CN 103049028 A (43)申请公布日 2013.04.17 CN 103049028 A *CN103049028A* (21)申请号 201210494571.6 (22)申请日 2012.11.28 G05F 1/56(2006.01) (71)申请人 华中科技大学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037 号 (72)发明人 胡耀文 左都罗 王新兵 陆培祥 徐勇跃 胡守岩 方明 杨蔓 (74)专利代理机构 华中科技大学专利中心 42201 代理人 方放 (54) 发明名称 一种用于高压磁开关复位的恒流源 (57) 摘要 一种用于高压磁开关复位。
2、的恒流源， 属于功 率电子技术， 解决现有恒流源缺乏高压隔离电路 的问题， 以用于高电压脉冲场合。 本发明包括全桥 逆变器、 谐振电路、 整流桥、 高频滤波电路、 反馈电 路和控制电路。本发明利用 MOS 场效应管工作在 零电流状态， 使得输入的能量可以近乎无损耗地 传输给串联谐振电路 ； 通过调节 MOS 场效应管周 期可以调节输出电流的大小， 输出具有恒流源的 特性， 无须在输出端提供额外的镇流电阻 ； 采用 由滤波电感、 滤波电容、 隔离二极管和钳位二极管 组成的高频滤波电路， 阻断了脉冲电源中磁开关 或变压器的复位电路中耦合的高压脉冲的影响， 确保了恒流源的安全性。 (51)Int.C。
3、l. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种用于高压磁开关复位的恒流源， 包括全桥逆变器 (1)、 谐振电路 (2)、 整流桥 (3)、 反馈电路 (5) 和控制电路 (6) ； 所述全桥逆变器 (1) 由四个 MOS 场效应管两两串联之后并联构成， 全桥逆变器 (1) 输 入端输入经 380V 交流电压整流滤波后的 520V 直流电压 ； 所述谐振电路(2)由谐振电感(11)、 高频变压器(12)和谐振电容(13)组成， 谐振电感 (11) 一端。
4、连接全桥逆变器 (1) 的一个输出端， 谐振电感 (11) 另一端与高频变压器 (12) 原 边和谐振电容 (13) 一端依次串联， 谐振电容 (13) 另一端连接全桥逆变器 (1) 的另一个输 出端， 所述高频变压器 (12) 为降压变压器， 实现线电压与负载电压的匹配 ； 所述高频变压器 (12) 的副边连接整流桥 (3) 输入端， 所述整流桥 (3) 由四个整流二极 管两两串联之后并联组成 ； 所述反馈电路 (5) 由第一电阻 (24)、 第二电阻 (25) 和电流传感器 (23) 构成， 第一电 阻 (24) 的首端为恒流源正输出端， 第一电阻 (24) 的尾端和第二电阻 (25) 首。
5、端连接， 第二 电阻 (25) 的尾端为恒流源负输出端， 电流传感器 (23) 套于连接整流桥负输出端和恒流源 负输出端的导线上 ； 所述控制电路 (6) 的电压采样端连接所述第一电阻 (24) 和第二电阻 (25) 的连接点， 控制电路 (6) 的电流采样端连接所述电流传感器 (23) 的输出端， 控制电路 (6) 的输出端输 出两路信号， 分别送到所述全桥逆变器 (1) 的两个控制端 ； 其特征在于 ： 还具有高频滤波电路 (4)， 高频滤波电路由第一滤波电感 (18)、 滤波电容 (19)、 隔离二 极管 (20)、 钳位二极管 (21)、 第二滤波电感 (22) 构成 ； 整流桥 (3。
6、) 的正输出端经第一滤波电感 (18) 与隔离二极管 (20) 阳极以及滤波电容 (19) 的一端相连， 隔离二极管 (20) 的负极连接钳位二极管 (21) 的负极和第二滤波电感 (22)的一端， 钳位二极管(21)的正极与滤波电容(19)另一端以及整流桥的负输出端相连， 第二滤波电感 (22) 的另一端连接第一电阻 (24) 的首端。 2. 如权利要求 1 所述的恒流源， 其特征在于 ： 所述控制电路根据所述反馈电路的电流及电压反馈信号控制全桥逆变器中四个 MOS 场效应管的开通和关断时间， MOS 场效应管在零电流的状态下打开， MOS 场效应管导通后， 流过MOS场效应管的电流波形接近。
7、于正弦波， 当电流过零点时， 控制电路给出关断MOS场效 应管的信号。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的恒流源， 其特征在于 所述全桥逆变器中MOS场效应管耐压值不小于520V， 最大漏极电流不小于10A， 驱动栅 极电压不大于 20V ； 所述整流桥中二极管的最大反向峰值电压不小于 100V， 直流通态电流不小于 30A， 最 大正向峰值电流不小于 60A ； 所述高频变压器选用原副边匝数比为 40 1 50 1 的高频降压变压器。 权 利 要 求 书 CN 103049028 A 2 1/3 页 3 一种用于高压磁开关复位的恒流源 技术领域 0001 本发明属于功率电子技术， 具体涉及。
8、一种用于高压磁开关复位的恒流源， 适用于 在脉冲电源中为磁开关或变压器提供复位电流。 背景技术 0002 为了能够输出数万伏的高压脉冲， 使准分子激光器放电腔体内形成稳定、 快速的 脉冲辉光放电， 准分子激光器的脉冲电源一般采用磁开关对低压脉冲进行压缩， 再经过脉 冲变压器对电压脉冲进行升压。其中为了控制磁开关或可饱和脉冲变压器的饱和时间， 提 高能量的传递效率， 一般需要耦合一个恒流源对其提供直流偏置电流进行复位。由于磁开 关和可饱和脉冲变压器均工作在高压状态， 因此该恒流源两端也会耦合高压脉冲。 0003 传统的恒流源一般常采用线性电路组成， 而对于大电流的恒流源， 用线性电路来 组成就会。
9、显现出诸多劣势， 如较难找到合适的大功率、 大电流晶体管， 且大量的能量会消耗 在晶体管和电阻上， 导致线性电子元件组成的恒流源效率很低， 不宜长时间工作。 此外输出 端耦合进来的数万伏高压脉冲使得晶体管的保护电路设计很复杂， 且一般难以满足要求。 0004 2009 年深圳大族激光科技有限公司在 CN101763128B 中公开了一种恒流源， 该恒 流源由电压稳压器、 驱动元件、 恒流反馈单元以及负载自适应反馈单元组成， 其中恒流反馈 单元控制恒流源向负载提供恒定电流， 负载自适应反馈单元控制恒流源输出电压随负载的 变化而变化， 有效地减少了恒流源的热损耗， 但该恒流源在输出端没有高压隔离电。
10、路， 不适 用于高电压脉冲场合。 发明内容 0005 本发明提供一种用于高压磁开关复位的恒流源， 利用高频滤波电路和高频变压 器， 滤除和隔离输出端耦合进来的高压脉冲， 解决现有恒流源缺乏高压隔离电路的问题， 以 用于高电压脉冲场合。 0006 本发明所提供的一种用于高压磁开关复位的恒流源， 包括全桥逆变器、 谐振电路、 整流桥、 反馈电路和控制电路 ； 0007 所述全桥逆变器由四个 MOS 场效应管两两串联之后并联构成， 全桥逆变器输入端 输入经 380V 交流电压整流滤波后的 520V 直流电压 ； 0008 所述谐振电路由谐振电感、 高频变压器和谐振电容组成， 谐振电感一端连接全桥 逆。
11、变器的一个输出端， 谐振电感另一端与高频变压器原边和谐振电容一端依次串联， 谐振 电容另一端连接全桥逆变器的另一个输出端， 所述高频变压器为降压变压器， 实现线电压 与负载电压的匹配 ； 0009 所述高频变压器的副边连接整流桥输入端， 所述整流桥由四个整流二极管两两串 联之后并联组成 ； 0010 所述反馈电路由第一电阻、 第二电阻和电流传感器构成， 第一电阻的首端为恒流 源正输出端， 第一电阻的尾端和第二电阻首端连接， 第二电阻的尾端为恒流源负输出端， 电 说 明 书 CN 103049028 A 3 2/3 页 4 流传感器套于连接整流桥负输出端和恒流源负输出端的导线上 ； 0011 所。
12、述控制电路的电压采样端连接所述第一电阻和第二电阻的连接点， 控制电路的 电流采样端连接所述电流传感器的输出端， 控制电路的输出端输出两路信号， 分别送到所 述全桥逆变器的两个控制端 ； 0012 其特征在于 ： 0013 还具有高频滤波电路， 高频滤波电路由第一滤波电感、 滤波电容、 隔离二极管、 钳 位二极管、 第二滤波电感构成 ； 0014 整流桥的正输出端经第一滤波电感与隔离二极管阳极以及滤波电容的一端相连， 隔离二极管的负极连接钳位二极管的负极和第二滤波电感的一端， 钳位二极管的正极与滤 波电容另一端以及整流桥的负输出端相连， 第二滤波电感的另一端连接第一电阻的首端。 0015 所述的。
13、恒流源， 其特征在于 ： 0016 所述控制电路根据所述反馈电路的电流及电压反馈信号控制全桥逆变器中四个 MOS 场效应管的开通和关断时间， MOS 场效应管在零电流的状态下打开， MOS 场效应管导通 后， 流过 MOS 场效应管的电流波形接近于正弦波， 当电流过零点时， 控制电路给出关断 MOS 场效应管的信号。 0017 所述用于高压磁开关复位的恒流源， 其特征在于 0018 所述全桥逆变器中MOS场效应管耐压值不小于520V， 最大漏极电流不小于10A， 驱 动栅极电压不大于 20V ； 0019 所述整流桥中二极管的最大反向峰值电压不小于 100V， 直流通态电流不小于 30A， 最。
14、大正向峰值电流不小于 60A ； 0020 所述高频变压器选用原副边匝数比为 40 1 50 1 的高频降压变压器。 0021 本发明利用 MOS 场效应管工作在零电流状态， 使得输入的能量可以近乎无损耗地 传输给串联谐振电路 ； 通过调节 MOS 场效应管周期可以调节输出电流的大小， 输出具有恒 流源的特性， 无须在输出端提供额外的镇流电阻 ； 采用由滤波电感、 滤波电容、 隔离二极管 和钳位二极管组成的高频滤波电路， 阻断了脉冲电源中磁开关或变压器的复位电路中耦合 的高压脉冲的影响， 确保了恒流源的安全性。 附图说明 0022 图 1 为本发明的结构示意图 ； 具体实施方式 0023 以下。
15、结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0024 如图1所示， 本发明的实施例包括全桥逆变器1、 谐振电路2、 整流桥3、 高频滤波电 路 4、 反馈电路 5、 控制电路 6。 0025 全桥逆变器 1 由第一 MOS 场效应管 7 和第二 MOS 场效应管 8 串联， 第三 MOS 场效 应管 9 和第四 MOS 场效应管 10 串联之后再并联构成， 全桥逆变器输入端输入经 380V 交流 电压整流滤波后的 520V 直流电压 ； 本实施例中四个 MOS 场效应管选用美国 Vishay 公司的 SIHP12N60E， 该开关器件的耐压值为 650V， 栅极驱动电压 20V。 0026 谐振电路。
16、 2 由谐振电感 11、 高频变压器 12 和谐振电容 13 组成， 谐振电感 11 一端 说 明 书 CN 103049028 A 4 3/3 页 5 连接全桥逆变器 1 的一个输出端， 谐振电感 11 另一端与高频变压器 12 原边和谐振电容 13 一端依次串联， 谐振电容 13 另一端连接全桥逆变器 1 的另一个输出端， 所述高频变压器 12 为降压变压器， 实现线电压与负载电压的匹配 ； 本实施例中谐振电感 11 为自制绕组线圈电 感， 其电感量约为 1mH， 谐振电容 13 选用电容值为 10nF 的陶瓷电容， 高频变压器 12 选用原 副边匝数比为 40 1 的高频降压变压器， 同。
17、时可以将输出端耦合进来的高压脉冲进行隔 离。 0027 整流桥 3 由第一整流二极管 14 和第二整流二极管 15 串联、 第三整流二极管 16 和 第四整流二极管 17 串联之后再并联组成， 高频变压器 12 的副边两输出端分别连接第一整 流二极管 14 的正极和第三整流二极管 16 的正极。 0028 高频滤波电路 4 由第一滤波电感 18、 滤波电容 19、 隔离二极管 20、 钳位二极管 21、 第二滤波电感 22 构成 ； 整流桥 3 的正输出端 ( 第三整流二极管 16 的负极 ) 经第一滤波电 感 18 与隔离二极管 20 阳极以及滤波电容 19 的一端相连， 隔离二极管 20 。
18、的负极连接钳位 二极管 21 的负极和第二滤波电感 22 的一端， 钳位二极管 21 的正极与滤波电容 19 另一端 以及整流桥的负输出端 ( 第四整流二极管 17 正极 ) 相连， 第二滤波电感 22 的另一端连接 第一电阻 24 的首端。 0029 各整流二极管、 隔离二极管 20 和钳位二极管 21 均选用美国 ONSEMI 公司生产的 NTSV30100SG， 该二极管的最大方向峰值电压为 100V， 直流通态电流为 30A， 最大正向峰值 电流为为 60A。 0030 第一滤波电感 18 采用在环形铁基超微晶磁芯上绕制绕组线圈构成的可饱和电 感， 饱和时电感量为 500nH ； 第二。
19、滤波电感为自制绕组线圈电感， 电感值值为 220uH， 滤波电 容 21 为高频陶瓷电容， 电容值为 110uF。 0031 反馈电路 5 由第一电阻 24、 第二电阻 25 和电流传感器 23 构成， 第一电阻 24 的首 端为恒流源正输出端， 第一电阻 24 的尾端和第二电阻 25 首端连接， 第二电阻 25 的尾端为 恒流源负输出端， 电流传感器 23 套于连接整流桥负输出端和恒流源负输出端的导线上 ； 第 一电阻阻值为 1M， 第二电阻阻值为 510k， 电流传感器 23 选用瑞士 LEM 公司的 HAL50S， 其可采样的电流范围为 -150 +150A。 0032 控制电路 6 的。
20、电压采样端连接所述第一电阻 24 和第二电阻 25 的连接点， 控制电 路 6 的电流采样端连接所述电流传感器 23 的输出端， 控制电路 6 的输出端输出两路信号， 分别送到所述全桥逆变器的两个控制端 ； 0033 控制电路根据所述反馈电路的电流及电压反馈信号控制全桥逆变器中四个 MOS 场效应管的开通和关断时间， MOS 场效应管在零电流的状态下打开， MOS 场效应管导通后， 流过MOS场效应管的电流波形接近于正弦波， 当电流过零点时， 控制电路给出关断MOS场效 应管的信号。 0034 控制电路选用美国 TI 公司生产的谐振模式电源控制器芯片 UC3865 构成， 该芯片 为零电流控制芯片， 可编程压控振荡频率为 10KHz 1MHz， 根据采样的电流和电压， 通过调 节压控振荡频率输出一对控制信号， 控制全桥逆变器中四个 MOS 管的开通和关断的周期， 输出电流在 0-30A 范围内可调。 说 明 书 CN 103049028 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103049028 A 6 。