專利名稱：：1/2電流調(diào)整/調(diào)制器的制作方法1/2電流調(diào)整/調(diào)制器技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種電流調(diào)整/調(diào)制器，特別是一種1/2開關(guān)分配電流的方式進行調(diào)整/調(diào)制電流的1/2電流調(diào)整/調(diào)制器。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)控制電流的方法主要采用在回路里串聯(lián)有源功率器件，如GTR、功率電子管等，讓有源功率器件工作在線性放大區(qū)，通過控制基極電流或者柵極電壓來控制發(fā)射極與集電極、或者源極與漏極之間的電阻大小，達到控制回路電流或者電壓的目的。近年來發(fā)展的PWM電流電壓控制方法，由于采用脈寬調(diào)制來控制電流電壓，在很多有特殊要求的電源中無法應(yīng)用，如高隔離電壓要求響應(yīng)時間很快的電源。為了控制目標(biāo)電流或者電壓，傳統(tǒng)的串聯(lián)調(diào)整電流的方法是讓有源功率器件工作在線性放大狀態(tài)，在該狀態(tài)下，電流和電壓同時存在于有源放大的功率器件上，有源功率器件上的功耗等于/L、.=/xr，所以功耗很大，在大電流控制的條件下該方法不能工作。有源功率器件串聯(lián)調(diào)整電路是在控制電流不大的條件下進行的，但是當(dāng)電流在幾十到數(shù)千，甚至上萬安培時，由于有源功率器件處于放大狀態(tài)，有源功率器件本身的功耗太大而無法工作。如控制回路的電流為100A時，假如有源功率器件兩端的電壓為10A時，在有源功率器件上的平均功耗達IOKW，功率損耗如此高讓有源功率器件很難承受。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，該電流調(diào)整/調(diào)制器能夠精確的調(diào)整和調(diào)制電流和電壓，大大降低有源功率器件上的功耗。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種1/2電流調(diào)整/調(diào)制器可以由若干條支路并聯(lián)組成，每個支路由一個有源功率器件s和一個電阻及串聯(lián)組成，各支路的電阻分別為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>本發(fā)明的效果(1)1/2電流調(diào)整/調(diào)制器采用多支路并聯(lián)，每支路由電阻和有源功率器件組成，支路以1/2分配電流的方式來控制大電流，在很大的范圍內(nèi)能夠取代傳統(tǒng)的讓有源功率器件工作在放大區(qū)的方式來調(diào)節(jié)電流的方法。(2)調(diào)整的精度依賴于電路支數(shù)，如有w個支路，最高精度可以達到l/2";在電路中，所有有源功率器件都只工作在開和關(guān)的狀態(tài)，即有源功率器件工作在飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)，不需要讓有源功率器件工作在線性放大狀態(tài)。(3)1/2電流調(diào)整/調(diào)制器上的所有有源功率器件都是工作在開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)有源功率器件處于開的狀態(tài)時，雖然流過有源功率器件的電流很大，但是電壓(飽和電壓)很低(一般為1V—4V)，支路上的電壓主要降在電阻上；當(dāng)有源功率器件處于關(guān)的狀態(tài)時，雖然有源功率器件上的電壓降較高，但是流過的電流很小，所以功耗很??；但是當(dāng)有源功率器件處于放大狀態(tài)時，電流和電壓都同時存在于有源功率器件的兩端，這樣消耗在有源功率器件上的功耗Pu^很大，采用1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，可以讓所有的有源功率器件只工作在開關(guān)狀態(tài)達到精確控制電流或者電壓的目的。(4)1/2電流調(diào)整器其實也等效傳統(tǒng)工作在放大狀態(tài)的三級管或者真空管，只是三級管是工作在模擬放大狀態(tài)，而1/2電流調(diào)整器工作在有級放大狀態(tài)，所謂的有級放大狀態(tài)是指在1/2電流調(diào)整/調(diào)制器中，通過控制各支路中有源器件的開和關(guān)，組合各支路中的不同電阻，來控制總電阻達到控制流過負載上的電流，有級調(diào)整是相對于傳統(tǒng)無級連續(xù)調(diào)整而言的；因此傳統(tǒng)電路的調(diào)整功耗幾乎全部在有源功率器件上，由于1/2電流調(diào)整器內(nèi)部的有源功率器件處于工作狀態(tài)，主要功耗在電阻上，大大降低了在有源功率器件上的功耗；由于每個支路上都有串聯(lián)足夠大的電阻，所以即使有的支路上的有源功率器件損壞，也不會引起其它支路的連鎖損壞，所以1/2電流調(diào)整/調(diào)制器是安全的。(5)控制電流的精度可以達到希望的精度，在調(diào)制或者調(diào)整大電流時，要考慮各支路中電阻上的功耗，1/2電流調(diào)整/調(diào)制器相當(dāng)于把有源功率器件上的功耗轉(zhuǎn)移到電阻上，大功率電阻可以根據(jù)在電阻上功耗大小采用水冷卻和風(fēng)冷卻方式；由于電阻阻值會隨著溫度變化，所以一方面要穩(wěn)定電阻的溫度，采用溫度反饋來控制水的流速能夠穩(wěn)定電阻的溫度，另一方面采用反饋控制也能解決由于電阻溫度變化引起的電流變化和電壓引起的電流變化，由于該1/2電流調(diào)整/調(diào)制器是多極電流控制，通過每支路的電流是前一支路的1/2，即是相對值，所以通過測量總電流，通過反饋來調(diào)整支路開關(guān)的組合，解決由于電阻溫度變化引起的電流變化。(6)傳統(tǒng)的電流調(diào)整方法與本發(fā)明的電流調(diào)整/調(diào)制器進行比較如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>附閨說明圖l為三個支路的使用/Gfir的1/2電流調(diào)整/調(diào)制器電路圖。圖2為五個支路的使用G77的1/2電流調(diào)整/調(diào)制器電路圖。圖3為八個支路的使用MOSF五r的1/2電流調(diào)整/調(diào)制器電路圖。圖4為1/2電流調(diào)整/調(diào)制器電路原理圖。圖5為1/2電流調(diào)整/調(diào)制器控制部分原理圖。脅魏拭下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例l如圖1所示，1/2電流調(diào)整/調(diào)制器由三條支路并聯(lián)組成，每個支路由一個有源功率器件大功率/G5r和一個電阻串聯(lián)組成。第一支路由/G57;和^串聯(lián)組成，及,及。/23;第二個支路由開關(guān)/G57^和^串聯(lián)組成，及2=及。/22;第三個支路由開關(guān)/G57;和i3串聯(lián)組成，/3=及0/2。采用三支路1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，最高控制電流的精度為/。x(1/23)，其中/。為電路的總電流。在某一個電路設(shè)計中，要求1/2電流調(diào)整/調(diào)制器上的電壓降為10V—30V，通過控制該調(diào)制器的開關(guān)，控制目標(biāo)電流，希望流過調(diào)整器或者負載上的電流為IOOOA，可以計算出在所有電阻上的總功耗和有源功率器件上的功耗；為了和傳統(tǒng)的方式比較，表l中列出了采用傳統(tǒng)的串聯(lián)調(diào)整方式和1/2電流調(diào)整/調(diào)制器在有源功率器件上的功耗；采用傳統(tǒng)方式，高達30KW的功耗在有源功率器件/GBr上，使/G5r很難工作。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2如圖2所示，1/2電流調(diào)整/調(diào)制器由五條支路并聯(lián)組成，每個支路由一個有源功率器件G77和一個電阻串聯(lián)組成。第一支路由G77,和及，串聯(lián)組成，^=i。/25，第二支路由0772和及2串聯(lián)組成，及2=及。/24，第三支路由G773和i3串聯(lián)組成，/3=及。/23;第四個支路由開關(guān)0774和及4串聯(lián)組成，及4=及。/22;第五個支路由開關(guān)0775和/5串聯(lián)組成，及5=及。/2。采用五支路1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，最高控制電流的精度為/。x(1/25)，其中/。為電路的總電流。在某一個電路設(shè)計中，要求1/2電流調(diào)整/調(diào)制器上的電壓降為20V—200V，通過控制該調(diào)制器的開關(guān)，控制目標(biāo)電流，希望流過調(diào)整器或者負載上的電流為IOOA，可以計算出在所有電阻上和在有源器件上的功耗；為了和傳統(tǒng)的方式比較，表2中列出了采用傳統(tǒng)的串聯(lián)調(diào)整方式和1/2電流調(diào)整/調(diào)制器在有源功率器件上的功耗；由表2可知98.5%的功耗都轉(zhuǎn)移到了電阻上，有源功率器件上的功耗很小。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例3如圖3所示，1/2電流調(diào)整/調(diào)制器由八條支路并聯(lián)組成，每個支路由一個有源功率器件MOSi^:r和一個電阻串聯(lián)組成。第一支路由A/OSFi;7;和A串聯(lián)組成，i1=i。/28，第二支路由MOS7^r2和i^串聯(lián)組成，/2=及。/27，第三支路由似05尸￡7^和及3串聯(lián)組成，W3=WQ/26;第四個支路由開關(guān)MOSF五i;和A串聯(lián)組成，及4=及。/25;第五個支路由開關(guān)MOSi^;7;和i,串聯(lián)組成，及5=及。/24，第六個支路由開關(guān)MOSF五7;和及6串聯(lián)組成，及6=及。/23，第七個支路由開關(guān)MOSFE7;和A串聯(lián)組成，及7=及。/22，第八個支路由開關(guān)MOS7^T8和i8串聯(lián)組成，/8=及。/2。采用八支路1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，最高控制電流的精度為/。x(1/28)，其中/。為電路的總電流。大功率離子源的打坑電路應(yīng)用中，要求1/2電流調(diào)整/調(diào)制器上的電壓降為8V—20V，通過控制該調(diào)制器的開關(guān)，控制目標(biāo)電流，希望流過調(diào)整器或者負載上的電流為800A，可以計算出在所有電阻上和所有有源功率器件上的功耗；為了和傳統(tǒng)的方式比較，表3中列出了采用傳統(tǒng)的串聯(lián)調(diào)整方式和1/2電流調(diào)整/調(diào)制器在有源功率器件上的功耗；由表3可知85%的功耗都轉(zhuǎn)移到了電阻上，有源器件上的功耗很小。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>如圖4所示，1/2電流調(diào)整/調(diào)制器可以由若干條支路并聯(lián)組成，每個支路由一個有源功率器件5和一個電阻/串聯(lián)組成，各支路的電阻分別為/^/。/2"，/2=^/2"-及。/2，因此各支路的電流/,=/。/2，/2=/。/22..-，/=/。/2"，其中/。為電路的總電流?？傠娏鞯目刂剖峭ㄟ^控制各支路有源功率器件的開閉組合各支路的不同電阻，達到改變總電流的目的的艮口<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>流過4支M的電流第一支路將流過總電流的1/2，第二支路將流過總電流的1/22，第"支路將流過總電流的l/2"，這樣通過第一到第w支路開關(guān)的不同組合，可以以(l/2")x/。的精度調(diào)整回路的電流。如當(dāng)n=8時回路的電流控制精度可達1/256;顯然通過控制各支路有源功率器件的開關(guān)也可以調(diào)制通過的電流。在選擇有源功率器件5時，考慮不同支路流過不同的電流，可選用不同的有源功率器件，如大功率/G5r、G77、MOSF￡r。流過第一支路的電流為總電流的一半，第八支路應(yīng)該只有總電流的1/256，顯然前面支路要求定額電流較大的有源功率器件，流過后面支路的電流很小，所以在電路中可以選取不同定額電流的有源功率器件，降低成本和減小體積。如圖5所示，1/2電流調(diào)整/調(diào)制器的控制部分包括運算控制器、譯碼器、驅(qū)動電路和反饋回路。反饋回路依次與運算控制器、譯碼器、驅(qū)動電路連接，驅(qū)動電路另一端與各支路中的有源功率器件如/G5r的G極、或者G77的B極、或者MQSi^T的G極連接。1/2電流調(diào)整/調(diào)制器的控制部分的工作原理通過外部裝置如電位計設(shè)定目標(biāo)電流或者電壓值；反饋量可以是電路的電流或電壓，這兩個量同時傳輸給運算控制器，運算控制器根據(jù)設(shè)定目標(biāo)值和反饋量產(chǎn)生控制的調(diào)節(jié)量，并將給產(chǎn)生控制的調(diào)節(jié)量傳輸給譯碼器，譯碼器根據(jù)調(diào)節(jié)量控制1/2電流調(diào)整/調(diào)制器中的有源功率器件的開或關(guān)，由驅(qū)動電路完成功率放大驅(qū)動相應(yīng)的有源功率器件。驅(qū)動電路主要完成信號的功率放大，使其能夠驅(qū)動相應(yīng)的開關(guān)功率器件，產(chǎn)生能夠合適驅(qū)動/G5T、G77、MOSi^r所需的功率(指驅(qū)動相應(yīng)有源功率器件的所需的功率，如/G5r—般為15V，3A等)；有源功率器件的驅(qū)動功率和主電路的損耗功率相比是很小的。權(quán)利要求1.一種1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，其特征在于它由若干條支路并聯(lián)組成，每個支路由一個有源功率器件Sn和一個電阻Rn串聯(lián)組成，各支路的電阻分別為R1＝R0/2n，R2＝R0/2n-1…Rn＝R0/2。2.如權(quán)利要求1所述的1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，其特征在于所述的有源功率器件可以是/G丑r、Gr及、MOSF五r。3.如權(quán)利要求1所述的1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，其特征在于它還包括控制部分，控制部分包括運算控制器、譯碼器、驅(qū)動電路和反饋回路；反饋回路依次與運算控制器、譯碼器、驅(qū)動電路、連接，驅(qū)動電路另一端與各支路中的有源功率器件連接。4.如權(quán)利要求3所述的1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，其特征在于所述的驅(qū)動電路另一端與各支路中的有源功率器件/GSr的G極、或者G77的5極、或者MOSi^T的G極連接。全文摘要本發(fā)明提供了一種1/2電流調(diào)整/調(diào)制器，其特征在于它由若干條支路并聯(lián)組成，每個支路由一個有源功率器件S<sub>n</sub>和一個電阻R<sub>n</sub>串聯(lián)組成，各支路的電阻分別為R<sub>1</sub>＝R<sub>0</sub>/2<sup>n</sup>，R<sub>2</sub>＝R<sub>0</sub>/2<sup>n-1</sup>，…，R<sub>n</sub>＝R<sub>0</sub>/2；它還包括運算控制器、譯碼器、驅(qū)動電路和反饋回路，反饋回路依次與運算控制器、譯碼器、驅(qū)動電路連接，驅(qū)動電路另一端與各支路中有源功率器件連接。本發(fā)明能夠精確的調(diào)整和調(diào)制電流和電壓，調(diào)整的精度依賴于電路支路數(shù)，如有n個支路，最高精度可以達到1/2<sup>n</sup>；在電路中，所有有源功率器件都只工作在開和關(guān)的狀態(tài)，即有源功率器件工作在飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)，不需要讓有源功率器件工作在線性放大狀態(tài)，大大降低了有源功率器件上的功耗。文檔編號H02M1/08GK101192790SQ20061016074公開日2008年6月4日申請日期2006年11月30日優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日發(fā)明者雷光玖申請人:核工業(yè)西南物理研究院