可调整电流源系统设计文献综述
2020-04-10 16:01:56
1.绪论
在20世纪50年代出现了硅晶闸管(SCR),60年代出现可关断晶闸管(GTO),70年代出现了高功率晶体管(GTR)和功率场效应管(MOSFET),80年代相继出现了绝缘栅双极功率晶体管(IGBT)以及门控晶闸管(IGCT)和电力加强注入绝缘栅极晶体管(IEGT),90年代出现智能功率模块(IPM)。由于这些元件的出现,相应出现了以这些电力电子器件为主的可调式变频电源,反过来,变频电源要求电力电子器件有个理想的静态特征:在阻断状态时,能承受高电压;在导通状态时,能大电流通过和低的导通降压,损耗小,发热量小;在开关状态转换时,具有短的开、关时间,即开关频率高,而且能承受高的du/dt;并且具有全控功能,寿命长、结构紧凑、体积小、当然还要求成本低。上述这些电力电子器件有些是逐步向真个方向发展,达到完善的要求。尤其是电源,更需要耐高压的元器件。
电源是各种电子,电器设备工作的动力,是自动化不可缺少的组成部分,直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源,广泛应用于各行业。直流开关稳压电源按照不同的分类方式,可以分成多种类型。按照输出是否与调节元件(开关元件)等构成的其他部分隔离,这种隔离可以分成为非隔离性和隔离性两类;按照开关元件的激励方式,可以分成为自激励和他激励两种类型;按照输出电压的方式,可以分为脉宽-调制(PWM)式、频率调制式和脉宽-频率混合调制式三种类型;按照开关元件的链接形式,可以分成串联型和并联型两种类型。近年来,随着电子技术、微机、中小型计算机的普及和航空航天数据通信、交通邮电等事业的快速发展,以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要,当代对电源的需要不仅日益增大,而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求,各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高,稳压电源不断朝着小型化,高效率,低成本,高可靠性,低电磁干扰,模块化和智能化方向发展。
2.主体
工业中常需要各种自动控制系统,在这些系统中必须要有传感器,传感器中传输的大多是电流信号。工程实践中在进行工业控制之前都需要对测量系统进行校正,其中就包括对传感器的校正和对测试分析系统的校正,在校正测试分析系统时就需要一些电压信号或者是电流信号传递给A/D电路。A/D电路将把这些信号转换为控制电路识别的数字信号。为了使数字信号更为准确,就必须要有一个准确的输入信号。这时,就需要一个可控的电流源,现在市场中常见的V-I芯片有XTR101、XTR110等,但是这些芯片价格比较昂贵,并且电路比较复杂,元件不是非常容易获得。为了可以减少成本并且更灵活的使用电流信号,就要使用简易的电流源并保证其安全、稳定、可靠的工作。传统的线性稳压电源电路结构简单、工作可靠,但它存在着效率低(只有40% -50%)、体积大、铜铁消耗量大,工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率,人们研制出了开关式稳压电源,它的效率可达85% 以上,稳压范围宽,除此之外,还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点,是一种较理想的稳压电源。正因为如此,开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中。
以单片机系统为基础而设计制造出来的新一代智能稳压电源(Intelligent Power Supply)不但电路简单,结构紧凑,价格低廉,性能卓越,而且由于单片机具有计算和控制能力,故稳压精度高、纹波干扰小,安全可靠,利用它对采样数据进行各种计算,从而可排除和减少由于干扰信号和模拟电路引起的误差,而且它是一种输出不间断可调,稳压和稳流互动转换的高精度直流稳压电源,电源输出从0伏起调,在确定范围内任意选择且限制保护点,稳流输出电流在额定范围内连续可调。大大提高稳压电源输出电压和控制电流精度,并且降低了对模拟电路的要求。智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护监测系统,确保电源安全可靠性。输出电压采用LCD液晶屏数字显示,输入采用键盘方式,电源外表美观,操作使用方便。在数控直流稳压电源加上掉电存储数据功能,更能方便用户的使用和满足实验室的要求。
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