一种超大电流源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超大电流源。
【背景技术】
[0002]在直流输电系统、变频调速装置、UPS电源、高精度直流焊机、精细电解电镀、数控机床、加速器运行、医疗成像、精细冶炼、光伏产业等各种需要超大电流源的领域中，电流源能够高精度稳定输出超大电流，是设备安全可靠运行、产品高质量产出、获得各种更精确数据的根本保证。
[0003]目前，提供超大电流的电流源的方式通常有两种:1、交流电直接加上大规格的晶闸管，通过控制晶闸管的导通角实现超大电流的精确稳定输出；2、交流电通过整流二极管变为脉动直流电，然后电能经过开关管供给负载，通过控制开关管的开通和关断时间提供超大电流的精确稳定输出。
[0004]然而，以上两种实现方式都受到半导体器件规格的制约，具体理由如下:
[0005]首先，在方式I中，由于晶闸管的本身特性，开通和关断时间完全依赖交流电的周期。同样在方式2中，当开关管的电流容量达到满足需要的容量时，开关管的开通和关断速度降到SKHz以下。这样的开关控制速度会在电流中引入较低频率的纹波，滤除这些频率成分需要很大时间常数的LC滤波器，因此，增加了电流源的体积，限制了此类电流源的应用场合。
[0006]其次，当需要额定电流超出单只半导体器件的容量时，需要并联时用半导体开关器。并联的开关器件对驱动电路提出了更高的要求，需要元件增多、电路更加复杂，才能满足开关管的驱动要求。而元件增多、电路更加复杂直接导致了整个系统的稳定性能下降，限制了此类电流源及电源的使用范围。
[0007]再次，以上两种方式的电流源都是以整机形式实现电流输出，一旦故障就需要全部停机，直到全部检修完成才能重新开机使用；并且整机体积巨大，往往需要多人协同维修，对维修维护人员要求较高。凡此种种，严重制约了此类电源在不间断供电场合的使用。
【发明内容】
[0008]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种高稳定性、高精度、低纹波的超大电流源，以运用电源模块并联的形式，实现超大电流的高品质输出。
[0009]本发明所述的一种超大电流源，其包括:
[0010]一变压器；
[0011]至少一个与所述变压器连接的AC/DC模块，其用于将通过所述变压器提供的交流电能转换为直流电能；以及
[0012]多个用于将所述直流电能转换为直流电流并将其提供至一负载的DC/DC模块，每个所述DC/DC模块具有与所述AC/DC模块连接的正输入端和负输入端以及与所述负载连接的正输出端和负输出端，并包括:
[0013]一 MOSFET开关管，其漏极与所述正输入端连接；
[0014]—续流二极管，其负极与所述MOSFET开关管的源极连接，其正极与所述负输入端连接；
[0015]—续流电感，其一端与所述MOSFET开关管的源极连接；
[0016]—高频滤波单元，其一端连接在所述续流电感的另一端与所述正输出端之间，其另一端连接在所述负输入端与负输出端之间；
[0017]—电流采样传感器，其测量所述正输出端输出的所述直流电流，并将其转换为相应的电压信号；
[0018]—与所述电流采样传感器连接的AD采样单元，其接收所述电压信号，并将其转换为数字信号；以及
[0019]—与所述AD采样单元连接的控制卡，其接收所述数字信号并对其进行PID计算后，向所述MOSFET开关管的栅极输出PffM控制信号。
[0020]在上述的超大电流源中，包括一个同时与多个所述DC/DC模块连接的所述AC/DC丰旲块。
[0021]在上述的超大电流源中，包括多个分别与各个所述DC/DC模块连接的所述AC/DC丰旲块。
[0022]在上述的超大电流源中，所述多个DC/DC模块配置为相互传递用于触发所述控制卡输出所述PWM控制信号的同步触发信号。
[0023]在上述的超大电流源中，所述电流采样传感器为隔离式电流传感器。
[0024]在上述的超大电流源中，所述高频滤波单元包括并联连接的滤波电容以及滤波电阻。
[0025]在上述的超大电流源中，所述AC/DC模块包括依次连接在所述变压器与DC/DC模块之间的半导体整流单元以及滤波电路。
[0026]在上述的超大电流源中，所述半导体整流单元包括:半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路、不控整流电路、半控整流电路或全控整流电路。
[0027]在上述的超大电流源中，所述滤波电路包括:单体电容或电容组。
[0028]由于采用了上述的技术解决方案，本发明根据诺顿定理，实现了电流源并联使用。具体来说，与现有技术相比而言，本发明采用独立的较小电流源模块，即，用于向负载输出直流电流的DC/DC模块，并联实现超大电流输出，因此，具有很大的实用优势:首先，DC/DC模块体积较小，重量较轻，基本上一个人能搬动，故障时可以单个模块更换，减少整机停机时间；同时，小的DC/DC模块能够有较为充足的备货，对排查故障提供了较为充足的检修和维护时间。其次，由于每台DC/DC模块的输出电流较小，其中MOSFET开关管的容量较小，可以实现单管工作，并且可以采用简洁的驱动电路，同时，小容量的MOSFET开关管的开关频率可以用在20kHz及以上，为后续滤波小型化奠定了基础。再次，DC/DC模块并联相比开关半导体并联在热损耗排放方面化整为零，更有利于实现。总之，本发明明显改善了电流源的性能(例如，长期稳定性:< 30ppm/24h)，并且具有模块化结构、能缩短在线维修时间、能储备较多备件、整体降低电流源故障时间、互换性好、能根据需要灵活增加模块来满足电流输出需要、以及安装、校准、调试、维护均十分方便等优点。
【附图说明】
[0029]图1是本发明一种超大电流源的一种实施例的结构示意图；
[0030]图2是本发明一种超大电流源的另一种实施例的结构示意图；
[0031]图3是本发明中AC/DC模块的内部结构示意图；
[0032]图4是本发明中DC/DC模块的内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
[0034]如图1、2所示，本发明，即一种超大电流源，其包括:
[0035]变压器T ；
[0036]至少一个与变压器T连接的AC/DC模块I，其用于将通过变压器T提供的交流电能转换为直流电能；以及
[0037]多个与AC/DC模块I连接的DC/DC模块2，其用于将直流电能转换为直流电流并将其提供至负载3 (该负载3可以是阻性负载、感性负载、容性负载等形式)。
[0038]在图1、图2分别为本发明的两种不同的结构形式。其中，图1示出了集中直流供电形式，即，AC/DC模块I的数量为I个，该AC/DC模块I同时与多个DC/DC模块2连接；由于AC/DC技术成熟，从而使得整体设备更紧凑；图2示出了分散式直流供电形式，即，AC/DC模块I的数量为多个，每个DC/DC模块2都由一个AC/DC模块I供电，这样可以实现直流电流输出电隔离，同时降低AC/DC模块I的容量，从而降低器件的容量。两种结构各有优势，但都能实现总体高稳定度超大电流输出。
[0039]在本发明中，变压器T将电网电能变为合适的电压形式供后续电路使用，即，实现电压等级的合适变换，同时完成后续电能变换的容量要求。具体来说，本发明的电流源输出的电流很大，至少可以达到2000A，理论上可以达到任意大的电流，所以本发明中采用三相变压器(380V)作为变压器T进行供电。如果输出功率较小且输出电流也较小，可以考虑采用单相变压器(220V)供电；如果输出功率较大且输出电压较高，则需要用更高等级的变压器供电。具体供电方式可依据输出直流电压和输出直流电流的乘积来确定。
[0040]在本发明中，AC/DC模块I的电路形式均为成熟的电路拓扑，如图3所示，AC/DC模块I包括:依次连接在变压器T与DC/DC模块2之间的半导体整流单元11以及滤波电路12，其中，半导体整流单元11可以包括半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路、不控整流电路、半控整流电路或全控整流电路，在图3中，半导体整流单元11包括整流桥Dl ;滤波电路12可以包括单体电容或电容组，在图3中，滤波电路12包括单体电容Cl。在AC/DC模块I中，半导体整流单元11用于将交流电的正负两个方向的电压变换为单一方向电压的电能形式，经过整流的交流电AC变为单方向的脉动电压电能形式；滤波电路12中的单体电容C具有储能作用，因此能在脉动电压高的时刻吸收电能，在脉动电压低的时刻放出电能，选取合适的电容或电容组能够使单方向电压的脉动幅度在可接受范围，即，完成平滑脉动电压，最终输出直流电压DC。
[0041]在本发明中，DC/DC模块2可以采用多种拓扑结构形式，包括:降压形式、升压形式、升降压形式，这三种不同形式都能满足电流源的电流输出，但对AC/DC模块I的供电容量要求不一样，且对DC/DC模块2内部的半导体器件耐压要求有区别，另外，半导体开关器件的控制复杂程度也不一样。总之，降压形式最方便，模块结构最简单；升压形式次之，升降压形式又次之，但升降压形式的DC/DC模块可以更灵活地和AC/DC模块对接。
[0042]具体来说，如图4所示，在图1、2示出的实施例中，为实现方便每个DC/DC模块I选用降压形式的BUCK电路形式，其具有与AC/DC模块I连接的正输入端和负输入端以及与负载3连接的正输出端和负输出端，并包括:
[0043]MOSFET开关管M，其漏极与正输入端连接；
[0044]续流二极管D2