专利名称：一种高效大功率ac/准dc双向输出电源电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及特大功率半导体器件测试系统的功率电源技术,尤其涉及一种高效大功率AC/准DC双向输出电源电路。
背景技术：
功率电源是测试系统的关键技术之一，直接影响到功率放大器的输出电流和电压特性、系统测量精度和稳定性等多项技术指标的实现。目前国内外测试系统使用的功率电源多为AC/DC和或DC/DC形式，DC/DC形式电源工作效率较高的一般达到85%左右，并且结构较复杂，产生高频纹波噪声，这种DC/DC形式输出电源由于很难进行并联连接而难以得到足够的电源电流，瞬态大电流能力差，目前国内外的智能测试系统中一般瞬态测试功率(Vpk*Ipk)局限于50-150VA范围内，无法满足特大功率器件的测试需要；早期采用的串型模拟AC/DC电源电路，功率损耗大，输出功率有限，发热较大，可靠性不足。这两种形式的电源难以满足数百安培以上大电流测试的需要。发明内容
本实用新型的目的是提供一种高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，具有瞬态供电能力强的低成本、大功率、高可靠的特性，能够有效用于功率半导体器件测试系统，满足大功率电参数精密测试，实现单线路提供数百安电流，并联扩展实现数千安电流能力。实现本实用新型目的的技术方案是 一种高效大功率AC/准DC
双向输出电源线路，包括电源变压器、整流电路、上/下启电电路、 上/下功率开关、上/下触发开关、上/下电压比较电路、上/下限幅网 络、上/下电压比较网络、上/下能量储存和放电电路。所有电路均为 双向输入/输出，上/下两部分电路为对称形式，启电电路有两种形式。
其中启电电路一由电阻R3和二极管D1串联的两端网络，两端分 别接在功率开关控制电极和一个直流电压源上。
启电电路二由电阻R3和电容Cl并联的两端网络，两端分别接在 功率开关输入端和功率开关控制电极上。
功率开关为双向可控硅器件;触发开关为M0SFET或功率晶体管， 触发开关提供功率开关需要的电流/电压触发通路；触发通路中同时 引入串联电阻，接在触发开关管的D (C)或S (E)电极，从而限制 触发电流。
电压比较电路为单比较器集成电路或多比较器集成电路，集成比 较器(+ )输入端与输出端之间接入一只高阻值电阻R6，形成正反馈， 改善控制性能，集成比较器由正负直流电源供电。
电压比较网络分别由四只电阻Rl、 R2、 R3和R4组成，其中Rl 和R2串联在一起形成一个回路，由DC电源提供参考电压，通过对参 考地分压，形成比较参考电压，接到集成比较器+输入端；R3和R4 串联在一起形成另一个回路，该回路将采集到的能量储存电路电压对 参考地进行分压，形成比较的另一个电压，接到集成比较器-输入端， 然后由集成比较器对两个电压进行比较，进而控制能量储存电路的输出电压值。
限幅网络由整流二极管D1、 D2、 D3和D4组成，设置需要的电压 差，控制能量储存电路的输出电压范围，其中D1、 D2和D3串联后接 到D4的发射极上。
能量储存和放电电路由高压大容量电容C7、功率电阻R9、M0SFET 开关Q5和断电判别控制电路组成，用以实现通电能量储存和关电后 电容放电，电容公共端连接参考地和机箱地，以便测试系统电源共地， 以实现功率半导体器件电参数的准确测试。
本实用新型作为特大功率半导体测试系统的功率电源，其随机续 电能力强，输出功率高，损耗功率很低，无纹波噪声，电源发热小， 工作可靠性高，使用寿命长。用于功率半导体器件测试系统，具有损 耗低，工作期间续电能力强，输出功率大，无纹波噪声，发热小等特 性，关电后经过放电能量储存电路电压回零。
本实用新型在电源形式上独辟溪径，通过创新技术设计的AC/准 DC电源单元，每个单元可供瞬态功率达到10KVA,而且极易并联使用， 通过并联可以容易地将电源瞬态功率提高到100KVA以上，从而满足 被测器件的测试需要，与AC/DC和DC/DC形式电源相比，这种新型 AC/准DC电源不仅可以容易地将输出瞬态功率提高数百倍以上，而且 具有同比输出功率成本低、电源功耗小、高频噪声低、生产检测简单 等优点。
图1是本实用新型的电路原理框图图2-1和图2-2是本实用新型启电电路、触发开关、功率开关原理图。 图3是本实用新型限幅网络、电压比较网络、电压比较电路原理图。 图4是本实用新型能量储存与放电电路原理图。
具体实施方式
其线路形式如图1所示，本实用新型包括电源变压器、整流电路、 上/下启电电路、上/下功率开关、上/下触发开关、上/下电压比较电 路、上/下限幅网络、上/下电压比较网络、上/下能量储存和放电电 路。所有电路为双向输入/输出，上/下两部分电路为对称形式，其中 采用二种形式起电电路，均能达到起电目的，保证AC电源接通后该 电源开始正常工作。
如图2所示，启电电路一由电阻R3和二极管Dl串联的两端网络，
两端分别接在功率开关控制电极和一个直流电压源上。
启电电路二由电阻R3和电容Cl并联的两端网络，两端分别接在
功率开关输入端和功率开关控制电极上。
功率开关为双向可控硅器件，触发开关为M0SFET Q3或功率晶体
管，触发开关提供功率开关控制极触发通路，并在D (C)或S (E)
电极接入串联电阻R1，限制触发电流。
如图3所示，电压比较电路为单比较器集成电路或多比较器集成 电路，集成比较器U1+输入端和输出端之间接一只高阻值电阻R6，形 成正反馈，改善控制性能，集成比较器由正负直流电源供电。
电压比较网络分别由四只电阻Rl、 R2、 R3和R4组成，其中Rl 和R2串联在一起形成一个回路，由DC电源提供参考电压，通过对参考地分压，形成比较参考电压，接到集成比较器+输入端；R3和R4 串联在一起形成另一个回路，该回路将采集到的能量储存电路电压对 参考地进行分压，形成比较的另一个电压，接到集成比较器-输入端， 然后由集成比较器对两个电压进行比较，进而控制能量储存电路的输 出电压值。
限幅网络由整流二极管D1、 D2、 D3和D4组成，设置需要的电压 差，控制能量储存电路的输出电压范围，其中D1、 D2和D3串联后接 到D4的发射极上。
如图4所示，能量储存和放电电路由高压大容量电容C7、功率 电阻R9、 M0SFET开关Q5和断电判别控制电路组成，用以实现通电能 量储存和关电后电容放电，电容公共端连接参考地和机箱地，以便测 试系统电源共地，以实现功率半导体器件电参数的准确测试。
断电判别和控制电路能够在系统交流电源断电后靠自身储存电 源继续工作30秒，它能够以智能方式判断AC电源的供电和断电，当 AC电源断开后即控制MOSFET开关导通，实现对高压大容量储能电容 的放电，而当AC电源重新接通时保持MOSFET开关断开，实现对储能 电容的充电，适时建立V+和V-电源。该电路的应用能够有效降低AC/ 准DC电源电路的实际功耗，提高电源工作效率和工作可靠性。其中， 功率电阻的阻值选择在30秒内基本实现储能电容放电和即便在 MOSFET导通条件下不影响V+和V-电源建立和使用。
整个电路的工作原理为功率电源输入为单相工频交流电源，输 给电源变压器输入端，电源变压器输出端产生双向交流电源，次级中心抽头作为准DC电源的返回通路，并连接测试系统机箱地作为功率 电源的参考地使用。双向交流电源通过整流电路进行全波整流，产生 正/负向电源，分别加至上/下两个功率开关输入端。当交流电源输入 初始接通时，能量储能电路电压为零，上/下启电电路先工作，控制 功率开关导通，对上/下能量储存电路充电；同时，电压比较电路工 作，控制触发开关导通，并持续控制功率开关导通；当能量储存电路 电压达到设定的电压值时，通过限幅网络、电压比较网络和电压比较 电路作用，在电压比较电路输出端产生反转电压，控制触发开关关断， 进而控制功率开关关断，停止对能量储存电路充电。电源工作期间， 限幅网络、电压比较网络和电压比较电路作为监控装置，持续检测能 量储存电路电压，控制触发通道通断和功率开关动作，保证能量储存 电路的电压在设定范围内。通过选定监控电路、触发开关、功率开关 的反应延迟时间，可以设置能量储存电路输出电压范围，得到慢变的 准DC功率电源。
主要技术指标 输入电压220V土跳，50Hz， 5A 电压范围+40/+80V, -40/80V 瞬态输出功率5000/10000W 电压变化范围《土2V 输出电流250A 平均耗散功率《2W
权利要求1、一种高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其特征是包括电源变压器、整流电路、上/下启电电路、上/下功率开关、上/下触发开关、上/下电压比较电路、上/下限幅网络、上/下电压比较网络、上/下能量储存和放电电路，所有电路均为双向输入/输出，上/下两部分电路为对称形式，启电电路有两种连接形式。
2、 如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其 特征;1启电电路一由电阻R3和二极管Dl串联的两端网络，两端分别 接在功率开关控制电极和一个直流电压源上。
3、 如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其 特征是启电电路二由电阻R3和电容C1并联的两端网络，两端分别接 在功率开关输入端和功率开关控制电极上。
4、 如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其 特征是上/下功率开关为双向可控硅器件，上/下触发开关为M)SFET Q3^功率晶体管，上/下触发开关提供功率开关控制极触发通路，并 在D/C或S/E电极接入串联电阻Rl，限制触发电流。
5、 如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其 特征是上/下电压比较电路为单比较器集成电路或多比较器集成电 路，集成比较器U1+输入端和输出端之间接一只高阻值电阻R6，形成 正反馈+集成比较器由正负直流电源供电。
6、 如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其 特征是上/下电压比较网络分别由四只电阻Rl、 R2、 R3和R4组成，其中R1和R2串联在一起形成一个回路，由DC电源提供参考电压， 通过对参考地分压，形成比较参考电压，接到集成比较器+输入端； R3和R4串联在一起形成另一个回路，该回路将采集到的能量储存电 路龟压对参考地进行分压，形成比较的另一个电压，接到集成比较器 -输A^端^然后由集成比较器对两个电压进行比较，进而控制能量储 存电路的输出电压值。
7、 如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其 特征是上/下限幅网络由整流二极管Dl、 D2、 D3和D4组成，设置需 要的电压差，控制能量储存电路的输出电压范围，其中D1、 D2和D3 串联后接到D4的发射极上。
8、 如权利要求1所述的高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，其 特征是上/下能量储存和放电电路由高压大容量电容C7、功率电阻 R9、 M0SFET开关Q5和断电判别控制电路组成，用以实现通电能量储 存和关电后电容放电，电容公共端连接参考地和机箱地。
专利摘要本实用新型提供一种高效大功率AC/准DC双向输出电源电路，包括电源变压器、全波整流、启电电路、功率开关、触发开关、电压比较电路、限幅网络、电压比较网络、能量储存和放电电路，所有电路均为双向输入/输出，上/下两部分电路为对称形式，启电电路有两种连接形式。本实用新型具有瞬态供电能力强的低成本、大功率、高可靠的特性，能够有效用于功率半导体器件测试系统，满足大功率电参数精密测试，实现单线路提供数百安电流，并联扩展实现数千安电流能力。
文档编号H02M7/21GK201332364SQ200820222529
公开日2009年10月21日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者杜忠勤 申请人:西安佰人科技有限公司