，其负极与MOSFET开关管M的源极连接，其正极与负输入端连接；
[0045]续流电感L，其一端与MOSFET开关管M的源极连接；
[0046]高频滤波单元21，其一端连接在续流电感L的另一端与正输出端之间，其另一端连接在负输入端与负输出端之间；
[0047]电流采样传感器DCCT，其测量正输出端输出的直流电流，并按照比例将其转换为相应的电压信号；
[0048]与电流采样传感器DCCT连接的AD采样单元22，其接收电压信号，并将其转换为数字信号；以及
[0049]与AD采样单元22连接的控制卡23，其接收数字信号并对其进行PID计算后，向MOSFET开关管M的栅极输出PffM控制信号。
[0050]在上述DC/DC模块2中，MOSFET开关管M工作时处在全开通和全关断状态，以此来降低MOSFET开关管M的功耗。当MOSFET开关管M开通时，电能从直流母线流入续流电感L，控制MOSFET开关管M的开通时间，使得续流电感L上的电流上升到设定值之内；然后MOSFET开关管M关断，利用电感电流不能突变的原理，将储存在续流电感L内的电能通过负载3和续流二极管D2构成的回路把电能转移到负载3上。由于续流电感L 一般采用带有磁芯的电感，存在磁芯磁感应强度的饱和问题，故，MOSFET开关管M开通时间不能任意设定，要根据磁芯材料的磁感应强度以及直流母线电压和负载3上电压来确定其开通关断时间的最大值，然后反向计算得到需要加在MOSFET开关管M的栅极上的PffM控制信号的频率和占空比(详细的设计可参看相关书籍和文献，其为现有技术，故此处不再赘述)。当确定了 PffM控制信号的频率之后，控制卡23根据AD采样单元22从电流采样传感器DCCT获得的信号进行PID计算，并给出PffM控制信号的占空比量值，从而使MOSFET开关管M受PffM控制信号驱动，控制电能的流向，完成高稳定度电流输出。这样整个电路结构就形成了闭环的反馈控制系统。
[0051]同时，由于MOSFET开关管M工作在高频状态下，输出的电流会带有高频的开关纹波，而影响最终输出精度，所以在DC/DC模块2中采用了高频滤波单元21，滤除电流中的开关频率成分，使之降低到可科接受范围，具体来说，该高频滤波单元21包括并联连接的滤波电容C2以及滤波电阻R。
[0052]由此可见，根据负载3适当调节滤波电阻R和滤波电容C2的值以及调节反馈控制的PID参数，就能得到性能优良的闭环稳定系统，从而得到符合要求的电流源模块，完成高稳定度和高精度的电流输出。
[0053]另外，上述控制卡23除了用于生成PffM控制信号以外，同时还能完成开关机、电流设定、故障记录、卡间通信同步等功能，其中针对卡间通信同步功能，具体来说，多个DC/DC模块2配置为相互传递用于触发控制卡23输出PffM控制信号的同步触发信号。同步触发信号的工作方式有2种:a、并行同步，第一个DC/DC模块作为同步触发信号的发出者，在PffM波工作的同时发送给后面η-l个DC/DC模块，以此信号为各DC/DC模块的PffM控制信号的触发信号；b、串行同步，第一个DC/DC模块作为同步触发信号的发出者，在PWM波工作的同时发送给第二个DC/DC模块，第二个DC/DC模块在PffM波工作的同时发送给第三个DC/DC模块，从而依次把同步信号传递到第η个DC/DC模块。通过使用同步触发信号，可以减少DC/DC模块之间的开关频率引起的差拍低频纹波。
[0054]在上述DC/DC模块2中，电流采样传感器DCCT为隔离式电流传感器，其利用磁平衡原理来实现隔离测量电流。电流采样传感器DCCT扮演整个反馈控制的取样部件，取样部件在整个反馈控制系统中仅仅提供一个信号与高稳定的参考给定信号比较，生成PID算法结果。若取样信号有偏差反馈，DC/DC模块作为反馈控制系统是不能纠正取样偏差导致的整机偏差的。故此，必须选用电流取样跟踪精度在5ppm以内的电流传感器才能完成，整个电流源稳定在20-30ppm量级。目前，此类电流传感器可采用Sinap-DCCT系列、LEM公司的IT系列的产品实现。这种电流传感器具有精度高和灵敏度高的特点，能够检测到20uA电流，长期稳定性在lOppm，而其他电流传感器的检测精度和稳定度都要低2个数量级以上。此类电流传感器的具体结构可如中国发明专利申请《一种交直流电流传感器》(申请号:201410355923.9)中所述，该电流传感器包括高磁导率磁芯绕制的高导磁变压器单元、激励信号发生单元、直流信号检测单元、直流信号处理单元、恢复电路单元、交流信号处理单元以及功率放大单元等。当被测电流作为高导磁变压器单元的原边在高磁导率的磁芯上产生磁通时，直流信号检测单元检测到磁芯上的磁通偏向，用此信号让功率放大单元通过高导磁变压器单元的副边在磁芯上产生一个相反的等值磁通，则在次级线圈上会产生一个安匝反向于初级电流的安匝且数值相等。通过和次级线圈串联的电阻获得次级电流，从而知道原边的电流值。由于高导磁变压器单元使用的是高磁导率磁芯，因此，初、次级电流产生的磁通抵消后，剩余的残存磁通非常小，从而保证了 DCCT测量的精度和准确度。
[0055]由此可见，DC/DC模块2按照单模块的输出电流并联使用，输出电流接到负载3上就能得到负载3所需的超大电流值。如果采用传统的电源制作模式将对电源内部的器件提出相当高的容量要求，比如，半导体开关器件要能够承受上千A的电流，而市场上如此电流容量的半导体器件在开关速度上只能做到几kHz，如此一来对后面的滤波电路提出很高要求，频率越低越需要的滤波电感体积越大，如此一来就不能实现较小体积完成高性能电流输出的任务。而本发明正是着眼于此，化整为零，用一般常用电流容量的器件，类似搭积木的方式，实现最终超大电流的尚品质输出。
[0056]综上所述，本发明的巧妙设计和合理使用，使得超大电流化整为零通过多个DC/DC模块向负载提供，并且总电流源的稳定度和精度都达到了几十PPm量级，甚至更好；本发明适于超大电流且电流稳定度要求较高的供电场合，例如应用于:电力电子设备的机器老化、晶体生长、精密电解、传感器测试、加速器磁铁电源、过流检测、运动精密控制等。
[0057]以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
【主权项】
1.一种超大电流源，其特征在于，所述电流源包括: 一变压器； 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 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?而和负输出?而，并包括: 一 MOSFET开关管，其漏极与所述正输入端连接； 一续流二极管，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; 一续流电感，其一端与所述MOSFET开关管的源极连接； 一高频滤波单元，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； 一电流采样传感器，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； 一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 一与所述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PWM控制信号。2.根据权利要求1所述的超大电流源，其特征在于，所述电流源包括一个同时与多个所述DC/DC模块连接的所述AC/DC模块。3.根据权利要求1所述的超大电流源，其特征在于，所述电流源包括多个分别与各个所述DC/DC模块连接的所述AC/DC模块。4.根据权利要求1、2或3所述的超大电流源，其特征在于，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。5.根据权利要求1、2或3所述的超大电流源，其特征在于，所述电流采样传感器为隔离式电流传感器。6.根据权利要求1、2或3所述的超大电流源，其特征在于，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。7.根据权利要求1、2或3所述的超大电流源，其特征在于，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。8.根据权利要求7所述的超大电流源，其特征在于，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。9.根据权利要求7所述的超大电流源，其特征在于，所述滤波电路包括:单体电容或电容组。
【专利摘要】本发明涉及一种超大电流源，其包括：变压器；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。本发明明显改善了电流源的性能，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。
【IPC分类】H02M7/217
【公开号】CN105391321
【申请号】CN201510952591
【发明人】王东兴, 李 瑞, 郭春龙, 朱燕燕, 黄毛毛, 谭松清
【申请人】中国科学院上海应用物理研究所
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月16日