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一种提升脉冲电源电流响应速度的方法

阅读:1发布:2023-02-11

专利汇可以提供一种提升脉冲电源电流响应速度的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种提升脉冲电源 电流 响应速度的方法,在脉冲电源正极与负载正极之间设置 电能 存储和释放模 块 、 电压 采样 模块、功率元器件Q1,在负载的负极输入端设置电流采样模块;在脉冲电源高电流时通过采集到的电流误差 信号 ,控制脉冲调制信号的占空比,从而使电流达到稳定状态;当电流采样模块检测到在零电流状态时,关闭功率元器件Q1,并通过电压采样模块采集Q1漏极上的电压,控制脉冲调制信号的占空比,保持输出的电压在一定的范围上。当电流从零变高时,功率元器件Q1打开,电流快速上升,实现对电源电流快速响应的要求。本发明能够仅增加少量器件的情况下,通过较低的成本能够大幅度提高部分应用领域电流源的响应能 力 。,下面是一种提升脉冲电源电流响应速度的方法专利的具体信息内容。

1.一种提升脉冲电源电流响应速度的方法,其特征在于,包括:
S1、增加脉冲电源向负载输出的电路结构:
(1)在脉冲电源正极与负载正极之间设置电能存储和释放模
(2)在电能存储和释放模块输出端设置电压采样模块,在负载的负极输入端设置电流采样模块;
(3)在电压采样模块与负载正极之间串联功率元器件Q1;
S2、在脉冲电源高电流时通过采集到的电流误差信号,控制脉冲调制信号的占空比,从而使电流达到稳定状态;
S3、当电流采样模块检测到在零电流状态时,关闭功率元器件Q1,并通过电压采样模块采集Q1漏极上的电压,控制脉冲调制信号的占空比,保持输出的电压在一定的范围上;
S4、当电流从零变高时,功率元器件Q1打开,电流快速上升,实现对电源电流快速响应的要求。
2.根据权利要求1所述的提升脉冲电源电流响应速度的方法,其特征在于,所述脉冲电源包括直流电源,控制系统和功率元器件Q2、Q3, 直流电源正极通过串联的功率元器件Q2、Q3接地,控制系统通过MOS驱动模块分别控制功率元器件Q1、Q2、Q3的通断,功率元器件Q2、Q3之间的共结点作为脉冲电源正极输出端。
3.根据权利要求2所述的提升脉冲电源电流响应速度的方法,其特征在于,所述S2中,控制系统控制脉冲调制信号的占空比,来斩波控制Q2和Q3的导通和关闭,从而通过闭环电流回路使电流达到稳定状态。
4.根据权利要求3所述的提升脉冲电源电流响应速度的方法,其特征在于,所述S3中,控制系统控制脉冲调制信号的占空比,控制脉冲调制信号的占空比,来斩波控制Q2和Q3的导通和关闭,形成电压闭环回路,保持输出的电压在一定的范围上。

说明书全文

一种提升脉冲电源电流响应速度的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及脉冲电源,特别涉及一种提升脉冲电源电流响应速度的方法。

背景技术

[0002] 随着工业的快速发展,在很多领域会用到高频率和高功率的脉冲电源,如铅酸电池的内化工艺设备上,激光雕刻激光切割等设备用的脉冲电源,这些都对脉冲电源提出了更高的要求。
[0003] 以铅酸电池的化成设备为例,化成工艺是蓄电池制作过程中的一个阶段,蓄电池制作出来时是不带电的,需要进行充电、放电等措施配合合适的工艺对他激活。内化成是化成的一种,相比较于传统的外化成工艺,能够大幅度的节省化成工艺时间和内成所需设备和场地,在进行内化成时用到的电源就是内化成电源,通过电池内化成工艺可以节约电池化成所需的时间,节约生产成本。该类设备要求电源对电池充放电频率、充放电脉冲幅值、充放电时间的设定来完成不同电池化成的工艺,在充电频率方面进行了突破。
[0004] 在电池化成过程中对电流的幅值大小和响应时间提出了要求,通常电流的脉冲频率在1K左右,要求电源在该频率下能够有快速的响应时间和精度,低的频率和响应时间会造成化成工艺时间过长,产能低下,严重的会造成电池化成工艺失败而报废整个电池。
[0005] 目前市面上大部分方案频率和响应时间都比较慢,电流源的快速响应时间需要通过提高系统响应来达成,但过高的系统响应会造成系统的不稳定,本方案通过优化电路结构和逻辑,提高电流源系统的响应时间。

发明内容

[0006] 本发明目的是:提供一种提升脉冲电源电流响应速度的方法,帮助脉冲电源在一定的开关频率下,通过修改电源输出电压的逻辑,增加软件控制和少量的电子开关来实现电流的快速响应,实现设备对电源响应的要求。
[0007] 本发明的技术方案是:一种提升脉冲电源电流响应速度的方法,包括:
S1、增加脉冲电源向负载输出的电路结构:
(1)在脉冲电源正极与负载正极之间设置电能存储和释放模
(2)在电能存储和释放模块输出端设置电压采样模块,在负载的负极输入端设置电流采样模块;
(3)在电压采样模块与负载正极之间串联功率元器件Q1;
S2、在脉冲电源高电流时通过采集到的电流误差信号,控制脉冲调制信号的占空比,从而使电流达到稳定状态;
S3、当电流采样模块检测到在零电流状态时,关闭功率元器件Q1,并通过电压采样模块采集Q1漏极上的电压,控制脉冲调制信号的占空比,保持输出的电压在一定的范围上;
S4、当电流从零变高时,功率元器件Q1打开,电流快速上升,实现对电源电流快速响应的要求。
[0008] 优选的,所述脉冲电源包括直流电源,控制系统和功率元器件Q2、Q3, 直流电源正极通过串联的功率元器件Q2、Q3接地,控制系统通过MOS驱动模块分别控制功率元器件Q1、Q2、Q3的通断,功率元器件Q2、Q3之间的共结点作为脉冲电源正极输出端。
[0009] 优选的,所述S2中,控制系统控制脉冲调制信号的占空比,来斩波控制Q2和Q3的导通和关闭,从而通过闭环电流回路使电流达到稳定状态。
[0010] 优选的,所述S3中,控制系统控制脉冲调制信号的占空比,控制脉冲调制信号的占空比,来斩波控制Q2和Q3的导通和关闭,形成电压闭环回路,保持输出的电压在一定的范围上。
[0011] 本发明的优点是:本发明的提升脉冲电源电流响应速度的方法,能够仅增加少量器件的情况下,通过较低的成本能够大幅度提高部分应用领域电流源的响应能。同时可以应用在同类其他设备和电流源的应用中,满足了客户对高密度、高效率、高响应能力的电源要求。
附图说明
[0012] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:图1为本发明方法改进后的脉冲电源的结构原理图。
[0013] 图2为采用本发明方法改进后的脉冲电源的电流、电压通道变化曲线图。

具体实施方式

[0014] 本发明所提出的提升脉冲电源电流响应速度的方法,增加脉冲电源向负载输出的电路结构。一般脉冲电源包括直流电源,控制系统和功率元器件Q2、Q3, 直流电源正极通过串联的功率元器件Q2、Q3接地,控制系统通过MOS驱动模块分别控制功率元器件Q2、Q3的通断,功率元器件Q2、Q3之间的共结点作为脉冲电源正极输出端。增加的脉冲电源向负载输出的电路结构如图1所示。
[0015] (1)在脉冲电源正极与负载正极之间设置电能存储和释放模块;所述电能量存储和释放模块包括电感L1、电感C1,电感L1一端连接Q2、Q3之间的共结点,另一端分别连接Q1的漏极和通过电感C1接地,实现对电源能量的存储和释放。
[0016] (2)在电压采样模块与负载正极之间串联功率元器件Q1;控制系统通过MOS驱动模块控制功率元器件Q1的通断。
[0017] (3)在电能存储和释放模块输出端设置电压采样模块,在负载的负极输入端设置电流采样模块;所述电压采样模块包括电阻R1、R2,电阻R1一端连接Q1的漏极,另一端通过电阻R2接地,电阻R1、R2之间的共结点作为采样电压信号输出端连接控制系统。
[0018] 所述电流采样模块包括运放U1、电阻R3、R4组成的误差放大器和采样电阻R5,所述采样电阻R5串联在直流电源负极与电池负载的负极输入端之间,直流电源负极还接地;运放U1的反相输入端分别通过电阻R4接地、通过电阻R3接运放U1输出端,采样电阻R5连接运放U1正相输入端;U1输出端连接控制系统。电流采样模块将电池负载的电源采集后输出给控制系统,控制系统通过采集到的电流误差信号来调整Q2和Q3的占空比,从而达到控制电流输出的目的。
[0019] 本发明的关键模块为Q1和C1,在通常设计中Q1元器件是没有设计进去的或者该器件常打开用作保护用,在脉冲电流为低时或者无输出电流时,功率电子元器件Q2、Q3关闭,系统不会产生输出电压和输出电流,在电流从零电流变化到高电流时,此时系统输出要建立由低电压变成高电压过程,电流会跟随电压的产生并且滞后一定时间建立,因此这一过程使电流上升率会变得缓慢,此种情况不是我们系统所希望的。
[0020] 本发明中增加功率电子元器件Q1,使得系统在零电流输出时,Q1的漏极上的电压不会降低到零,参考图2的电压通道在电流通道为零时仍然有较高的电压,因此系统从零电流变化到高电流时,电压已经建立,输出的电流能够快速的建立并提供给后级负载。
[0021] 本模块的控制系统是核心模块,控制系统有电压闭环和电流闭环组成,在脉冲高电流时通过采集到的电流误差信号,控制脉冲调制信号的占空比,来斩波控制Q2和Q3的导通和关闭,从而通过闭环回路使电流达到稳定状态,见图2的电流通道。
[0022] 当系统检测到在零电流状态时,首先关闭功率元器件Q1,并通过R1和R2电阻的分压采集Q1漏极上的电压,控制脉冲调制信号的占空比,来斩波控制Q2和Q3的导通和关闭,形成电压闭环回路,保持输出的电压在一定的范围上,见图2的电压通道,当电流从零变化到高时,器件Q1打开,电流快速上升,实际测试上升时间小于50us,见图2的电流通道的上升时间,实现电池对电源快速响应的要求。
[0023] 在针对电池化成工艺中用的大功率电源的项目中,通过增加少量功率器件实现电流源的快速响应,满足客户对电流源设备的要求,同时可以通过该方法应用在同类其他设备和电流源的应用中,满足了客户对高密度、高效率、高响应能力的电源要求。
[0024] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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