一种高精度双极性可编程恒流源电路的制作方法

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种高精度双极性可编程恒流源电路及控制方法。

背景技术：

1、匀强磁场在技术领域和物理实验方面有重要作用，实验室常用亥姆霍兹线圈来产生指定体积比较大、均匀度比较高、磁场强度可调、方向可变的磁场，用户可以利用这个磁场来完成各种实验。线圈磁场的产生离不开电源，甚至磁场强弱及方向的改变可以直接通过调整电源输出电流的大小和方向来实现。如改变磁场强度，可以通过调整电源输出电流的大小来实现，输出电流越大，磁场就越强，电流越小，磁场就越弱；改变磁场方向只要改变电流的方向即可；要得到均匀、恒定的磁场，就只要电源输出稳定的、精确的电流即可。

2、按上述要求，线圈磁场产生电源需要具备以下功能和技术指标：

3、1)双极性电流输出，不仅可以任意改变电流方向，而且可以零电流输出；

4、2)输出电流可编程，在-25.000a～+25.000a内可以任意设置目标输出电流，电流都将从当前电流达到新设置的目标电流。

5、3)高精度电流输出，输出范围0.1ma～25a，分辨率0.1ma；

6、如何产生高精度双极性可编程恒定电流，是该电源的关键核心技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于通过高精度双极性可编程恒流源直接调节出实验所需要的各种匀强磁场，同时达到节省电源成本和体积。

2、为达到上述目的，提供一种高精度双极性可编程恒流源电路，包括双极性acdc开关电源pw1、预充电电阻r1、预充电旁路继电器k1、电容e1、可控逆变h桥、电流采样单元a1、电感l1，以及负载电感l2；所述acdc开关电源pw1自外部取电，其额定功率设置为远小于整机视在功率；所述预充电电阻r1、预充电旁路继电器k1两者并联后串入acdc开关电源pw1输出端的直流母线；所述电容e1跨接在直流母线上，其容值配置为至少能够提供电感负载l2所需的无功电流；所述可控逆变h桥从直流母线取电并配置为通过闭环控制达到恒流输出，所述电流采样单元a1用于采集可控逆变h桥的输出电流作为反馈；所述电感l1、负载电感l2串联后跨接在可控逆变h桥输出两端，其中，电感l1配置为起限流和保护的作用。

3、进一步的，所述acdc开关电源pw1的额定功率设置为整机视在功率的10％。

4、进一步的，根据公式确定所述电容e1的容值，其中，c为电容容值，u为电源最大输出电压，i为电源最大输出电流，l为负载电感l2的感值。

5、进一步的，所述负载电感l2的感值范围配置为0.5mh～5.8mh。

6、进一步的，所述电感l1的感值配置为仅够满足电源的响应保护。

7、进一步的，根据公式确定所述电感l1的感值，其中，u为电源最大输出电压，l为电感l1的感值，di/dt为电流的变化率。

8、进一步的，电源设置在125us内控制响应。

9、进一步的，以可控逆变h桥的输出电流为反馈信号，与给定电流比较，形成闭环pi调节后控制h桥的输出功率。

10、本发明的高精度双极性可编程恒流电源巧妙的利用负载为感性的特点，将负载视为电源中一个必要的滤波器件，在满足电源各项高性能指标输出的同时，既节省了电源成本，又减小了电源体积。总结起来，本发明的电源有如下特点：

11、1)因为负载为感性元件，所需电流为无功电流，所以只要在直流母线上设置大的电容，能提供电感负载所需的无功电流即可，负载(感性)电流无需acdc电源提供；

12、2)虽然负载及电源本身有一定内阻，且控制电路需要有功能量，但电源负载为感性，所以在电源电路中只要设置一个远小于电源视在功率的小功率acdc开关电源提供开始电压和维持损耗即可，进一步降低了电源成本和体积；

13、3)双极性调节采用h桥逆变电路，结合载波移相控制，以输出电流为闭环，达到可以任意调节电流大小和电流方向；

14、高精度、超快速的电流采样技术，结合闭环调节技术，达到高分辨率的电流输出，分辨率为0.1ma。

技术特征：

1.一种高精度双极性可编程恒流源电路，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的高精度双极性可编程恒流源电路，其特征在于：所述acdc开关电源pw1的额定功率设置为整机视在功率的10％。

3.根据权利要求1所述的高精度双极性可编程恒流源电路，其特征在于：根据公式确定所述电容e1的容值，其中，c为电容容值，u为电源最大输出电压，i为电源最大输出电流，l为负载电感l2的感值。

4.根据权利要求2所述的高精度双极性可编程恒流源电路，其特征在于：所述负载电感l2的感值范围配置为0.5mh～5.8mh。

5.根据权利要求1所述的高精度双极性可编程恒流源电路，其特征在于：所述电感l1的感值配置为仅够满足电源的响应保护。

6.根据权利要求5所述的高精度双极性可编程恒流源电路，其特征在于：根据公式确定所述电感l1的感值，其中，u为电源最大输出电压，l为电感l1的感值，di/dt为电流的变化率。

7.根据权利要求6所述的高精度双极性可编程恒流源电路，其特征在于：电源设置在125us内控制响应。

8.根据权利要求1所述的高精度双极性可编程恒流源电路，其特征在于：以可控逆变h桥的输出电流为反馈信号，与给定电流比较，形成闭环pi调节后控制h桥的输出功率。

技术总结
本发明涉及一种高精度双极性可编程恒流源电路，包括双极性ACDC开关电源PW1、预充电电阻R1、预充电旁路继电器K1、电容E1、可控逆变H桥、电流采样单元A1、电感L1，以及负载电感L2；ACDC开关电源PW1自外部取电，其额定功率设置为远小于整机视在功率；预充电电阻R1、预充电旁路继电器K1两者并联后串入ACDC开关电源PW1输出端的直流母线；电容E1跨接在直流母线上，其容值配置为至少能够提供电感负载L2所需的无功电流；可控逆变H桥从直流母线取电并配置为通过闭环控制达到恒流输出，电流采样单元A1用于采集可控逆变H桥的输出电流作为反馈；电感L1、负载电感L2串联后跨接在可控逆变H桥输出两端，其中，电感L1配置为起限流和保护的作用。

技术研发人员：廖晓斌,何涛,盛建科,李松睿,王巧
受保护的技术使用者：湖南福德电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7