一種采用ct替代電流感測電阻的電壓控制電流源電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于大功率電力電子電路設計領域，更具體的說，涉及一種新型電電 壓控制電流源(VCCS)電路，主要完成電壓到電流的轉換，實現(xiàn)電電壓控制電流源電路的功 能。
【背景技術】
[0002] 電壓控型電流源(簡稱VCCS)廣泛應用于大功率半導體元器件測試、電機轉矩控制 和電力測量等領域。VCCS用于大功率半導體元器件的特性測試，主要發(fā)揮激勵源的作用； VCCS用于電機轉矩控制是因為轉矩與電機電流呈現(xiàn)函數(shù)關系而較為簡單，伺服回路內采用 電流驅動方式可減少由電動機電感而導致的相位滯后并提高回路的穩(wěn)定性;而VCCS用于電 力測量主要應用在比較式電流測量系統(tǒng)中，VCCS提供與被測電流進行比較的基準或標準 量。
[0003] 在小功率VCCS的應用場合，通常利用運算放大器及穩(wěn)壓電路器件實現(xiàn)，電路連接 成閉環(huán)控制方式，測試精度較高。
[0004] 在需要較大功率電流源的場合中，普遍采用場效應管、達林頓管等功率器件實現(xiàn) 電壓到電流的轉換，且多采用開環(huán)控制方式，測試精度較低。
[0005] 浮動負載用傳統(tǒng)VCCS電路如圖1所示，反饋支路從放大器輸出端向輸入端引入了 負反饋，其中VIN為輸入電壓，RS為電流感測電阻，RF、Rd和Cf分別為兩條負反饋支路上的電 阻及電容，電阻RB是為了防止同相輸入信號在輸入電壓源斷開或在通電循環(huán)當中轉入高 阻狀態(tài)時發(fā)生浮動。放大器回路增益將迫使RS兩端電壓達到一個等于施加在同相輸入端的 電壓數(shù)值，生成如下輸出電流與輸入電壓的傳遞函數(shù)：
[0006]
[0007] 由運算放大器實現(xiàn)的用于接地負載的電壓控制電流源如圖2所示，事實上它是一 種不同類型的放大器，能夠以差壓方式感測輸入信號和反饋信號，其中VIN為輸入電壓，R1 為輸入電阻，兩個RF電阻分別從感測電阻兩端完成對輸入信號的正反饋和負反饋，在RS< <RF或R1時，可生成如下傳遞函數(shù)：
[0008]
[0009]田t上還浮動貨萩和接地負載型電壓控制電流源電路拓撲結構均采用R S作為電 流感測電阻并進行電流輸出的反饋控制，輸出電流直接流經(jīng)電流感測電阻RS，當輸出電流 較大時，RS上產(chǎn)生的損耗和發(fā)熱，從而降低VCCS電路的轉換效率，并直接影響VCCS的安全可 靠運行。若選擇阻值很低的電流感測電阻時從理論上講是可以降低電阻上的損耗，但從目 前的電阻制造工藝來看，低阻值(小于0.1歐姆）電阻的精度難以保證，從而VCCS的電壓轉換 電流的精度很難得到保證。 【實用新型內容】
[0010] 為解決上述電壓控型電流源的技術問題，降低電流感測電阻的功率損耗，提升大 功率VCCS的電壓電流轉換精度，本實用新型提拱了一種新型的電電壓控制電流源電路，具 體方案如下所述。
[0011] -種采用CT替代電流感測電阻的電壓控制電流源電路，其特征在于:包括功率運 算放大器、采樣CT和轉換電阻，采樣CT一次側直接串接在功率運算放大器的輸出回路中，采 樣CT二次側接轉換電阻，所述轉換電阻一端接地，所述轉換電阻另一端通過反饋電阻與功 率運算放大器連接進行電壓信號的反饋。
[0012] 前述的一種采用CT替代電流感測電阻的電壓控制電流源電路，其特征在于:所述 浮動負載型電壓控制電流源電路包括為功率運算放大器A1，輸入電壓VIN，反饋電阻RF，轉 換電阻RS，接地電阻RB和采樣CT，所述輸入電壓VIN與功率運算放大器A1的正向輸入端連 接，功率運算放大器A1的正向輸入端通過接地電阻RB接地，所述采樣CT 一次側一端通過負 載直接串接在功率運算放大器A1的輸出端，所述采樣CT 一次側另一端接地，所述采樣CT二 次側接轉換電阻RS，所述轉換電阻RS-端接地，所述轉換電阻RS另一端通過反饋電阻RF與 功率運算放大器A1的反向輸入端連接。
[0013] 前述的一種采用CT替代電流感測電阻的電壓控制電流源電路，其特征在于:所述 接地負載型電壓控制電流源電路包括功率運算放大器A2,輸入電壓VIN，反饋電阻RF，轉換 電阻RS，輸入電阻RI，采樣CT，所述輸入電壓VIN通過輸入電阻RI與功率運算放大器A2的反 向輸入端連接，功率運算放大器A2的正向輸入端通過輸入電阻RI接地，所述采樣CT 一次側 一端串接在功率運算放大器A2的輸出端，所述采樣CT 一次側另一端通過負載接地，所述采 樣CT二次側接轉換電阻RS，所述轉換電阻RS-端接地，所述轉換電阻RS另一端通過反饋電 阻RF與功率運算放大器A2的反向輸入端連接。
[0014] 前述的一種采用CT替代電流感測電阻的電壓控制電流源電路，其特征在于:所述 功率運算放大器采用PA50功率運算放大器。
[0015] 前述的一種采用CT替代電流感測電阻的電壓控制電流源電路，其特征在于:所述 采樣CT變比為l:n，改進后電壓控制電流源電路功率損耗為傳統(tǒng)電壓控制電流源電路損耗 的l/n，n取100或1000。
[0016]本實用新型所達到的有益效果：
[0017] 第一，由采樣精密CT加轉換電阻替代電流感測電阻直接串接在功率運算放大器輸 出回路上中，采樣CT一次側直接串接在放大器輸出回路上，二次側經(jīng)接轉換電阻后，從轉換 電阻兩端進行電壓信號的反饋，這樣避免了傳統(tǒng)電壓控制電流源電路中電流感測電阻選取 的矛盾，同時由于輸出回路沒有直接串接電阻，大電流流過時，不會產(chǎn)生損耗，解決了傳統(tǒng) 電壓控制電流源電路因電流感測電阻產(chǎn)生較大功率損耗而使整個電壓控制電流源效率降 低的問題。
[0018] 第二，采樣精密CT加轉換電阻的引入，采樣精密CT二次側一端接地，另一端進行電 壓信號的反饋，與傳統(tǒng)浮動負載型電壓控制電流源電路相比，提高了電壓控制電流源電流 的輸出能力，提升了壓控型電流源的工作效率。
[0019]第三，采樣精密CT加轉換電阻的引入，精密CT二次側一端接地，另一端進行電壓信 號的反饋，與傳統(tǒng)接地負載型電壓控制電流源電路相比，減少了一條反饋支路，簡化了電 路，提高了電壓控制電流源電流的輸出能力，提升了電壓控制電流源的工作效率。
【附圖說明】
[0020] 圖1為浮動負載型基本電壓控制電流源電路。
[0021] 圖2為接地負載型基本電壓控制電流源電路。
[0022] 圖3為采用精密CT替代電流感測電阻浮動負載型電壓控制電流源電路。
[0023 ]圖4為采用精密CT替代電流感測電阻接地負載型電壓控制電流源電路。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本 實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0025]參見圖3,應用于電力系統(tǒng)電流測試大電流輸出10V/36A的采用精密CT替代電流感 測電阻浮動負載型電壓控制電流源電路，A1