(19)中华人民共和国国家知识产权局
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621119580.7
(22)申请日 2016.10.13
(73)专利权人 复旦大学
地址 200433 上海市杨浦区邯郸路220号
(72)发明人 周乾宇 刘克富 童立青
(74)专利代理机构 上海正旦专利代理有限公司
31200
代理人 陆飞 陆尤
(51)Int.Cl.
G05F 1/565(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称超高速大电流脉冲式恒流源(57)摘要本实用新型属于电源技术领域，具体为一种超高速大电流脉冲式恒流源。本实用新型通过与电源并联大电容，使负载工作初期主要由电容储存的能量提供，给负载提供一个微秒级别的上升沿；同时，与负载串联一个大功率达林顿管，保证负载通过几百安的脉冲式电流，也能保护负载工作在安全电流模式下。其结构包括：恒流源控制电路，输出控制电压；负载恒流电路，输出控制电压相应倍数的恒流脉冲；电容充放电电路，利用电容充放电使恒流脉冲的上升沿更快。本实用新型采用功率运算放大器、达林顿管、黑金刚电容等，能根据不同需求产生相应脉宽和幅值的恒流脉冲，可适用于电阻、LED等负载，结构简单、功能稳定、安全可靠，具有上升沿更快、电流更大等特 点。权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 206162232 U 2017.05.10
C N 206162232
U
1.一种超高速大电流脉冲式恒流源，其特征在于，通过与电源并联几个大电容，使负载工作初期主要由电容储存的能量提供，利用电容快速放电的特点，给负载提供一个微秒级别的上升沿；同时，与负载串联一个大功率达林顿管，保证负载通过几百安的脉冲式电流，也能保护负载工作在安全电流模式下；包括：恒流源控制电路（1），输出控制电压；负载恒流电路（2），输出控制电压相应倍数的恒
流脉冲；电容充放电电路（3），利用电容充放电使恒流脉冲的上升沿更快；其中：
所述恒流源控制电路（1），主要由功率运算放大器OPA547，电阻R1、R2、R3，电源DC2和脉冲信号源构成；其中，功率运算放大器OPA547的第一引脚接电阻R1的一端，电阻R1另一端接脉冲信号源的正极，脉冲信号源的负极接地；OPA547的第二引脚接电阻R3的一端，电阻R3另一端接入达林顿管e极和电阻R4的交点；OPA547的第四引脚接地；OPA547的第五引脚接电源DC2的正极，电源DC2的负极接地；OPA547的第六引脚接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接达林顿管的b极；
所述负载恒流电路（2），主要由达林顿管QM400HA-H、采样电阻R4和负载LED或R构成；其中，达林顿管QM400HA-H的c极接负载LED的负极，达林顿管QM400HA-H的e极接电阻R3和电阻R4的交点，电阻R4另一端接地；负载LED的正极接电容C正极和二极管Diode负极的交点；
所述电容充放电电路（3），主要由350V-15000uf黑金刚电容C、二极管Diode和电源DC构成；其中，二极管Diode的负极接负载LED正极和电容C正极的交点，电容C的负极接地；二极管Diode的正极接电源DC的正极，电源DC的负极接地。
2.根据权利要求1所述的脉冲式恒流源，其特征在于，所述功率运算放大器OPA547根据其数据表的限流公式，其输出电流的大小限制在200mA之内。
3.根据权利要求1所述的脉冲式恒流源，其特征在于，所述电源DC2不超过60V。
4.根据权利要求1所述的脉冲式恒流源，其特征在于，所述脉冲信号源由信号发生器或者FPGA编程输出连续可调的小功率脉冲信号。
5.根据权利要求1所述的脉冲式恒流源，其特征在于，所述负载恒流电路中R4为若干精密电阻并联而成的电阻组。
6.根据权利要求1所述的脉冲式恒流源，其特征在于，所述350V-15000uf的黑金刚电容在体积允许的条件下多个并联，以增加充放电的电容值，使输出恒流脉冲的平顶更加稳定。
7.根据权利要求1所述的脉冲式恒流源，其特征在于，所述电源DC的最大电压不超过350V。
权 利 要 求 书1/1页CN 206162232 U
超高速大电流脉冲式恒流源
技术领域
[0001]本实用新型属于电源技术领域，具体涉及一种脉冲式恒流源。
背景技术
[0002]恒流源是指能输出恒定电流的电源，它使流过负载的电流不随自身阻值和外部电压波动而改变。脉冲式恒流源有着广泛应用，如超导体、气囊引爆管、充气机、熔断器、、激光二极管以及各种半导体等的测试中。目前市场上普遍存在脉冲式恒流源输出电流不高、脉冲上升沿较慢等现象。随着科技的进步创新，某些重要领域对恒流源的要求不断提高。因此研究一种新型的超高速、大电流、脉冲式的恒流源具有很高的前沿性和重要性。[0003]在已经公开的恒流源文选中，还没有系统能使恒流脉冲的上升沿达到微秒级、电流幅值达到百安级。
发明内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种优化改进的脉冲式恒流源，以克服脉冲恒流源输出电流不高、脉冲上升沿较慢等问题，更好的使负载工作于稳定、连续可调的恒流脉冲情况下。
[0005]本实用新型提供的优化改进的脉冲式恒流源，主要通过与电源并联几个大电容，使负载工作初期主要由电容储存的能量提供，利用电容快速放电的特点，给负载提供一个微秒级别的上升沿；同时，与负载串联一个大功率达林顿管，可保证负载通过几百安的脉冲式电流，也能保护负载工作在安全电流模式下。
[0006]本实用新型提供的优化改进的脉冲式恒流源，其结构如图1所示，包括：恒流源控制电路1，输出控制电压；负载恒流电路2，输出控制电压相应倍数的恒流脉冲；电容充放电电路3，利用电容充放
电使恒流脉冲的上升沿更快。其中：
[0007]所述恒流源控制电路1，主要由功率运算放大器OPA547，电阻R1、R2、R3，电源DC2和脉冲信号源（Pulse）构成；功率运算放大器OPA547的引脚1接电阻R1的一端，电阻R1另一端接脉冲信号源的正极，脉冲信号源的负极接地；OPA547的引脚2接电阻R3的一端，电阻R3另一端接入达林顿管e极和电阻R4的交点；OPA547的引脚4接地；OPA547的引脚5接电源DC2的正极，电源DC2的负极接地；OPA547的引脚6接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接达林顿管的b极。
[0008]所述负载恒流电路2，主要由达林顿管QM400HA-H、采样电阻组R4和负载（LED或R）构成；达林顿管QM400HA-H的c极接负载LED的负极，达林顿管QM400HA-H的e极接电阻R3和电阻R4的交点，电阻R4另一端接地；负载LED的正极接电容C正极和二极管Diode负极的交点。[0009]所述电容充放电电路3，主要由350V-15000uf黑金刚电容C、二极管Diode和电源DC 构成。二极管Diode的负极接负载LED正极和电容C正极的交点，电容C的负极接地；二极管Diode的正极接电源DC的正极，电源DC的负极接地。
[0010]本实用新型主要通过调节脉冲信号源（Pulse），以确定通过负载脉冲的频率、脉
宽、占空比、幅值等参数。这些参数除了幅值大小以外均与负载流过的恒流脉冲相同。脉冲信号源的小信号幅值与流过负载的恒流脉冲幅值成一定比例，该比例的大小跟采样电阻组的总阻值相同。
[0011]本实用新型的优点和有益效果为：
[0012] 1.本实用新型能根据不同需要，产生相应脉宽和幅值的恒流脉冲，可适用于电阻、LED等负载，结构简单、功能稳定、安全可靠；
[0013] 2.本实用新型能使恒流脉冲的上升沿达到微秒级、电流幅值达到百安级。
附图说明
[0014]图1为本实用新型的电路结构图。
具体实施方式
[0015]下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细描述，但本实用新型的保护范围并不限于此。
[0016]如图1所示，本实用新型总体结构由三部分组成：恒流源控制电路1，输出控制电压；负载恒流电路2，输出控制电压相应倍数的恒流脉冲；电容充放电电路3，利用电容充放电使恒流脉冲的上升沿更快。
[0017]本实用新型的具体结构为：恒流源控制电路1，主要由功率运算放大器OPA547，电阻R1、R2、
R3，电源DC2和脉冲信号源构成；负载恒流电路2，主要由达林顿管QM400HA-H、采样电阻组R4和负载（LED或R）构成；电容充放电电路3，主要由350V-15000uf黑金刚电容C、二极管Diode和电源DC构成。
[0018]本实用新型提供的脉冲恒流源方案为：1.将负载正确安装完毕。2.给功率运算放大器OPA547和电源DC提供符合要求的电压。3.通过调节脉冲信号源（Pulse），以确定通过负载脉冲的频率、脉宽、占空比、幅值等参数。
[0019]所述恒流源控制电路1中，所述功率运算放大器OPA547，根据其datasheet的限流公式，将其输出电流的大小限制在200mA之内。
[0020]所述电源DC2不能超过60V。
[0021]所述脉冲信号源（Pulse）可由信号发生器或者FPGA编程输出连续可调的小功率脉冲信号。
[0022]所述负载恒流电路2中，采用达林顿管QM400HA-H和大功率精密电阻R4。
[0023]所述大功率精密电阻R4为采样电阻，不但需要高精度，而且需要大功率，因此R4可为许多精密电阻并联而成的电阻组。
[0024]所述电容充放电电路3中，采用350V-15000uf的黑金刚电容，电源DC。
[0025]所述350V-15000uf的黑金刚电容可以在体积允许的条件下多个并联，增加充放电的电容值，使输出恒流脉冲的平顶更加稳定。
[0026]所述电源DC的最大电压不可以超过350V。
[0027]尽管上文对本实用新型做了详细解释说明，但是本发明并不局限于此。工作人员可以根据本实用新型的原理进行修改完善。所以但凡按照本实用新型原理所做的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围。
图1
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