[发明专利]采用IGBT为调整管的线性高压直流稳压电源

说明书

技术领域

本发明涉及采用IGBT为调整管的线性高压直流稳压电源，目前应用于高压IGBT静态参数测试项目中，也可应用于其他需要线性控制自动产生高精度、宽范围高压直流电压源的领域。

背景技术

目前高压直流的产生一般采用以下几种方式：1)采用高压变压器升压的办法，此方法需通过调压器调节高压变压器初级电压，再通过变压器升压，而后经整流滤波后得到直流高压，此方法需通过控制交流电压来控制直流高压输出，因此线性控制精度较差，并且响应较慢。2)采用倍压整流电路，一方面此电路电压的调整同样需要通过调压器调节，另一方面倍压整流电路虽然电压可以升得很高，但带载能力很差，一旦负载较大时电压下落很快，并且下落幅值不受控制。3)开关型高压直流电源，通过高频开关逆变电路，由高频变压器升压，再在高压侧通过整流滤波得到高压直流电源，但此种方法由于电路工作于高频条件下，会在直流电源上产生高频噪声，此噪声会严重影响测试系统的准确性，不利于高压半导体器件耐压测试。

目前新型功率半导体器件如IGBT发展很快，其工作电压已达到6500V，并且有进一步发展的趋势，而IGBT的芯片制造基本为国外公司所控制，为打破国外垄断，发展我国新型功率半导体器件制造技术，我们依托国家科研项目：能源高效转换高压大容量新型功率器件研发与应用，对新型功率器件进行攻关研发，而硅基IGBT测试平台的建立是其中重要组成部分，其中IGBT器件的V_CES参数测试要求测试电压达到直流10kV。本测试平台采用计算机控制，要求测试电压通过计算机线性控制输出，为此要求设计可单片机线性控制的采用IGBT为调整管的线性高压直流稳压电源，以满足项目测试的需要。

发明内容

本发明的目的是设计一个采用IGBT为调整管的线性高压直流稳压电源，用于高压IGBT器件V_CES测试，要求工作电压达到10kV，可计算机线性设定控制电压输出，电压输出稳定且无高频噪声，根据需要可控制为宽度可调的直流方波。

本发明的技术方案如下：采用IGBT为调整管的线性高压直流稳压电源，包括高压升压变压器(1)、高压整流滤波电路(2)、串联IGBT电压调整电路(3)、自动限流电路(4)、输出电压滤波电路(5)、输出电压反馈电路(6)、运放比较电路(7)、调零电路(8)、设定信号线性隔离电路(9)和电位钳制电路(10)，高压升压变压器(1)、高压整流滤波电路(2)、串联IGBT电压调整电路(3)、自动限流电路(4)、输出电压滤波电路(5)和电位钳制电路(10)依次连接构成主电路，输出电压反馈电路(6)、运放比较电路(7)、调零电路(8)和设定信号线性隔离电路(9)构成控制电路，计算机设定控制信号经过设定信号线性隔离电路(9)连接运放比较电路(7)，调零电路(8)与运放比较电路(7)连接，运放比较电路(7)输出端连接串联IGBT电压调整电路(3)，经自动限流电路(4)输出的电压由输出电压滤波电路(5)滤波后输出为稳定直流高压，通过电位钳制电路(10)使高压输出正端电位保持与大地一致。

串联IGBT电压调整电路(3)由21只IGBT单管(2V1…2V21)串联组成，每只IGBT单管(2V1…2V21)各管栅极间并联高阻值高耐压电阻(3R1…3R21)进行均压，每只IGBT单管(2V1…2V21)的C-E间并联两只串联瞬态电压抑制器(3V1…3V21)限制单管最高工作电压；每只IGBT单管(2V1…2V21)连接栅极限流电阻(1R1…1R21)，整个电路参考地在输出的+端，高压输出为负高压。

自动限流电路(4)由电流采样电阻(R3)和MOS管(6V1)并联组成，自动限流电路(4)接于串联IGBT电压调整电路(3)的末级IGBT管E端。

输出电压反馈电路(6)由4个高压电阻(4R1、4R2、4R3、4R4)串联组成，一端接于高压输出的负端，另一端接于运放比较电路(7)。

运放比较电路(7)由精密运算放大器(OP07)构成。

调零电路(8)由3个电阻(2R1、2R2、2R4)和1个电位器(2R3)组成，电阻(2R2)、电位器(2R3)和电阻(2R4)串联，两端电阻(2R2、2R4)分别接正负电源，电阻(2R1)一端与电位器(2R3)中间抽头连接，另一端与高压反馈电路(6)及设定信号线性隔离电路(9)的输出合并连接到运放比较电路(7)。

设定信号线性隔离电路(9)由线性隔离放大器(ISO124)、输入电阻(R5)和输出电位器(R8)及电阻(R9)串联构成。