一种大电流脉冲信号源

摘要

本发明公开了一种大电流脉冲信号源，通过前面板设定大电流幅度和脉宽，由数字电路产生相应的直流基准电压即幅度以及脉宽控制信号，保证了大电流脉冲的幅度、脉宽精度，然后，通过模拟开关将直流基准电压Vsd在模拟脉宽控制信号Cw′有效电平区间内输入压控恒流源输入端，压控恒流源则输出与直流基准电压Vsd成线性关系变化的恒定电流，保证了大电流脉冲上升沿陡峭，超调量小的要求。同时，本发明将作为控制的数字电路即幅值控制信号产生电路与脉宽控制信号产生电路通过两个光耦隔离电路OC1、OC2分别与模拟电路连接并进行控制，有效避免了模拟电路高电压对数字电路可能产生的损害。

权利要求

1.一种大电流脉冲信号源，其特征在于，包括：

前面板，用于输出大电流幅度和脉宽的设定，并将设定值送入脉冲电流产生电路；

脉冲电流产生电路，用于根据前面板用户设定值向负载电阻RL输出相应幅度和脉宽的大电流脉冲信号；

所述脉冲电流产生电路包括幅值控制信号产生电路、脉宽调制D/A转换电路、脉宽控制信号产生电路、模拟开关、压控恒流源；

幅值控制信号产生电路输出占空比与幅度设定值成比例的幅值控制PWM波CA，将幅值控制PWM波CA作为光耦隔离电路OC1的输入，转化为高低电平分别为75V和70V的模拟PWM控制信号CA′，然后作为脉宽调制D/A转换电路中控制幅值模拟开关的控制信号；

在脉宽调制D/A转换电路中，通过模拟PWM控制信号CA′对幅值模拟开关的控制，脉宽调制D/A转换电路的输入为高低电平分别为参考电压Vr+70V和模拟参考地电压AGND为70V的PWM波，经过滤波处理后，输出与输入PWM波占空比成比例的直流基准电压Vsd；

脉宽控制信号产生电路输出脉宽与脉宽设定值相等的方波作为脉宽控制信号Cw；脉宽控制信号Cw经过光耦隔离电路OC2转换为模拟脉宽控制信号Cw′控制模拟开关，模拟开关将直流基准电压Vsd在模拟脉宽控制信号Cw′有效电平区间内输入压控恒流源输入端；

压控恒流源电路是电压控制电流型电路，其输出电流幅值与输入电压幅值成线性关系变化；在模拟脉宽控制信号Cw′控制直流基准电压Vsd输入压控恒流源输入端时，压控恒流源输出与直流基准电压Vsd成线性关系变化的恒定电流。

2.根据权利要求1所述的大电流脉冲信号源，其特征在于，所述幅值控制信号产生电路由三个级联的十进制加减法计数器、一个SR锁存器、一个与门以及两个与非门组成；

高位的十进制加减法计数器的加计数输入端Pu以及减计数输入端Pd分别连接到低一位的十进制加减法计数器的进位输出端Cu以及借位输出端Cd，每个十进制加减法计数器的置数值输入端即D0～D3与一个8421拨码开关的码值输出端连接，最高位的十进制加减法计数器的进位输出端Cu和借位输出端Cd，作为与门的两个输入，与门的输出LD作为三个级联的十进制加减法计数器的置数信号LD；同时，最高位的十进制加减法计数器的进位输出端Cu和借位输出端Cd分别与SR锁存器的S端和R端连接，SR锁存器的Q端输出与计数时钟A_CLK通过一个与非门与非后输出到最低位的十进制加减法计数器的减计数输入端Pd，而SR锁存器的Q'端输出与计数时钟A_CLK通过另一个与非门与非后输出到最低位的十进制加减法计数器的加计数输入端Pu，这样，SR锁存器的Q端输出的信号即为占空比与幅度设定值成比例的幅值控制PWM波CA。

3.根据权利要求1所述的大电流脉冲信号源，其特征在于，所述脉宽控制信号产生电路包括四个级联的十进制加减法计数器即最低位的借位输出端Cd分别与高一位的减计数输入端Pd连接、D触发器FF1、D触发器FF2以及两个与非门；D触发器FF1的时钟端CK作为触发信号的输入端，D端即D1接+5V，Q端即Q1输出到D触发器FF2的D端即D2；D触发器FF2的时钟端CK与最高位十进制加减法计数器的借位输出端Cd连接；D触发器FF1的Q端输出与D触发器FF2的Q'端即Q2'输出作为一个与非门输入的两个输入，该与非门输出信号即为脉宽控制信号Cw；

D触发器FF1的Q端即Q1输出与100KHz脉冲信号作为另一个与非门输入的两个输入，该与非门输出连接到最低位十进制加减法计数器的减计数输入端Pd；每个十进制加减法计数器的置数值输入端即D0～D3与一个8421拨码开关的码值输出端连接。

说明书

一种大电流脉冲信号源

技术领域

[0001] 本发明属于信号产生技术领域，更为具体地讲，涉及一种大电流脉冲信号源。

背景技术

[0002] 随着大功率半导体驱动技术的发展，大电流脉冲信号源(或称为大电流脉冲恒流源)在测试、工业、军事等领域得到广泛应用，并且发挥着非常重要的作用。

[0003] 现有的大电流脉冲发生装置，如2014年07月02日授权公告的、公告号为CN203688609U、名称为“一种大电流脉冲发生装置”的中国实用新型专利，由内部集成有A/D转换器的ARM微控制器模块、锂电池、电压转换电路模块、反激开关电源电路模块和大电流脉冲放电电路模块构成。由于脉冲信号PWM由ARM微控制器产生，并采用反激开关电源电路进行驱动放大方式，其产生的大电流脉冲的幅度、脉宽精度以及超调量、上升时间等都达不到信号源的要求。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种大电流脉冲信号源，以提高大电流脉冲的幅度、脉宽精度，同时，使大电流脉冲上升沿陡峭，超调量小，最终满足其作为信号源使用的要求。

[0005] 为实现上述发明目的，本发明大电流脉冲信号源，其特征在于，包括：

[0006] 前面板，用于输出大电流幅度和脉宽的设定，并将设定值送入脉冲电流产生电路；

[0007] 脉冲电流产生电路，用于根据前面板用户设定值向负载电阻RL输出相应幅度和脉宽的大电流脉冲信号；

[0008] 所述脉冲电流产生电路包括幅值控制信号产生电路、脉宽调制D/A转换电路、脉宽控制信号产生电路、模拟开关、压控恒流源；

[0009] 幅值控制信号产生电路输出占空比与幅度设定值成比例的幅值控制PWM波CA，将幅值控制PWM波CA作为光耦隔离电路OC1的输入，转化为高低电平分别为75V和70V的模拟PWM控制信号CA′，然后作为脉宽调制D/A转换电路中控制幅值模拟开关的控制信号；

[0010] 在脉宽调制D/A转换电路中，通过模拟PWM控制信号CA′对幅值模拟开关的控制，脉宽调制D/A转换电路的输入为高低电平分别为参考电压Vr和模拟参考地电压AGND为70V的PWM波，经过滤波处理后，输出与输入PWM波占空比成比例的直流基准电压Vsd；

[0011] 脉宽控制信号产生电路输出脉宽与脉宽设定值相等的方波作为脉宽控制信号Cw；脉宽控制信号Cw经过光耦隔离电路OC2转换为模拟脉宽控制信号Cw′控制模拟开关，模拟开关将直流基准电压Vsd在模拟脉宽控制信号Cw′有效电平区间内输入压控恒流源输入端；

[0012] 压控恒流源电路是电压控制电流型电路，其输出电流幅值与输入电压幅值成线性关系变化；在模拟脉宽控制信号Cw′控制直流基准电压Vsd输入压控恒流源输入端时，压控恒流源输出与直流基准电压Vsd成线性关系变化的恒定电流。

[0013] 本发明的目的是这样实现的。

[0014] 本发明大电流脉冲信号源通过前面板设定大电流幅度和脉宽，通过数字电路产生相应的直流基准电压即幅度以及脉宽控制信号，保证了大电流脉冲的幅度、脉宽精度，然后，在模拟开关将直流基准电压Vsd在模拟脉宽控制信号Cw′有效电平区间内输入压控恒流源输入端，压控恒流源输出与直流基准电压Vsd成线性关系变化的恒定电流，保证了大电流脉冲上升沿陡峭，超调量小的要求。同时，本发明将作为控制的数字电路即幅值控制信号产生电路与脉宽控制信号产生电路通过两个光耦隔离电路OC1、OC2分别与模拟电路连接并进行控制，有效避免了模拟电路高电压对数字电路可能产生的损害。

附图说明

[0015] 图1是本发明大电流脉冲信号源一种具体实施方式原理框图；

[0016] 图2是图1所示脉冲电流产生电路的电路原理框图；

[0017] 图3是用户设定的幅度设定值与的幅值控制PWM波CA的关系图；

[0018] 图4是幅度设定值与脉宽调制D/A转换电路输出直流基准电压Vsd的关系图；

[0019] 图5是图2所示幅值控制信号产生电路一种具体实施方式原理示意图；

[0020] 图6是图2所示脉宽调制D/A转换电路一种具体实施方式原理图；

[0021] 图7是图2所示脉宽控制信号产生电路一种具体实施方式原理示意图；

[0022] 图8是图7所示脉宽控制信号产生电路时序图；

[0023] 图9是图2所示压控恒流源电路一种具体实施方式原理示意图；

[0024] 图10是场效应管保护电路原理图；

[0025] 图11是场效应管工作正常监测电路原理图；

[0026] 图12是大电流脉冲信号幅值分别为3.00A时负载两端脉冲电压波形图；

[0027] 图13是大电流脉冲信号幅值分别为5.00A时负载两端脉冲电压波形图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

[0029] 图1是本发明大电流脉冲信号源一种具体实施方式原理框图。

[0030] 在本实施例中，提供一款输出脉冲电流幅值0-9.99A可调、脉冲宽度0-99.99ms可调，输出幅值精度小于2％、脉宽精度小于1％、超调量小于5％、上升时间小于30us、幅值显示精度小于1％、脉宽显示精度小于1％的大电流脉冲信号源。其具有电路结构简单、设置值与实际输出脉冲电流参数可同时显示、上升沿陡峭、空载和过载保护、系统工作稳定的优点。

[0031] 在本实施例中，如图1所示，本发明大电流脉冲信号源，包括前面板1、脉冲电流产生电路2以及测量与显示电路3。

[0032] 前面板1根据用户对于大电流脉冲信号源输出大电流的幅度和脉宽设定，并将相应的设定值送入脉冲电流产生电路2，脉冲电流产生电路2根据前面板1送入的用户设定值向负载电阻RL输出相应幅度和脉宽的大电流脉冲信号。

[0033] 测量与显示电路3用于对输出大电流脉冲信号幅度和脉宽的测量和显示，其中对幅值的测量是基于欧姆定律，将对大电流脉冲信号幅度的测量转化为利用脉冲峰值检波记忆电路302对取样电阻301两端脉冲电压的测量实现，再经过A/D转换器303转换驱动前面板1的LED数码管103显示出来。对大电流脉冲信号脉宽的测量则是通过脉宽检测电路304在取样电阻301两端电压不为0的区间，使能计数器305对时钟信号进行计数，再将所计数值通过LED数码管104显示出来。

[0034] 脉冲电流产生电路是大电流脉冲信号源的核心电路，也是本发明创新之处，可根据设定值产生相应幅度和脉宽的大电流脉冲信号，同时具有触发方式选择、过载和空载保护功能。

[0035] 图2是图1所示脉冲电流产生电路的电路原理框图。

[0036] 1、总体结构

[0037] 在本实施例中，如图2所示，脉冲电流产生电路2包括：幅值控制信号产生电路201、脉宽调制D/A转换电路202、模拟开关203、脉宽控制信号产生电路204、压控恒流源205。

[0038] (1)、幅度设定

[0039] 在本实施例中，幅值拨码开关101由三个8421拨码开关组成，可分别用于设置所需幅值的个位、十分位和百分位数值(单位为安培)。其输出的8421码值作为幅值控制信号产生电路201中计数器数据输入端输入，控制幅值控制信号产生电路201输出占空比与幅度设定值成比例的幅值控制PWM波CA。

[0040] 将幅值控制PWM波CA作为光耦隔离电路OC1的输入，转化为高低电平分别为75V和70V的模拟PWM控制信号CA′，然后作为脉宽调制D/A转换电路202中控制幅值模拟开关的控制信号；

[0041] 在脉宽调制D/A转换电路202中，通过模拟PWM控制信号CA′对幅值模拟开关的控制，脉宽调制D/A转换电路的输入为高低电平分别为参考电压Vr和模拟参考地电压AGND为70V的PWM波，经过滤波处理后将输出与输入PWM波占空比成比例的直流基准电压Vsd输出。

[0042] (2)、脉宽设定

[0043] 脉宽拨码开关102由四个8421拨码开关组成，可分别用于设置所需脉宽的十位、个位、十分位和百分位数值(单位为毫秒)。其输出的8421码值作为脉宽控制信号产生电路204中计数器数据输入端输入，脉宽控制信号产生电路输出脉宽与脉宽设定值相等的方波作为脉宽控制信号Cw。

[0044] 脉宽控制信号Cw经过光耦隔离电路OC2转换为模拟脉宽控制信号Cw′控制模拟开关，模拟开关将直流基准电压Vsd在模拟脉宽控制信号Cw′有效电平区间内输入压控恒流源输入端。

[0045] (3)、脉冲电流产生

[0046] 压控恒流源电路205是电压控制电流型电路，其输出电流幅值与输入电压幅值成线性关系变化；在模拟脉宽控制信号Cw′控制直流基准电压Vsd输入压控恒流源输入端时，压控恒流源输出与直流基准电压Vsd成线性关系变化的恒定电流。

[0047] 由于压控恒流源电路中场效应管上承受的功耗随外接负载的阻值和输出大电流脉冲信号幅值的改变而变化，为了降低场效应管功耗确保场效应管在满量程范围内都能工作在额定功耗下，在本实施例中，采用将三路压控恒流源电路输出相并联的方法获得总输出。

[0048] (4)、空载、过载保护

[0049] 空载和过载可能对使用者、被测器件以及仪器(大电流脉冲信号源)本身造成的损害，保护电路206可以在系统出现空载和过载情况时输出报警信号A-over，通过光耦隔离电路OC3转换为数字报警信号D-over并通过异常处理电路207处理后输出脉宽控制信号闭锁信号W-lock关闭脉宽控制信号产生电路204的脉宽控制信号Cw输出，从而停止输出大电流脉冲信号。

[0050] 2、幅值控制信号产生电路

[0051] 为使压控恒流源205根据幅值拨码开关101设定输出幅值可调的大电流脉冲信号，需向其提供相应幅值的直流基准电压Vsd。幅值控制信号产生电路201即通过产生占空比与幅度设定值成比例的幅值控制PWM波CA，进而控制脉宽调制D/A转换电路202输出幅值与PWM占空比成比例的直流基准电压Vsd，从而使压控恒流源205输出幅值与设定值相同的大电流脉冲信号。用户设定的幅度设定值与的幅值控制PWM波CA的关系如图3所示。

[0052] 如图3所示，在计数时钟A_CLK的作用下，幅度设定值赋值后先进行减计数，当减到0时，重新赋值，并进行加计数，当加到999时，再次进行赋值，再次进行减计数，如此加减法计数循环进行，这样产生一个占空比与幅度设定值成比例的幅值控制PWM波CA。

[0053] 幅度设定值与脉宽调制D/A转换电路202输出直流基准电压Vsd的关系如图4所示二者成线性关系。

[0054] 由于本发明中压控恒流源205工作在以70V为参考地电平的模拟电路模块中，若选择使用常规的集成D/A转换芯片获得可调直流基准电压则需要使用多个光耦隔离器件才能完成对数字输入信号的转换，而本发明设计的幅值控制信号产生电路201配合自制的脉宽调制D/A转换电路202则仅需使用一个光耦隔离器件即光耦合隔离电路OC1便可获得所需精度要求的直流基准电压Vsd。

[0055] 本发明中，幅值控制信号产生电路201是由三个级联的十进制加减法计数器、一个SR锁存器、一个与门以及两个与非门组成，将幅值拨码开关101输出的8421码值即幅度设定值作为三位十进制加减法计数器的置数值输入，通过计数器对设置值进行加减法轮流计数则可实现输出占空比可调的PWM波的目的。幅值控制信号产生电路201如图5所示。

[0056] 在本实施例中，如图5所示，在幅值控制信号产生电路201中，高位的十进制加减法计数器的加计数输入端Pu、以及减计数输入端Pd分别连接到低一位的十进制加减法计数器的进位输出端Cu、以及借位输出端Cd，每个十进制加减法计数器的置数值输入端即D0～D3与一个8421拨码开关的码值输出端连接，最高位的十进制加减法计数器的进位输出端Cu和借位输出端Cd，作为与门的两个输入，与门的输出LD作为三个级联的十进制加减法计数器的置数信号LD；同时，最高位的十进制加减法计数器的进位输出端Cu和借位输出端Cd分别与SR锁存器的S端和R端连接，SR锁存器的Q端输出与计数时钟A_CLK通过一个与非门与非后输出到最低位的十进制加减法计数器的减计数输入端Pd，而SR锁存器的Q'端输出与计数时钟A_CLK通过另一个与非门与非后输出到最低位的十进制加减法计数器的加计数输入端Pu，这样，SR锁存器的Q端输出的信号即为占空比与幅度设定值成比例的幅值控制PWM波CA，其工作过程如图3所示，SR锁存器的状态通过与非门控制计数时钟A_CLK输入到最低位十进制加减法计数器的加计数输入端Pu还是减计数输入端Pd，而与门则在每次减到0或加999时，由借位或进位信号为高时，输出高电平对三个级联的十进制加减法计数器进行置操作，从而在SR锁存器输出一个占空比与幅度设定值成比例的幅值控制PWM波CA。

[0057] SR锁存器Q端作为幅值控制PWM波CA输出端，当计数器进行减法计数时输出高电平，计数器进行加法计数时输出低电平。高低电平的维持时间由输入计数器的幅值码码值决定。由于对于任一幅度设定值，进行一次减法计数和一次加法计数的计数总和都为1000，所以幅值控制PWM波CA周期不变，而加减法计数时间由输入幅值码的码值决定。这就实现了输出周期一定占空比可调的PWM波的目的。

[0058] 3、脉宽调制D/A转换电路

[0059] 脉宽调制D/A转换电路202通过滤波实现了将数字幅值控制的PWM信号CA转换为模拟直流电压Vsd输出，从而为压控恒流源电路提供了可调基准电压，电路原理图如2所示。

[0060] 为了防止模拟电路中的高电压、强电流串入数字电路中烧毁数字电路，同时也为了实现电平转换，利用光耦隔离电路OC1将幅值控制PWM波CA转为高低电平分别为75V和70V的模拟PWM控制信号CA′，模拟PWM控制信号CA′作为脉宽调制D/A转换电路中控制幅值模拟开关的控制信号，将参考电压Vr在CA′低电平区间内叠加在调零电路输出的Vo上送入一阶低通滤波电路反相输入端。这样输入低通滤波电路的信号为与幅值控制PWM波CA同频同占空比但高低电平分别为Vr+70V和70V的PWM波，当设置滤波器截止频率小于PWM基波频率的1/5时就可有效滤除PWM波中的高次谐波，从而仅留下与PWM占空比成比例的直流电压即直流基准电压Vsd，实现了从PWM波到直流电压的转化。

[0061] 4、脉宽控制信号产生电路

[0062] 通过前面对输出脉冲电流宽度的设定与产生原理介绍可知，脉宽控制信号Cw通过控制模拟开关将D/A转换电路输出的直流基准电压Vsd在脉宽控制信号Cw有效电平期间送入压控恒流源电路输入端，从而输出与脉宽控制信号脉宽相同的脉冲电流。由于脉宽控制信号的脉宽决定了最终输出脉冲电流信号的脉宽。所以脉宽控制电路的设计核心在于可以输出脉冲宽度与前面板设置的脉宽码值相同的方波信号。

[0063] 在本实施例中，脉宽控制信号产生电路204的核心原理是通过计数器对置数值进行减法计数实现精确定时触发D触发器输出发生翻转再通过沿合成最终输出与脉宽拨码开关设置值相同脉宽的脉宽控制信号。脉宽控制信号产生电路原理示意图如图7所示。

[0064] 在本实施例中，如图7所示，脉宽控制信号产生电路包括四个级联的十进制加减法计数器即最低位的借位输出端Cd分别与高一位的减计数输入端Pd连接、D触发器FF1、D触发器FF2以及两个与非门；D触发器FF1的时钟端CK作为触发信号的输入端，D端即D1接+5V，Q端即Q1输出到D触发器FF2的D端即D2；D触发器FF2的时钟端CK与最高位十进制加减法计数器的借位输出端Cd连接；D触发器FF1的Q端输出与D触发器FF2的Q'端即Q2'输出作为一个与非门输入的两个输入，该与非门输出信号即为脉宽控制信号Cw；

[0065] D触发器FF1的Q端即Q1输出与100KHz脉冲信号作为另一个与非门输入的两个输入，该与非门输出连接到最低位十进制加减法计数器的减计数输入端Pd；每个十进制加减法计数器的置数值输入端即D0～D3与一个8421拨码开关的码值输出端连接；

[0066] 这样，触发信号来临后，D触发器FF1输出Q1变为高电平，同时100KHz时钟信号输入十进制加减法计数器的减法输入端，并从脉宽设定值开始做减法计数，当计数器减到0时触发D触发器FF2使输出Q2状态发生翻转，脉宽控制信号Cw由D触发器FF1输出Q1的上升沿和触发D触发器FF2的输出Q2'的下降沿与非运算后合成输出。

[0067] 由于时钟信号频率为100KHz，当设置脉宽码值D在0000-9999变化时，四片级联计数器最后一级输出的借位信号的延迟时间tL＝D·0.01ms，所以最终通过沿合成得到的脉宽控制信号Cw低电平时间即为相应的tL＝D·0.01ms，达到了脉宽控制信号有效电平宽度受脉宽拨码开关设置值控制且在0-99.99ms之间变化的目的，电路时序图如图8所示。

[0068] 5、压控恒流源电路

[0069] 以场效应管为开关管的压控恒流源电路是产生脉冲电流的核心电路，其输出电流幅值受输入电压幅值决定，电路原理图如图9所示。

[0070] 电路中运放担任比较放大的作用，根据其虚短和虚断特性有:

[0071] UN＝Vsd

[0072] 则输出电流幅值I为：

[0073] I＝(VA-Vsd)/Rsd

[0074] 由上式，可以看出输出电流的幅值由直流基准电压Vsd和基准电阻Rsd决定，而与负载变化无关。所以当固定电源电压VA和基准电阻Rsd一定时，输出电流幅值仅与直流基准电压Vsd呈线性关系变化。

[0075] 电路中稳压管Dz起到电压钳位作用，将场效应管栅极电压限制在0.7V—Uz范围之内，保证了场效应管不会因栅极电压过大而损坏。此外电路中不同位置的电容C1、C2和C3对输出脉冲波形有不同调节作用。滤波电容C1可以起到平滑输入脉冲电压的作用，积分环节电容C2可以保证输出脉冲波形无震荡、无过冲，波形平滑。电容C3可以提高电路响应速度，提升输出脉冲信号上升沿。

[0076] 根据电路原理图可以计算出当压控恒流源电路有脉冲电流产生时场效应管的实时耗散功率为：

[0077] PD＝[VA-(RL+RSp+Rsd)·I]·I

[0078] 在本实施例中，采样电阻Rsp和基准电阻Rsd均选取阻值为0.5Ω的黄金铝壳电阻，由于在本专利中最大输出电流Imax为10A，最大负载电阻RLmax为5Ω，为使电路可以可以向负载提供全量程范围内幅值可调的脉冲电流，故根据公式VA＝Imax·RLmax+20V(20V为安全电压裕量)计算可得VA＝70V。将以上参数带入PD＝[VA-(RL+RSp+Rsd)·I]·I中可得场效应管的实时耗散功率与负载电阻和输出脉冲电流的幅值关系如下：

[0079] PD＝70·I-(RL+1)·I2

[0080] 通过上式可以看出当固定负载电阻阻值为某一确定值时，场效应管上的耗散功率是输出脉冲电流幅值的二次函数。为保证系统在带不同阻值负载和输出不同幅值脉冲电流时，场效应管均能工作在额定功耗值以下，采用并联三路压控恒流源电路实现输出大幅值脉冲电流的目的。经计算，采用并联输出的方案时每一路场效应管在工作时的功耗为：

[0081]

[0082] 可以看出在输出相同幅值电流时，与单路脉冲恒流源输出脉冲电流时场效应管上功率相比，多路并联输出脉冲电流每只场效应管功耗为单路的1/n，达到了降低场效应管功耗的目的。

[0083] 6、保护电路

[0084] 大电流脉冲信号源处在工作工作状态时场效应管漏极电压随输出脉冲电流幅值和负载阻值的变化而不断改变。当系统出现空载或过载情况时，场效应管漏极电压将超过场效应管可正常工作的安全值，所以可以通过对场效应管漏极电压进行监测并与安全电压值进行比较后作为空载和过载情况的报警信号。

[0085] 本发明中压控恒流源电路中采用的P沟道增强型场效应管F6218L在正常工作时UDS<0V，一旦出现空载、过载情况，漏极电压UD将急剧升高，使得UDS>0V，。由于场效应管源级电压US点电压在65V-70V之间变化，所以只需设置漏极安全电压小于65V，当UD电压值高于安全电压时则启动相应的保护机制。为实现上述功能，设计了由电压比较器和光耦隔离器组成的保护电路，电压比较器完成对UD点电压与所设置安全电压值的比较，比较结果经光耦转换后送入数字控制电路作为脉宽控制信号的输出控制信号。保护电路原理图如图10所示。

[0086] 图10所示电压比较器电路同相输入端电压UT由电阻R3和R4对运放电源电压分压产生，其值为

[0087]

[0088] 比较器反向输入端电压UN点电压为：

[0089]

[0090] 二极管D的存在实现了对场效应管漏极电压和电压比较器输入端的隔离。当场效应管漏极电压UDUN+Uon时，二极管导通，比较器的输入电压为UD-Uon，若UD-Uon>UT，电压比较器输出UO＝-UOM＝58V，这时光耦输出数字低电平。UN+Uon即为设定的安全电压阈值，UD超过安全阈值时光耦隔离器输出的低电平作为过压信号进入数字控制模块中，停止脉宽PWM的输出，脉冲电流产生模块将无电流输出从而保护了信号源。

[0091] 系统出现空载和过载情况时保护电路将输出低电平报警信号，异常处理电路将对此报警信号进行响应，产生闭锁信号中止脉宽控制信号的输出，从而停止系统输出脉冲电流，达到保护系统的目的。异常处理电路原理图如图11所示。

[0092] 系统空载工作时，场效应管漏极电压将瞬间上升至模拟电路模块的参考地电平，从而超过保护电路设置的安全电压使其输出低电平空载报警信号，这时宽度为0.1ms，上升沿与脉宽控制信号同步的捕获信号会立刻捕获到这个空载报警信号控制SR锁存器的输出发生翻转，从而输出低电平空载闭锁信号停止脉宽PWM波输出，并驱动蜂鸣器和报警LED灯工作。

[0093] 若系统在运行过程中出现过载情况，保护电路将会输出低电平过载报警信号，会直接通过SR锁存器产生低电平过载闭锁信号中止脉宽PWM波输出，从而达到停止系统输出脉冲电流的目的。通过上面分析可知空载和过载时异常处理均会产生闭锁信号关闭脉冲宽度控制信号输出从而停止系统工作。当漏极电压恢复正常或者接入负载时，重新开机或按下手动复位按键可以复位闭锁信号，同时在每一次产生脉宽控制信号前都会产生闭锁复位信号，保证场效应管工作在安全状态下时系统可以恢复正常工作。

[0094] 四.实验波形

[0095] 大电流脉冲信号源，在外接5Ω负载电阻时，设置输出大电流脉冲信号幅值分别为3.00A，5.00A时负载两端脉冲电压波形如图12、13所示。

[0096] 从图12、13可以看出大电流脉冲的幅度、脉宽精度高，同时，使大电流脉冲上升沿陡峭，超调量小，实现了本发明的目的。

[0097] 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。