CN102769390A - 一种功率可调电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种功率可调电源，包括：整流电路、高频调节电路、交流转直流电路、逆变电路及控制电路。在控制电路的控制下，利用串联谐振原理，通过高频调节电路将整流电路输出的脉动直流电压转换为所需的交流电压，所述交流电压经过交流转直流电路和逆变电路处理后，获得负载所需频率的交流电压，完成对电源输出功率的调节。与传统的功率可调电源相比，本发明的电路结构简单，通过控制电路可以灵活调节电源的输出功率，而且通过调节并联高频调节电路的数量就很容易完成对电源功率的扩展。

Description

一种功率可调电源

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种功率可调电源。

背景技术

紫外线即Ultraviolet，简称UV，紫外线灯管是利用紫外线的特殊作用制成的灯管，广泛用于竹木地板、家具、装饰材料、印刷、印铁制罐、塑胶涂装、标牌、电路板、光盘等行业，紫外线灯管也是半导体、电子元件、液晶等粘接固化的理想光源。不同波段的紫外线灯管具有不同的用途，低压紫外线灯管即杀菌灯、汞齐等则主要用于杀菌消毒、油烟净化、污水处理等，强紫外线灯管由高品质的纯石英管材料制成，使紫外线性能更高。在日常生活中，普通的家庭电炉需要调节功率、电扇需要调节速度、白炽灯需要调节亮度。紫外线灯管也不例外，需要根据应用环境的不同对调节紫外线灯管的辐射强度进行调节，而对紫外线灯管辐射强度的调节一般是通过调节为紫外线灯管供电的电源的输出功率实现的，这就要求为紫外线灯管供电的电源必须是输出功率可调的电源。但是，传统的功率可调电源的体积较大，电路结构复杂，功率调节的灵敏度低，而且电源功率不易扩展。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种功率可调电源，其能够灵活调节电源的输出功率，而且电路结构简单，电源功率易于扩展。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种功率可调电源，包括：整流电路、高频调节电路、交流转直流电路、逆变电路及控制电路；

所述整流电路用于将输入的电源电压转换为脉动直流电压，并输出给所述高频调节电路；

所述高频调节电路用于利用串联谐振原理，根据所述控制电路输入的控制信号，将输入的所述脉动直流电压转换为交流电压，并输出给交流转直流电路；其中，所述交流电压与所述功率可调电源需要输出的功率相对应；

所述交流转直流电路用于将输入的所述交流电压转换为直流电压，并输出给逆变电路；

所述逆变电路用于根据所述控制电路输入的调节信号，将输入的所述直流电压转换为负载所需频率的交流电压后输出给所述负载。

特别地，所述整流电路为软启动的整流电路，用于根据控制电路输入的控制信号，将输入的电源电压转换为脉动直流电压。

特别地，所述高频调节电路包括：第一金氧半场效晶体管（MOSFET）、第二金氧半场效晶体管、第一电容、第二电容、第三电容及电感；

其中，第一金氧半场效晶体管的栅极和第二金氧半场效晶体管的栅极均与控制电路连接，第一金氧半场效晶体管的漏极与第一电容的一端及第三电容的一端连接，第三电容的另一端与第二金氧半场效晶体管的源极及第二电容的一端连接，第一电容的另一端与交流转直流电路及第二电容的另一端连接，第一金氧半场效晶体管的源极与第二金氧半场效晶体管的漏极及电感的一端连接，电感的另一端与交流转直流电路连接。

特别地，所述交流转直流电路为全波整流电路。

特别地，所述全波整流电路包括：变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；

其中，第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管构成全桥的整流桥堆，变压器的第一抽头与电感的一端连接，变压器的第二抽头与第一电容的一端及第二电容的一端连接，变压器的第三抽头与全桥的第一输入端连接，变压器的第四抽头与全桥的第二输入端连接，全桥的第一输出端和全桥的第二输出端均与逆变电路连接。

特别地，所述逆变电路为全桥逆变电路。

特别地，所述全桥逆变电路包括：第一绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、第二绝缘栅双极性晶体管、第三绝缘栅双极性晶体管及第四绝缘栅双极性晶体管；

其中，第一绝缘栅双极性晶体管的基极、第二绝缘栅双极性晶体管的基极、第三绝缘栅双极性晶体管的基极及第四绝缘栅双极性晶体管的基极均与控制电路连接，第一绝缘栅双极性晶体管的集电极与第二绝缘栅双极性晶体管的发射极及负载连接，第三绝缘栅双极性晶体管的集电极与第四绝缘栅双极性晶体管的发射极及负载连接，第一绝缘栅双极性晶体管的发射极与第三绝缘栅双极性晶体管的发射极及全桥的第一输出端连接，第二绝缘栅双极性晶体管的集电极与第四绝缘栅双极性晶体管的集电极及全桥的第二输出端连接。

特别地，所述控制电路选用型号为TMS320F2808的数字信号处理器（DSP）。

特别地，所述功率可调电源还包括滤波器、电压检测电路及电流检测电路；

所述滤波器与整流电路连接，用于对输入的电源电压进行滤波，并将滤波的电源电压输出给整流电路；

所述电压检测电路和电流检测电路均与控制电路及逆变电路连接，用于检测逆变电路输出的电压和电流，并将检测结果输出给控制电路。

本发明在控制电路的控制下，利用串联谐振原理，通过高频调节电路将整流电路输入脉动直流电压转换为所需的交流电压，所述交流电压经过交流转直流电路和逆变电路处理后，获得负载所需频率的交流电压，完成对电源输出功率的调节。与传统的功率可调电源相比，本发明的电路结构简单，通过控制电路可以灵活调节电源的输出功率，而且通过调节并联高频调节电路的数量就很容易完成对电源功率的扩展。

附图说明

图1为本发明实施例提供的功率可调电源框图。

图2为本发明实施例提供的功率可调电源主电路结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

请参照图1所示，本实施例中功率可调电源包括：滤波器101、整流电路102、高频调节电路103、交流转直流电路104、逆变电路105、电压检测电路106、电流检测电路107及控制电路108。另外，本实施例中与功率可调电源相连接的负载为紫外线灯管109，外接电源输入该功率可调电源的电源电压为380伏（V）的三相交流电。

所述滤波器101用于对输入的电源电压进行滤波处理，并将处理后的电源电压输出给整流电路102。通过滤波器101可以减少或消除谐波的干扰。

所述整流电路102用于将经所述滤波器101处理后的电源电压转换为脉动直流电压，并输出给所述高频调节电路103。

由于整流电路102将滤波器101输入的380V的三相交流电压转换为530V的脉动直流电压后，需要将530V的脉动直流电压输入高频调节电路103中的滤波电容，而在功率可调电源开机瞬间，该滤波电容两端的初始电压为零，如果将530V的脉动直流电压直接输入该滤波电容，将会形成很大的瞬时冲击电流，这将导致输入熔断器烧断，因此本实施例中整流电路102选用软启动的整流电路，根据控制电路108输入的控制信号，使整流电路102输出的电压由零逐渐上升到530V。

所述高频调节电路103用于利用串联谐振原理，根据所述控制电路108输入的控制信号，将输入的所述脉动直流电压转换为交流电压，并输出给交流转直流电路104；其中，所述交流电压与所述功率可调电源需要输出的功率相对应。

高频调节电路103在接收到530V的脉动直流电压后，首先通过滤波电容将所述脉动直流电压处理为直流电压，然后根据控制电路108输入的控制信号，将处理后的脉动直流电压转换为交流电压。

需要说明的是，所述串联谐振原理是指：在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗与感抗相等时，电路中的电压与电流的相位相同，电路呈现纯电阻性，电路的总阻抗最小，电路中的电流达到最大值，电路的输出功率达到最大，这种现象叫串联谐振。

所述交流转直流电路104用于将输入的所述交流电压转换为直流电压，并将输出给逆变电路105。

由于高频调节电路103输出的交流电压的频率较高，而紫外线灯管109工作电压的频率为60赫兹（Hz）。为了调节高频调节电路103输出的交流电压的频率，需要通过交流转直流电路104（AC/DC）将所述交流电压转换为直流电压。交流转直流电路104的类型很多，本实施例中交流转直流电路104选用全波整流电路。

所述逆变电路105用于根据所述控制电路108输入的调节信号，将输入的所述直流电压转换为紫外线灯管109所需频率的交流电压后输出给所述紫外线灯管109。

本实施例中逆变电路105选用全桥逆变电路105，控制电路108选用型号为TMS320F2808的数字信号处理器（DSP）。根据控制电路108输入的调节信号，该全桥逆变电路105将输入的直流电压转换为频率为60Hz的交流脉冲电压以驱动紫外线灯管109正常工作。

所述电压检测电路106和电流检测电路107均与控制电路108及逆变电路105连接，用于检测逆变电路105输出的电压和电流，并将检测结果输入控制电路108。

通过电压检测电路106和电流检测电路107，控制电路108可以实时获取逆变电路105输出的电压和电流信息，并对所述电压和电流信息进行分析，根据实际需要，向高频调节电路103和逆变电路105发送控制信号，控制高频调节电路103和逆变电路105的运行，从而调节功率可调电源的输出功率。

如图2所示，所述高频调节电路103包括：第一金氧半场效晶体管Q1、第二金氧半场效晶体管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及电感L，所述第三电容C3即为所述滤波电容。所述全波整流电路包括：变压器T、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4构成全桥的整流桥堆。所述全桥逆变电路105包括：第一绝缘栅双极型晶体管Q3、第二绝缘栅双极性晶体管Q4、第三绝缘栅双极性晶体管Q5及第四绝缘栅双极性晶体管Q6。所述软启动的整流电路包括：第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第一晶闸管Q7、第二晶闸管Q8及第三晶闸管Q9。

其中，第五二极管D5的一端与第六二极管D6的一端、第七二极管D7一端、第一电容C1的一端、第一金氧半场效晶体管Q1的漏极及第三电容C3的一端连接，第五二极管D5的另一端与第一晶闸管Q7的阴极及电源电压输入端连接，第六二极管D6的另一端与第二晶闸管Q8的阴极及电源电压输入端连接，第七二极管D7的另一端与第三晶闸管Q9的阴极及电源电压输入端连接，第一晶闸管Q7的阳极与第二晶闸管Q8的阳极、第三晶闸管Q9的阳极、第二电容C2的一端、第二金氧半场效晶体管Q2的源极及第三电容C3的另一端连接，第一晶闸管Q7的门极、第二晶闸管Q8的门极及第三晶闸管Q9的门极均与控制电路108连接，第一金氧半场效晶体管Q1的栅极和第二金氧半场效晶体管Q2的栅极均与控制电路108连接，第一金氧半场效晶体管Q1的源极与第二金氧半场效晶体管Q2的漏极及电感L的一端连接，第一电容C1的另一端与变压器T的第二抽头及第二电容C2的另一端连接，电感L的另一端与变压器T的第一抽头连接；变压器T的第三抽头与全桥的第一输入端连接，变压器T的第四抽头与全桥的第二输入端连接；第一绝缘栅双极性晶体管Q3的基极、第二绝缘栅双极性晶体管Q4的基极、第三绝缘栅双极性晶体管Q5的基极及第四绝缘栅双极性晶体管Q6的基极均与控制电路108连接，第一绝缘栅双极性晶体管Q3的集电极与第二绝缘栅双极性晶体管Q4的发射极及紫外线灯管109的一端连接，第三绝缘栅双极性晶体管Q5的集电极与第四绝缘栅双极性晶体管Q6的发射极及紫外线灯管109的另一端连接，第一绝缘栅双极性晶体管Q3的发射极与第三绝缘栅双极性晶体管Q5的发射极及全桥的第一输出端连接，第二绝缘栅双极性晶体管Q4的集电极与第四绝缘栅双极性晶体管Q6的集电极及全桥的第二输出端连接。

本发明的工作原理如下：滤波器101对输入的380V的三相交流电进行滤波处理后，软启动的整流电路根据控制电路108输入的控制信号将380V的三相交流电压转换为530V的脉动直流电压，第三电容C3将输入的脉动直流电压进行滤波处理，获得直流电压，并将该直流电压输出给第一金氧半场效晶体管Q1和第二金氧半场效晶体管Q2。

数字信号处理器（DSP）产生G1、G2、G3、G4、G5及G6六组脉宽调制（PWM）控制信号，G1、G2、G3、G4、G5及G6对应输入第一金氧半场效晶体管Q1的栅极、第二金氧半场效晶体管Q2的栅极、第一绝缘栅双极性晶体管Q3的栅极、第二绝缘栅双极性晶体管Q4的栅极、第三绝缘栅双极性晶体管Q5的栅极、第四绝缘栅双极性晶体管Q6的栅极。其中，G1与G2的相位互补，相位相差180度；G3与G6同相位，G4与G5同相位，G3与G4相位相差180度，G5与G6相位相差180度。G1和G2对应控制第一金氧半场效晶体管Q1和第二金氧半场效晶体管Q2的导通与关断。G3、G4、G5及G6对应控制第一绝缘栅双极性晶体管Q3、第二绝缘栅双极性晶体管Q4、第三绝缘栅双极性晶体管Q5及第四绝缘栅双极性晶体管Q6的关断，从而将输入的直流电压转换为60Hz的交流脉冲电压以驱动紫外线灯管109正常工作。另外，为了使整流电路102的输出电压由零逐渐上升到530V，数字信号处理器将三路控制信号G7、G8及G9对应输入第一晶闸管Q7的门极、第二晶闸管Q8的门极及第三晶闸管Q9的门极，通过控制第一晶闸管Q7、第二晶闸管Q8及第三晶闸管Q9完成整流电路102的软启动。

当第一金氧半场效晶体管Q1导通时，第二金氧半场效晶体管Q2处于截止状态，此时电感L与第二电容C2构成一个谐振回路；反之，当第一金氧半场效晶体管Q1处于截止状态，第二金氧半场效晶体管Q2导通时，电感L与第一电容C1构成一个谐振回路。

利用串联谐振原理，数字信号处理器通过脉宽调制控制信号G1和G2控制第一金氧半场效晶体管Q1和第二金氧半场效晶体管Q2的开关，当第一金氧半场效晶体管Q1或第二金氧半场效晶体管Q2的开关频率等于谐振回路的固有频率

时，谐振回路第一电容C1或第二电容C2的容抗与电感L的感抗相等，电路发生谐振，此时谐振电路呈现纯阻性，谐振电路的总阻抗最小，等于紫外线灯管109的等效电阻，整个谐振电路的电流达到最大值，此时功率可调电源的输出功率最大；反之，当数字信号处理器控制第一金氧半场效晶体管Q1或第二金氧半场效晶体管Q2的开关频率大于所述固有频率时，功率可调电源的输出功率将减小，这样一来，通过控制第一金氧半场效晶体管Q1或第二金氧半场效晶体管Q2的开关频率就能调节该功率可调电源输出功率的大小。其中，L为电感L的电感量，C为第一电容C1的电容量，第二电容C2的电容量与第一电容C1的电容量相等。

本发明通过由两个金氧半场效晶体管、一个电感及一个电容构成的高频调节电路103，利用串联谐振原理，就完成了对电源的输出功率的灵活调节，不仅电路结构简单，而且电源功率易于扩展。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种功率可调电源，其特征在于，包括：整流电路、高频调节电路、交流转直流电路、逆变电路及控制电路；

所述整流电路用于将输入的电源电压转换为脉动直流电压，并输出给所述高频调节电路；

所述高频调节电路用于利用串联谐振原理，根据所述控制电路输入的控制信号，将输入的所述脉动直流电压转换为交流电压，并输出给交流转直流电路；其中，所述交流电压与所述功率可调电源需要输出的功率相对应；

所述交流转直流电路用于将输入的所述交流电压转换为直流电压，并输出给逆变电路；

所述逆变电路用于根据所述控制电路输入的调节信号，将输入的所述直流电压转换为负载所需频率的交流电压后输出给所述负载。

2.根据权利要求1所述的功率可调电源，其特征在于，所述整流电路为软启动的整流电路，用于根据控制电路输入的控制信号，将输入的电源电压转换为脉动直流电压。

3.根据权利要求2所述的功率可调电源，其特征在于，所述高频调节电路包括：第一金氧半场效晶体管（MOSFET）、第二金氧半场效晶体管、第一电容、第二电容、第三电容及电感；

其中，第一金氧半场效晶体管的栅极和第二金氧半场效晶体管的栅极均与控制电路连接，第一金氧半场效晶体管的漏极与第一电容的一端及第三电容的一端连接，第三电容的另一端与第二金氧半场效晶体管的源极及第二电容的一端连接，第一电容的另一端与交流转直流电路及第二电容的另一端连接，第一金氧半场效晶体管的源极与第二金氧半场效晶体管的漏极及电感的一端连接，电感的另一端与交流转直流电路连接。

4.根据权利要求3所述的功率可调电源，其特征在于，所述交流转直流电路为全波整流电路。

5.根据权利要求4所述的功率可调电源，其特征在于，所述全波整流电路包括：变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；

其中，第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管构成全桥的整流桥堆，变压器的第一抽头与电感的一端连接，变压器的第二抽头与第一电容的一端及第二电容的一端连接，变压器的第三抽头与全桥的第一输入端连接，变压器的第四抽头与全桥的第二输入端连接，全桥的第一输出端和全桥的第二输出端均与逆变电路连接。

6.根据权利要求5所述的功率可调电源，其特征在于，所述逆变电路为全桥逆变电路。

7.根据权利要求6所述的功率可调电源，其特征在于，所述全桥逆变电路包括：第一绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、第二绝缘栅双极性晶体管、第三绝缘栅双极性晶体管及第四绝缘栅双极性晶体管；

其中，第一绝缘栅双极性晶体管的基极、第二绝缘栅双极性晶体管的基极、第三绝缘栅双极性晶体管的基极及第四绝缘栅双极性晶体管的基极均与控制电路连接，第一绝缘栅双极性晶体管的集电极与第二绝缘栅双极性晶体管的发射极及负载连接，第三绝缘栅双极性晶体管的集电极与第四绝缘栅双极性晶体管的发射极及负载连接，第一绝缘栅双极性晶体管的发射极与第三绝缘栅双极性晶体管的发射极及全桥的第一输出端连接，第二绝缘栅双极性晶体管的集电极与第四绝缘栅双极性晶体管的集电极及全桥的第二输出端连接。

8.根据权利要求7所述的功率可调电源，其特征在于，所述控制电路选用型号为TMS320F2808的数字信号处理器（DSP）。

9.根据权利要求8所述的功率可调电源，其特征在于，还包括滤波器、电压检测电路及电流检测电路；

所述滤波器与整流电路连接，用于对输入的电源电压进行滤波，并将滤波的电源电压输出给整流电路；

所述电压检测电路和电流检测电路均与控制电路及逆变电路连接，用于检测逆变电路输出的电压和电流，并将检测结果输出给控制电路。

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