CN103887991A - 一种无变压器的高压小功率电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无变压器的高压小功率电源，包括：依次循环连接的市电输入、二倍压整流电路、输出电压可控的BOOST升压电路、单相逆变器、交流负载、负载电压电流检测和保护电路。电路工作时，220V/50Hz的交流电经过倍压整流电路整流升压，实时检测BOOST电路输出电压，与期望给定电压比较，求取偏差量，PID控制器根据偏差量计算BOOST的占空比，使其输出电压跟踪给定；最后经单相逆变器DC-AC变换，得到所需的高压交流电；负载电压电流异常时，保护电路做出相应处理；本发明无需使用变压器，从而减轻系统重量，节约有色金属材料，结构简单，稳定可靠，具有较高的工业推广价值。

Description

一种无变压器的高压小功率电源

技术领域

本发明涉及开关电源领域，具体涉及一种无变压器的高压小功率电源。

背景技术

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。在高压电源的设计中,为了获得较高的电压,通常采用增加变压器的变比，在变压器次级直接(或采用常规电源中的半波、全波整流方法)获得高压输出的方法。这种方法在要求电源输出电压不高的情况下是可行的，但是当要求电源输出电压较高时，若要在变压器次级直接获得高压输出，必然使变压器的次级绕组匝数过多，一方面导致电源体积重量增大，不能满足工业应用条件；另一方面有色金属使用量增大，使得成本升高。由于变压器绕组的层间寄生电容和线间寄生电容的影响，在变压器工作中会出现很大的充放电电流和噪声，使变压器的初级开关产生很大损耗，甚至无法正常工作。此时，依靠变压器自身来提高输出电压的方法已不能满足要求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种无变压器的高压小功率电源。

技术方案：一种无变压器的高压小功率电源，包括：依次连接的市电输入、二倍压整流电路、输出电压可控的BOOST升压电路、单相逆变器和交流负载。

上述单相逆变器，完成DC-AC变换。

所述二倍压整流电路，实现整流升压，二倍压整流电路包含两个限流电阻、整流二极管和大容量储能电容。

上述采用二倍压整流技术实现整流升压，整体结构无需变压器，重量轻、成本低。

上述无变压器的高压小功率电源，还包括连接在交流负载上的保护电路。

优选，交流负载和保护电路之间设有负载电压电流检测，保护电路还与市电输入连接。

当电路出现异常时，比如电网电压大幅波动、系统过载等，负载电压电流检测将电路参数检测并传送给保护电路，由保护电路做出相应的动作，使系统免受损坏。

输出电压可控的BOOST升压电路包括循环连接的：BOOST电路、BOOST输出电压检测、PID控制器和PWM电路；输出电压可控的BOOST升压电路还包括与PID控制器连接的期望给定电压。

工作原理：电路工作时，220V/50Hz的交流电经过二倍压整流电路整流升压，实时检测输出电压可控的BOOST升压电路输出电压，与期望给定电压比较，求取偏差量，PID控制器根据偏差量计算BOOST的占空比，使其输出电压跟踪给定。最后经单相逆变器DC-AC变换，得到所需的高压交流电。负载电压电流异常时，保护电路做出相应处理。

使用输出电压可控的BOOST电路实现直流升压。结合PID调节器实现BOOST输出电压跟踪给定电压。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、使用倍压整流技术实现升压，无需使用变压器。减轻电源重量和体积，节约有色金属资源，降低电源成本。

2、使用输出电压可控的BOOST电路，可以通过改变给定电压来实现不同电压输出。利用PID控制器，实现BOOST输出电压跟踪给定，保证输出电压稳定。

3、电路拓扑结构简单，电流噪声小，开关损耗低，对电网污染小，轻便节能，绿色环保。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式的拓扑结构框图；

图2是本发明具体实施方式MATLAB仿真图；

图3是本发明具体实施方式MATLAB仿真输出波形图。

图中，1为市电输入，2为二倍压整流电路，3为期望给定，4为PID控制器，5为PWM电路，6为BOOST电路，7为BOOST输出电压检测，8为单相逆变器，9为交流负载，10为负载电压电流检测、11为保护电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，无变压器的高压小功率电源，包括：依次循环连接的市电输入1、二倍压整流电路2、输出电压可控的BOOST升压电路、单相逆变器8、交流负载9、负载电压电流检测10和保护电路11。

输出电压可控的BOOST升压电路包括循环连接的：BOOST电路6、BOOST输出电压检测7、PID控制器4和PWM电路5；输出电压可控的BOOST升压电路还包括与PID控制器4连接的期望给定3电压。

图中，市电输入1，二倍压整流电路2，输出电压可控的BOOST升压电路(期望给定3、PID控制器4、PWM电路5、BOOST电路6、BOOST输出电压检测7)，单相逆变器8，系统保护电路(负载电压电流检测10、保护电路11)。

正常使用时，将负载连接到交流负载9上，市电输入1接入电网，二倍压整流电路2进行整流升压作为BOOST电路6的输入，电压经过BOOST电路6进一步的提升，BOOST输出电压检测电路7实时将电压信号反馈给PID控制器4，与期望给定3比较并计算控制量，由PWM电路5生成脉宽调制波，可实现BOOST电路6输出电压跟踪期望给定电压3，最后经过单相逆变器8进行DC-AC变换得到高压交流电。

当电路出现异常时，比如电网电压大幅波动、系统过载等，负载电压电流检测10将电路参数检测并传送给保护电路11，由保护电路11做出相应的动作，使系统免受损坏。

通过MATLAB/SIMULINK进行建模与仿真，图2为本发明实施案例MATLAB仿真图，该结构图对市电输入1、二倍压整流电路2、期望给定3、PID控制器4、PWM电路5、BOOST电路6，BOOST输出电压检测7、单相逆变器8，交流负载9进行了建模仿真。

图2中交流电源AC为市电输入1，R1、C1、D1、D2、C2、R2构成二倍压整流电路2，PID模块为PID控制器4，L1、IGBT、D3、C3、PWM模块构成BOOST电路6和PWM电路5，V用于仿真BOOST输出电压检测7，Universal Bridge2arms和Pulse构成单相逆变器8，L2、C4构成滤波电路、RL模拟交流负载9。将AC设定成220V50Hz的工频交流电，R1和R2为倍压整流电路的限流电阻，经过倍压整流后，C2两端的电压再经过BOOST升压。C3两端的电压通过V实时检测反馈给PID控制器，PID控制器根据偏差信号调整IGBT的触发脉冲的占空比(PWM)，系统自动调整C3两端的电压使其跟踪给定。最后经过逆变器和滤波网络，得到高压交流电。通过PID控制器，可以使系统的电源调整率和负载调整率较低。

图3为本实施案例的输出波形，由波形可知，本设计方法可行，在0.25秒左右时，基本达到稳态。系统输出稳定平滑的900V/50Hz的高压交流电。

本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同。

Claims (5)

1.一种无变压器的高压小功率电源，其特征在于：包括依次连接的市电输入（1）、二倍压整流电路（2）、输出电压可控的BOOST升压电路、单相逆变器（8）和交流负载（9）。

2.如权利要求1所述的无变压器的高压小功率电源，其特征在于：还包括连接在交流负载（9）上的保护电路（11）。

3.如权利要求2所述的无变压器的高压小功率电源，其特征在于：交流负载（9）和保护电路（11）之间设有负载电压电流检测（10），保护电路（11）还与市电输入（1）连接。

4.如权利要求1所述的无变压器的高压小功率电源，其特征在于：输出电压可控的BOOST升压电路包括循环连接的：BOOST电路（6）、BOOST输出电压检测(7)、PID控制器（4）和PWM电路（5）。

5.如权利要求4所述的无变压器的高压小功率电源，其特征在于：输出电压可控的BOOST升压电路还包括与PID控制器（4）连接的期望给定（3）电压。

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