CN105656334A - 一种舰载中频逆变电源控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种舰载中频逆变电源控制电路。包括基准波形产生模块、四个波形校正模块、控制保护和接口模块；所述基准波形产生模块用于输出基准波形到四个波形校正模块；所述四个波形校正模块用于输出正弦脉宽调制信号；所述控制保护和接口模块用于电压和电流保护。本发明输出电压谐波小、负载动态性能好、抗短路冲击且自恢复、可多机并联输出、可同时实现单相和三相中频正弦电压输出。
Description
技术领域
本发明属于电源控制技术领域，特别是一种舰载中频逆变电源控制电路。
背景技术
中频逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出，广泛应用于工业、国防、航海、航空等诸多领域。电源控制电路是中频逆变电源的核心技术，主要完成逆变电源的输出电压控制和对外接口控制。目前电源控制技术主要有以下几种控制方式：单一电压有效值控制、单一电压瞬时值控制、带电流内环的电压瞬时值反馈控制。单一电压有效值电压输出波形谐波大、抗短路冲击差、多机并联难度大；单一电压瞬时值控制输出波形谐波小，但是负载动态性能差、抗短路冲击差、多机并联难度大；带电流内环的电压瞬时值反馈控制输出波形谐波小，但是负载动态性能差。舰载中频逆变电源要求电源输出谐波小、负载动态性能好、抗短路冲击且自恢复、可多机并联输出、同时要求多种中频正弦电压输出。为适应舰载中频电源的特殊要求，发明一种可控制电源输出电压谐波小、负载动态性能好、抗短路冲击且自恢复、可多机并联输出、可同时实现单相和三相中频正弦电压输出的舰载中频逆变电源控制电路。
发明内容
本发明的目的在于一种舰载中频逆变电源控制电路，其输出电压谐波小、负载动态性能好、抗短路冲击且自恢复、可多机并联输出、可同时实现单相和三相中频正弦电压输出。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种舰载中频逆变电源控制电路，包括基准波形产生模块、四个波形校正模块、控制保护和接口模块；所述基准波形产生模块用于输出基准波形到四个波形校正模块；所述四个波形校正模块用于输出正弦脉宽调制信号；所述控制保护和接口模块用于电压和电流保护。
进一步，所述基准波形产生模块包括波形存储电路、地址查询电路、DA转换电路、四路模拟乘法器和四路低通滤波器；波形存储电路由三个EEPROM组成，用于存储正弦波表。地址查询电路由一个CPLD组成，用于产生查询EEPROM中数据的地址信号，并将接收到的正弦波表数据进行变换处理；DA转换电路包括四个DA转换器，用于把正弦波表数据转换成模拟正弦波电压；四路模拟乘法器的用于将接收到的信号进行乘法运算；四路低通滤波器的用于将接收到的电压信号进行低通滤波处理。
进一步，所述每个波形校正模块中，均包括三角波产生电路、高速比较器、电压有效值转换电路、电流有效值转换电路、加法器、恒流电路、误差放大电路、比例放大电路、限幅电路；电压和电流有效值转换电路用于将输出电压和输出电流瞬时值转换成电压和电流有效值；恒流电路用于将输出电流有效值和设定值进行比较，在超过设定值时输出恒定电流；加法器用于将电压调节基准、输出电压有效值和恒流电路输出值相加输出给误差放大电路，作为误差放大电路的基准；误差放大电路用于将输出电压有效值和电压调节基准进行比列积分放大；电压比例放大电路用于将输出电压瞬时值和基准电压进行比例放大，校正输出电压瞬时值波形；限幅电路用于将比例放大器的输出值限定在允许范围内，确保输出电压不会超过设定值；电流比例放大电路用于将变压器初级电流进行比例放大，可以实时限定变压器初级电流；高速比较器用于将三角波和正弦波进行高速比较输出正弦脉宽调制信号。
进一步，所述控制保护和接口模块包括快速过压保护电路、快速过流保护电路、硬件逻辑控制电路、MCU微控制器、隔离缓冲器、串口隔离电平转换电路；快速过压保护电路用于对采集到的电源输出电压进行快速过压保护；快速过流保护电路用于对采集到的电源输出电流进行快速过流保护；硬件逻辑控制电路用于对电源进行故障保护和自恢复；MCU微控制器用于将采集到的电压电流信号进行数模转换，并将采集到的故障信息和数模转换数据通过串口发送，送出控制命令到硬件逻辑控制电路；隔离缓冲器用于将外部信号和MCU进行隔离；串口隔离电平转换电路用于将MCU串口电平隔离转换为外部接口电平。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)输出电压谐波小、负载动态性能好。波形校正电路中设计有电压比例放大器可以实时对输出电压进行校正，使输出电压跟踪基准电压输出谐波小。在电压比例放大器后设计有电流前馈加法器，可以有效补偿输出负载动态特性；(2)可以实现多机并联使用控制。波形校正电路中设计有误差放大器，只需要多机共用一个基准就可以保证多机输出电压一致，恒流电路可以保证多机并联时自动均流；(3)抗短路冲击且自恢复、完善的保护功能。波形校正电路中设计有恒流电路在短路冲击时电源输出恒定电流，不会因负载短路而过流损坏；在控制保护和接口模块中设计有快速过压和过流保护，可实现电源的快速保护：(4)可同时实现单相和三相中频正弦电压输出。波形产生模块中CPLD通过改变地址和内部定时器时钟可同时实现单相和三相基准中频正弦电压输出。
附图说明
图1为本发明舰载中频逆变电源控制电路的原理框图。
图2为本发明中基准波形发生模块的电路框图。
图3为本发明中波形校正模块的电路框图。
图4为本发明中控制保护和接口模块的电路框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明舰载中频逆变电源控制电路，包括基准波形产生模块、四个波形校正模块、控制保护和接口模块。所述基准波形产生模块用于输出基准波形到四个波形校正模块；所述四个波形校正模块用于输出正弦脉宽调制信号；所述控制保护和接口模块用于电压和电流保护。
如图2所示，所述基准波形产生模块包括波形存储电路、地址查询电路、DA转换电路、四路模拟乘法器和四路低通滤波器。波形存储电路由三个EEPROM(电可擦除存储器)组成，用于存储正弦波表。地址查询电路由一个CPLD(可编程逻辑器件)组成，用于产生查询EEPROM中数据的地址信号，并将接收到的正弦波表数据进行变换处理。DA转换电路包括四个DA转换器，用于把正弦波表数据转换成模拟正弦波电压。四路模拟乘法器的用于将接收到的信号进行乘法运算。四路低通滤波器的用于将接收到的电压信号进行低通滤波处理；
工作时，地址查询电路产生地址信号输入到三个EEPROM，三个EEPROM根据各自接收到的地址信号将对应地址的正弦波表数据输出到地址查询电路，地址查询电路将接收到的正弦波表数据进行变换处理后输入到四个DA转换器，四个DA转换器输出的模拟电压信号输入到四路模拟乘法器，模拟乘法器将接收到的模拟电压信号与波形校正模块中的PI(比例积分)误差放大器输出的数据进行乘法运算后输出到四路低通滤波器，四路低通滤波器将接收到的电压信号进行低通滤波处理后输出基准波形到四个波形校正模块。
如图3所示，所述每个波形校正模块中，均包括三角波产生电路、高速比较器、电压有效值转换电路、电流有效值转换电路、加法器、恒流电路、误差放大电路、比例放大电路、限幅电路。电压和电流有效值转换电路用于将输出电压和输出电流瞬时值转换成电压和电流有效值；恒流电路用于将输出电流有效值和设定值进行比较，在超过设定值时输出恒定电流；加法器用于将电压调节基准、输出电压有效值和恒流电路输出值相加输出给误差放大电路，作为误差放大电路的基准；误差放大电路用于将输出电压有效值和电压调节基准进行比列积分放大；电压比例放大电路用于将输出电压瞬时值和基准电压进行比例放大，校正输出电压瞬时值波形；限幅电路用于将比例放大器的输出值限定在允许范围内，确保输出电压不会超过设定值；电流比例放大电路用于将变压器初级电流进行比例放大，可以实时限定变压器初级电流；高速比较器用于将三角波和正弦波进行高速比较输出正弦脉宽调制信号；
工作时，电压有效值转换电路将输出电压采样信号转换为有效值电压输出到加法器，电流有效值转换电路将输出电流信号转换为有效值电流信号输出到恒流电路，恒流电路输出到加法器，加法器将有效值电压、有效值电流和电压调节基准信号进行加法运算，运算结果输出到误差放大器进行误差放大后输出到基准波形产生模块的模拟乘法器输入端，电压比例放大器将输出电压采样信号和波形产生模块的基准波形进行比例放大，放大结果输入到限幅电路，限幅电路的输出作为电流比例放大器的基准，对电感电流进行比例放大输出到限幅电路，限幅电路的输出和三角波产生电路输出的三角波信号输出到高速比较器，高速比较器进行高速比较运算后输出正弦脉宽调制信号。
如图4所示，所述控制保护和接口模块包括快速过压保护电路、快速过流保护电路、硬件逻辑控制电路、MCU(微控制单元)微控制器、隔离缓冲器、串口隔离电平转换电路。快速过压保护电路用于对采集到的电源输出电压进行快速过压保护；快速过流保护电路用于对采集到的电源输出电流进行快速过流保护；硬件逻辑控制电路用于对电源进行故障保护和自恢复；MCU微控制器用于将采集到的电压电流信号进行数模转换，并将采集到的故障信息和数模转换数据通过串口发送，送出控制命令到硬件逻辑控制电路；隔离缓冲器用于将外部信号和MCU进行隔离；串口隔离电平转换电路用于将MCU串口电平隔离转换为外部RS422接口电平；
工作时，快速过压保护和快速过流保护电路输出故障信号到硬件逻辑控制电路，硬件逻辑控制电路将故障信号和MCU微控制器发送的控制命令进行逻辑运算控制，同时将故障信息经隔离缓冲器发送到MCU微控制器，MCU微控制器对采集到的电压电流信号进行数模转换，接收按键指令；MCU经隔离缓冲器发送数据到数码管驱动显示电路，发送数据到串口隔离电平转换电路。
Claims (7)
1.一种舰载中频逆变电源控制电路，其特征在于，包括基准波形产生模块、四个波形校正模块、控制保护和接口模块；
所述基准波形产生模块用于输出基准波形到四个波形校正模块；
所述四个波形校正模块用于输出正弦脉宽调制信号；
所述控制保护和接口模块用于电压和电流保护。
2.如权利要求1所述舰载中频逆变电源控制电路，其特征在于，所述基准波形产生模块包括波形存储电路、地址查询电路、DA转换电路、四路模拟乘法器和四路低通滤波器；波形存储电路由三个EEPROM组成，用于存储正弦波表。地址查询电路由一个CPLD组成，用于产生查询EEPROM中数据的地址信号，并将接收到的正弦波表数据进行变换处理；DA转换电路包括四个DA转换器，用于把正弦波表数据转换成模拟正弦波电压；四路模拟乘法器的用于将接收到的信号进行乘法运算；四路低通滤波器的用于将接收到的电压信号进行低通滤波处理。
3.如权利要求2所述舰载中频逆变电源控制电路，其特征在于，地址查询电路产生地址信号输入到三个EEPROM，三个EEPROM根据各自接收到的地址信号将对应地址的正弦波表数据输出到地址查询电路，地址查询电路将接收到的正弦波表数据进行变换处理后输入到四个DA转换器，四个DA转换器输出的模拟电压信号输入到四路模拟乘法器，模拟乘法器将接收到的模拟电压信号与波形校正模块中的PI误差放大器输出的数据进行乘法运算后输出到四路低通滤波器，四路低通滤波器将接收到的电压信号进行低通滤波处理后输出基准波形到四个波形校正模块。
4.如权利要求1所述舰载中频逆变电源控制电路，其特征在于，所述每个波形校正模块中，均包括三角波产生电路、高速比较器、电压有效值转换电路、电流有效值转换电路、加法器、恒流电路、误差放大电路、比例放大电路、限幅电路；电压和电流有效值转换电路用于将输出电压和输出电流瞬时值转换成电压和电流有效值；恒流电路用于将输出电流有效值和设定值进行比较，在超过设定值时输出恒定电流；加法器用于将电压调节基准、输出电压有效值和恒流电路输出值相加输出给误差放大电路，作为误差放大电路的基准；误差放大电路用于将输出电压有效值和电压调节基准进行比列积分放大；电压比例放大电路用于将输出电压瞬时值和基准电压进行比例放大，校正输出电压瞬时值波形；限幅电路用于将比例放大器的输出值限定在允许范围内，确保输出电压不会超过设定值；电流比例放大电路用于将变压器初级电流进行比例放大，可以实时限定变压器初级电流；高速比较器用于将三角波和正弦波进行高速比较输出正弦脉宽调制信号。
5.如权利要求4所述舰载中频逆变电源控制电路，其特征在于，电压有效值转换电路将输出电压采样信号转换为有效值电压输出到加法器，电流有效值转换电路将输出电流信号转换为有效值电流信号输出到恒流电路，恒流电路输出到加法器，加法器将有效值电压、有效值电流和电压调节基准信号进行加法运算，运算结果输出到误差放大器进行误差放大后输出到基准波形产生模块的模拟乘法器输入端，电压比例放大器将输出电压采样信号和波形产生模块的基准波形进行比例放大，放大结果输入到限幅电路，限幅电路的输出作为电流比例放大器的基准，对电感电流进行比例放大输出到限幅电路，限幅电路的输出和三角波产生电路输出的三角波信号输出到高速比较器，高速比较器进行高速比较运算后输出正弦脉宽调制信号。
6.如权利要求1所述舰载中频逆变电源控制电路，其特征在于，所述控制保护和接口模块包括快速过压保护电路、快速过流保护电路、硬件逻辑控制电路、MCU微控制器、隔离缓冲器、串口隔离电平转换电路；快速过压保护电路用于对采集到的电源输出电压进行快速过压保护；快速过流保护电路用于对采集到的电源输出电流进行快速过流保护；硬件逻辑控制电路用于对电源进行故障保护和自恢复；MCU微控制器用于将采集到的电压电流信号进行数模转换，并将采集到的故障信息和数模转换数据通过串口发送，送出控制命令到硬件逻辑控制电路；隔离缓冲器用于将外部信号和MCU进行隔离；串口隔离电平转换电路用于将MCU串口电平隔离转换为外部接口电平。
7.如权利要求1所述舰载中频逆变电源控制电路，其特征在于，快速过压保护和快速过流保护电路输出故障信号到硬件逻辑控制电路，硬件逻辑控制电路将故障信号和MCU微控制器发送的控制命令进行逻辑运算控制，同时将故障信息经隔离缓冲器发送到MCU微控制器，MCU微控制器对采集到的电压电流信号进行数模转换，接收按键指令；MCU经隔离缓冲器发送数据到数码管驱动显示电路，发送数据到串口隔离电平转换电路。
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