CN105827134B - 多磁路低压大电流数字式交流恒流源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多磁路低压大电流数字式交流恒流源，包括用于采集负载端输出电流信号并将电流信号输送给微控制器的电流互感器、根据电流信号输出与各H桥驱动电路模块一一对应的控制信号的微控制器、H桥驱动电路模块、全桥电路及由若干升流变压器组成的多磁路变压器，多磁路变压器二次侧绕组接负载端并为各升流变压器次级线圈以串联方式连接形成，多磁路变压器一次侧绕组为各升流变压器次级线圈相互独立构成，各升流变压器、全桥电路、H桥驱动电路模块均一一对应，全桥电路与升流变压器初级线圈连接，各全桥电路接电流接入端，H桥驱动电路模块根据一个对应控制信号控制全桥电路通断。本发明具有工作稳定，抗干扰性强，损耗小，成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电源装置，确切的说是低压大电流数字式交流恒流源。
背景技术
在低压大电流领域，采用单个逆变器方案不能满足功率输出的要求，常常需要将多个逆变器并联使用以便提高其输出功率。这种逆变器并联扩容方案实现方法简单，同时可选用低功率等级的开关器件，降低了生产成本，但该方案存在环流通道，环流只在并联的逆变器之间流动，没有增加并联逆变器总电流的输出，因此环流的存在增加了线路的损耗，降低了系统输出的效率；同时，环流还会引起不均流的问题，从而会使功率器件IGBT管所承受的电流应力不均衡，影响其使用寿命，降低了并联系统的可靠性。
发明内容
本发明发明目的：为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种结构合理，工作稳定，抗干扰性强，损耗小，成本低廉的多磁路低压大电流数字式交流恒流源，而且采用电路拓扑结构便于根据实际需求进行扩展。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种多磁路低压大电流数字式交流恒流源，包括电流接入端以及负载端，其特征在于：还包括有微控制器、电流互感器、H桥驱动电路模块、全桥电路以及多磁路变压器，所述多磁路变压器包括有若干升流变压器，所述多磁路变压器的二次侧绕组为各升流变压器的次级线圈以串联方式连接形成，二次侧绕组接负载端，所述多磁路变压器的一次侧绕组为各升流变压器的次级线圈相互独立构成，各个所述升流变压器一一对应连接有一全桥电路，全桥电路的输出端与升流变压器的初级线圈连接，各所述全桥电路的控制端一一对应连接有一H桥驱动电路模块，各所述全桥电路输入端与电流接入端连接，所述电流互感器置于负载端，用于采集负载端输出电流信号，并将该电流信号输送给微控制器，所述微控制器，用于接收电流互感器的电流信号，并根据该电流信号输出与各H桥驱动电路模块一一对应的控制信号；所述H桥驱动电路模块，用于接收微控制器输出的一个对应控制信号，并根据该控制信号控制相应所述全桥电路通断。
本发明的工作原理为：由电流互感器采集负载端输出电流的大小，经过微控制器，输出多路控制信号，通过多路H桥驱动电路模块，全桥电路以及多磁路变压器后，完成将直流输入信号转换为正弦交流电流输出；采用同一微控制器分别驱动多路独立的全桥电路方式，应用多磁路变压器实现全桥电路输出回路与负载端的隔离（各全桥电路、H桥驱动单元中选用功率器件具有相同的开关特性和导通压降，多磁路变压器初级绕组的匝数和参数均为保持一致），同步输出多路驱动信号控制不同回路全桥电路导通的方式实现均流和大电流输出，保证多磁路变压器中的磁路平衡，使串联逆变系统有很强的稳定性，即使因负载的波动也不易产生全桥电路输出环路内电压的振荡；同时多磁路低压大电流数字式交流恒流源中采用电路拓扑结构，对于内部扩展，只需将上述方案中的多磁路变压器扩充，同时增加相应H桥驱动电路模块和全桥电路的数量即可，而且多个交流恒流源之间其负载端还可并可串，以满足不同使用要求；而且上述结构下，减少了高功率等级的开关器件使用，降低了开发成本和设计难度。多磁路变压器一次侧绕组的各个独立线圈（升流变压器的次级线圈）的供电电压相同，相位相同，在输入总功率一定的情况下，通过每个独立线圈的电流仅为使用单绕组隔离变压器的1/n（n为独立线圈的个数）。换而言之，基于多磁路变压器的串联逆变电路扩容方案的电流变化di/dt是基于单个磁路变压器的逆变器方案的1/n，大大减小了高次谐波对电网的污染和对控制回路的干扰。
优选的，所述升流变压器与全桥电路之间还设有各输出端的线圈匝数成倍数关系的自耦变压器以及接触器切换电路，所述自耦变压器、接触器切换电路以及升流变压器为一一对应关系，所述自耦变压器的输入端接于全桥电路的输出端，自耦变压器的各输出端接于接触器切换电路各输入端，接触器切换电路的各输入端接升流变压器的初级线圈。
通过采用上述技术方案，接触器切换电路，用于切换自耦变压器的档位，保证多磁路变压器输入电压基本一致，输出电流调节范围跨度大。
优选的，所述多磁路变压器的二次侧绕组并联有滤波电容组成滤波电路。
通过采用上述技术方案，滤波电路可去除电路产生的高次谐波分量，为负载端提供高质量的电流波形。
优选的，所述全桥电路输入端在接入电流接入端之前连接有滤波整流模块，每一全桥电路对应有一滤波整流模块。
通过采用上述技术方案，保证恒流源工作稳定可靠。
优选的，所述微控制器输出的控制信号为SPWM脉冲控制信号。
通过采用上述技术方案，控制信号稳定，抗干扰性强，提高恒流源工作稳定性。
优选的，所述微控制器与H桥驱动电路模块之间采用光纤通讯连接。
通过采用上述技术方案，保证控制信号传输的实时性，同时可避免外界因大电流突变而产生的强磁场辐射对信号控制回路的干扰。
优选的，所述H桥驱动电路模块为IGBT驱动模块。
通过采用上述技术方案，IGBT驱动模块具有节能、安装维修方便、散热、稳定等特点。
优选的，所述电流接入端接入的为单相电。
通过采用上述技术方案，结构简单，稳定性好。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明具体实施例多磁路低压大电流数字式交流恒流源原理图。
具体实施方式
参见附图1，本发明公开的一种多磁路低压大电流数字式交流恒流源，包括电流接入端U0以及负载端R，还包括有微控制器1、电流互感器2、H桥驱动电路模块3、全桥电路4以及多磁路变压器5，所述多磁路变压器5包括有若干升流变压器51，所述多磁路变压器5的二次侧绕组为各升流变压器51的次级线圈以串联方式连接形成，二次侧绕组接负载端R，所述多磁路变压器5的一次侧绕组为各升流变压器51的次级线圈相互独立构成，各个所述升流变压器51一一对应连接有一全桥电路4，全桥电路4的输出端与升流变压器51的初级线圈连接，各所述全桥电路4的控制端一一对应连接有一H桥驱动电路模块3，各所述全桥电路4输入端与电流接入端U0连接，所述电流互感器2置于负载端R，用于采集负载端R输出电流信号，并将该电流信号输送给微控制器1，所述微控制器1，用于接收电流互感器2的电流信号，并根据该电流信号输出与各H桥驱动电路3单元一一对应的控制信号；所述H桥驱动电路模块3，用于接收微控制器1输出的一个对应控制信号，并根据该控制信号控制相应所述全桥电路4通断。其中全桥电路4为电子领域常见电路，为公众所熟知，故不再赘述。
为保证多磁路变压器输入电压基本一致，所述升流变压器51与全桥电路4之间还设有各输出端的线圈匝数成倍数关系的自耦变压器6以及接触器切换电路7，所述自耦变压器6、接触器切换电路7以及升流变压器51为一一对应关系，所述自耦变压器6的输入端接于全桥电路4的输出端，自耦变压器6的各输出端接于接触器切换电路7各输入端，接触器切换电路7的各输入端接升流变压器51的初级线圈。接触器切换电路，用于切换自耦变压器的档位，保证多磁路变压器输入电压基本一致，输出电流调节范围跨度大。
为提高负载端的电流波形质量，所述多磁路变压器5的二次侧绕组并联有滤波电容C1组成滤波电路。滤波电路可去除电路产生的高次谐波分量，为负载端提供高质量的电流波形。而且在所述全桥电路4输入端在接入电流接入端U0之前连接有滤波整流模块8，每一全桥电路4对应有一滤波整流模块8。
为保证控制可靠，所述微控制器输出的控制信号为SPWM脉冲控制信号（全桥电路的控制还可为近似方波控制和脉冲宽度调制（PWM）和级联多电平控制）。所述微控制器与H桥驱动电路模块之间采用光纤通讯连接。所述H桥驱动电路模块为IGBT驱动模块。采用基于高速光纤通信的SPWM驱动控制脉冲，能够保证各串联逆变电路输出电压信号的同步性，保证占空比控制信号传输的实时性，同时可避免外界因大电流突变而产生的强磁场辐射对信号控制回路的干扰。
本发明的工作原理为：由电流互感器采集负载端输出电流的大小，经过微控制器，输出多路控制信号（SPWM），通过多路H桥驱动电路模块（IGBT驱动模块），全桥电路以及多磁路变压器后，完成将直流输入信号转换为正弦交流电流输出。
优点为：采用同一微控制器分别驱动多路独立的全桥电路方式（各全桥电路、H桥驱动单元中选用功率器件具有相同的开关特性和导通压降，多磁路变压器初级绕组的匝数和参数均为保持一致），应用多磁路变压器实现全桥电路输出回路与负载端的隔离，同步输出多路驱动信号控制不同回路全桥电路导通的方式实现均流和大电流输出，保证多磁路变压器中的磁路平衡，使串联逆变系统有很强的稳定性，即使因负载的波动也不易产生全桥电路输出环路内电压的振荡；同时多磁路低压大电流数字式交流恒流源中采用电路拓扑结构对于内部扩展，只需将上述方案中的多磁路变压器扩充，同时增加相应H桥驱动电路模块和全桥电路的数量即可，而且多个交流恒流源之间其负载端还可并可串，以满足不同使用要求；而且上述结构下，减少了高功率等级的开关器件使用，降低了开发成本和设计难度。多磁路变压器一次侧绕组的各个独立线圈（升流变压器的次级线圈）的供电电压相同，相位相同，在输入总功率一定的情况下，通过每个独立线圈的电流仅为使用单绕组隔离变压器的1/n（n为独立线圈的个数）。换而言之，基于多磁路变压器的串联逆变电路扩容方案的电流变化di/dt是基于单个磁路变压器的逆变器方案的1/n，大大减小了高次谐波对电网的污染和对控制回路的干扰。
Claims (7)
1.一种多磁路低压大电流数字式交流恒流源，包括电流接入端以及负载端，其特征在于：还包括有微控制器、电流互感器、H桥驱动电路模块、全桥电路以及多磁路变压器，所述多磁路变压器包括有若干升流变压器，所述多磁路变压器的二次侧绕组为各升流变压器的次级线圈以串联方式连接形成，二次侧绕组接负载端，所述多磁路变压器的一次侧绕组为各升流变压器的初级线圈相互独立构成，各个所述升流变压器一一对应连接有一全桥电路，全桥电路的输出端与升流变压器的初级线圈连接，各所述全桥电路的控制端一一对应连接有一H桥驱动电路模块，各所述全桥电路输入端与电流接入端连接，所述电流互感器置于负载端，用于采集负载端输出的电流信号，并将该电流信号输送给微控制器，所述微控制器，用于接收电流互感器的电流信号，并根据该电流信号输出与各H桥驱动电路模块一一对应的控制信号；所述H桥驱动电路模块，用于接收微控制器输出的一个对应控制信号，并根据该控制信号控制相应所述全桥电路通断；
所述升流变压器与全桥电路之间还设有各输出端的线圈匝数成倍数关系的自耦变压器以及接触器切换电路，所述自耦变压器、接触器切换电路以及升流变压器为一一对应关系，所述自耦变压器的输入端接于全桥电路的输出端，自耦变压器的各输出端接于接触器切换电路各输入端，接触器切换电路的各输入端接升流变压器的初级线圈；
由电流互感器采集负载端输出电流的大小，经过微控制器，输出多路控制信号，通过多路H桥驱动电路模块，全桥电路以及多磁路变压器后，完成将直流输入信号转换为正弦交流电流输出；
采用同一微控制器分别驱动多路独立的全桥电路方式，应用多磁路变压器实现全桥电路输出回路与负载端的隔离，各全桥电路、H桥驱动电路模块中选用的功率器件具有相同的开关特性和导通压降，多磁路变压器一次侧绕组的匝数和参数均为保持一致，同步输出多路驱动信号控制不同回路的全桥电路导通，以实现均流和大电流输出，保证多磁路变压器中的磁路平衡。
2.根据权利要求1所述多磁路低压大电流数字式交流恒流源，其特征在于：所述多磁路变压器的二次侧绕组并联有滤波电容组成滤波电路。
3.根据权利要求1所述多磁路低压大电流数字式交流恒流源，其特征在于：所述全桥电路输入端在接入电流接入端之前连接有滤波整流模块，每一全桥电路对应有一滤波整流模块。
4.根据权利要求1所述多磁路低压大电流数字式交流恒流源，其特征在于：所述微控制器输出的控制信号为SPWM脉冲控制信号。
5.根据权利要求1或4所述多磁路低压大电流数字式交流恒流源，其特征在于：所述微控制器与H桥驱动电路模块之间采用光纤通讯连接。
6.根据权利要求1或4所述多磁路低压大电流数字式交流恒流源，其特征在于：所述H桥驱动电路模块为IGBT驱动模块。
7.根据权利要求1所述多磁路低压大电流数字式交流恒流源，其特征在于：所述电流接入端接入的为单相电。
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