CN106972739A - 一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置 - Google Patents

一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，包括控制器、可控硅模块、IGBT模块、PWM放大电路，可控硅模块输入端组连接外部电源，可控硅模块输出端组连接IGBT模块的输入端组，其特征在于：所述IGBT模块的输出端组连接有负载切换继电器，所述IGBT模块经负载切换继电器的交流供电端组向外输出交流电，IGBT模块还经负载切换继电器的直流供电端组向外输出直流电；采用本发明的有益效果：发电机与电焊机的电源一体化设计，将输出交流电和输出直流电系统集成到一套设备中，进行输出功率控制，降低了产品的制造和使用成本。

Description

一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体是一种能驱动电焊机的带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置。
背景技术
机电设备需要市电交流网络供电或者发电机进行供电，当接入发电机交流电后，对于使用交流供电的机电设备，需要对交流电的频率进行变频，对交流电的电压进行变压，才能让机电设备正常工作；对于使用直流供电的机电设备，还需要将交流电变换为直流电,使用整流器将来自于各种交流电源的电能转换成设备工作需要的直流电，实现交流电转直流电的功能。而对于直流供电系统，在机电设备需要交流供电时，通常采用逆变器将各种直流电转换成交流电供给后级设备使用；在机电设备需要直流供电时，也需根据机电设备对于工作电流电压输入要求采用直流转直流转换器，用将一种直流电转换成另一种直流电或者进行相互转换，二者之间的电压等级不同；
随着开关电源技术的迅速发展和应用普及，轻便节能智能化的各种使用直流、变频交流供电的电器、移动电力机械，电动里的车辆园林机械、动力电池的充电器、变频发电机、DC-DC变压器、迅速取代原来粗、大、笨的机电设备机具，成为主流。
通常的电焊机设置有整流模块、可控硅和IGBT组成的逆变电路、再加上滤波电路，变压器，但现有电焊机仅用于电焊输出，如果需要向外提供交流或者直流输出，只能通过另外的变频器、整流器和逆变器所构成的组合设备来实现。
这些新型机电工具因其用途其电源都是标准和额定的，工频交流有50/60HZ分别，电压有220/110/36/…，…12V高低区别，有的工具还需要程控或闭环控制这种智能化功能，比如动力电磁充电，直流电焊机焊接，变频电机调速等。因此必须使用相应的电源适配器。
对于家庭、小型企业、研发企业、修理厂离不开使用多种电动机具、备用电源或发电设备。他们当然希望有一种多用的能够输入市电、电池、变频发电机的电能转换成智能的交流或直流都有的，电压可调控的电源转换装置了，而不必同时配置许多电源适配器。而现有技术未能提供和适合的产品，无形中提高了使用成本。
现有技术的缺点是：虽然经常同时使用，但发电机与电焊机的供电电源分离，三者没有集成，无形中提高了使用成本。
发明内容
针对现有技术的缺点，本实发明提供一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，发电机与电焊机的电源实现一体化设计，可以降低制造和使用成本，同时，能够提供电焊用直流输出和交流供电输出。
能够输入市电、电池、变频发电机的电能，并将其转换成智能的交流或直流都有的、电压可调控。由于增加了用途，降低了闲置率，制造和使用成本都得到了降低。
为达到上述目的，本技术方案如下：
一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，包括控制器、可控硅模块、IGBT模块、PWM放大电路，可控硅模块输入端组连接外部电源，可控硅模块输出端组连接IGBT模块的输入端组，其关键在于：
所述IGBT模块的输出端组连接有负载切换继电器，所述IGBT模块经负载切换继电器的交流供电端组向外输出交流电，IGBT模块还经负载切换继电器的直流供电端组向外输出电焊用直流电；
所述控制器的功率控制端连接所述可控硅模块的控制端；
所述控制器的驱动端组连接所述IGBT模块的控制端；
所述控制器的切换控制端连接所述负载切换继电器的控制端。
一体化设计，发电机与电焊机共享电源处理电路，降低制造和使用成本。通过所述控制器的对可控硅模块和IGBT模块的控制，实现电焊机向外输出交流的功率控制；通过上述控制器的切换控制实现电焊机向外输出电焊用直流电和向外输出交流电的输出切换。
进一步地，所述IGBT模块经所述负载切换继电器的交流供电端组连接滤波模块，所述滤波模块输出交流电。所述滤波模块实现了交流电的滤波。
进一步地，所述IGBT模块经所述负载切换继电器的直流供电端组连接变压整流模块，所述变压整流模块输出直流电。所述变压整流模块实现了直流电变压、整流。
进一步地，所述控制器的负载类型选择端连接转换开关；所述控制器的负载切换端连接负载切换继电器的感应线圈J6；
所述负载切换继电器的常闭开关组连接所述IGBT模块输出端组与滤波模块输入端组，滤波模块的输出端组输出交流电，滤波模块的输出端设置有交流传感器，该交流传感器连接所述控制器的交流负载反馈端；
所述负载切换继电器的常开开关组连接所述IGBT模块输出端组与变压整流模块输入端组，变压整流模块的输出端组输出直流电，变压整流模块的输出端设置有直流传感器。
控制器通过连接的转换开关识别所需要向外输出的类型，控制器通过负载切换继电器实现向外输出交流电和向外输出直流电的自动切换。
进一步地，所述变压整流模块由变压器和二极管组构成，所述负载切换继电器的直流供电端组连接该变压器的初级绕组，该变压器的次级绕组通过该二极管组输出直流电，该直流供电端组还连接直流传感器，该直流传感连接所述控制器的直流负载反馈端。
负载切换继电器输出通过变压器变压，二极管对变压后的直流电进行整流，直流传感器对经过变压整流模块后的直流电进行采样，并将采样结果传输给控制器。
进一步地，所述控制器的功率调节端连接电压和功率调节旋钮；
所述控制器的功率控制端连接有三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极连接光耦OC1的发光管负极，光耦OC1的发光管正极连接电压比较器IC2A的输出端，电压比较器IC2A反向输入端采集可控硅模块的输出电压值，电压比较器IC2A同向输入端获取比较阈值；
光耦OC1的接收管连接可控硅模块的控制端。
通过调节控制器的电压和功率调节旋钮，实现电焊机向外输出电焊用直流电和向外输出交流电的功率额定值设定，通过控制器的功率控制功能实现了对输出功率的控制。
进一步地，还设置有控制电源，该控制电源为所述IGBT模块提供有Vc1、Vc2、Vc3三路直流电源，控制电源还输出工作电源给所述控制器。
所述控制电源为装置的各个模块提供低压直流供电。
进一步地，所述控制器的外部电源判断输入端连接检测模块的输出端，所述检测模块的采样端连接外部电源的输入端，所述控制器的熄火控制端连接发电机熄火开关。
所述控制器通过检测模块是被外部电源输入类型，控制器根据外部电源性质判断发动机工作或者熄火。
进一步地，所述控制器的驱动端组连接所述PWM放大电路的输入端组，所述PWM放大电路的输出端输出至所述IGBT模块的控制端。
所述控制器输出的PWM控制信号经过PWM放大电路放大后再输出至IGBT模块的控制端，实现对IGBT模块的控制。
进一步地，所述控制器内设置有：
用于判断是否为直流供电的装置；
如果为直流供电，则进入多功能直流供电系统；
如果为交流供电，则进入交流供电系统；
所述多功能直流供电系统为：
用于判断是否为市电输入装置；
如果为市电输入，则进入发电机熄火控制装置；
用于获取直流负载信号的装置；
用于计算可控硅导通角的装置；
用于控制可控硅的装置；
返回所用于获取直流负载信号的装置；
如果是发电机输入，则进入保持发电机工作的装置；
用于获取直流负载信号的装置；
用于计算可控硅导通角的装置；
用于控制可控硅的装置；
返回所用于获取直流负载信号的装置；
所述交流供电系统为：
用于获取交流负载信号的装置；
用于计算可控硅导通角的装置；
用于控制可控硅的装置；
返回所述用于获取交流负载信号的装置。
采用本发明的有益效果：发电机与电焊机的电源一体化设计，降低了产品的制造和使用成本，能够输入市电、电池、变频发电机的电能，并将其转换成智能的交流或直流都有的、电压可调控。由于增加了用途，降低了闲置率，制造和使用成本都得到了降低。同时，还具备以下优势：
一、既能向外输出交流电，又能向外输出电焊用直流电；
二、能够进行输出功率控制；
三、能够将输出交流电和输出直流电系统集成到一套设备中。
附图说明
图1为系统框图；
图2为控制器工作流程图；
图3为控制器模块的电路图；
图4为可控硅模块的电路图；
图5为PWM放大电路的电路图；
图6为H桥及H桥驱动电路的电路图；
图7为H桥保护电路的电路图；
图8为控制电源的电路图
图9为变压整流模块的电路图；
图10为滤波模块的电路图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种带直流和交流输出的多用途电源，包括控制器1、可控硅模块2、IGBT模块3、PWM放大电路4，可控硅模块2输入端组连接外部电源10，可控硅模块2输出端组连接IGBT模块3的输入端组，其特征在于：所述IGBT模块3的输出端组连接有负载切换继电器5，所述IGBT模块3经负载切换继电器5的交流供电端组向外输出交流电，IGBT模块3还经负载切换继电器5的直流供电端组向外输出电焊用直流电；
所述控制器1的功率控制端连接所述可控硅模块2的控制端；
所述控制器1的驱动端组连接所述IGBT模块3的控制端；
所述控制器1的切换控制端连接所述负载切换继电器5的控制端。
如图1、3、10所示，所述IGBT模块3经所述负载切换继电器5的交流供电端组连接滤波模块8，所述滤波模块8输出交流电。交流电的两路输出导线中都安装有感应器，感应器之间串有电容。
如图1、3、9所示，所述IGBT模块3经所述负载切换继电器5的直流供电端组连接变压整流模块7，所述变压整流模块7输出直流电。
如图1、4、5、6、7所示，IGBT模块3经保护电路保护，经驱动电路驱动。
IGBT模块3输出交流电经变压器降压后，由半桥整形后，经电感滤波输出直流电。
如图1、3所示，所述控制器1的负载类型选择端连接转换开关101；
如图1、3所示，所述控制器1的负载切换端连接负载切换继电器5的感应线圈J6；
所述负载切换继电器5的常闭开关组连接所述IGBT模块3输出端组与滤波模块8输入端组，滤波模块8的输出端组输出交流电，滤波模块8的输出端设置有交流传感器104，该交流传感器104连接所述控制器1的交流负载反馈端；
所述负载切换继电器5的常开开关组连接所述IGBT模块3输出端组与变压整流模块7输入端组，变压整流模块7的输出端组输出直流电，变压整流模块7的输出端设置有直流传感器103。
所述变压整流模块7由变压器和二极管组构成，所述负载切换继电器5的直流供电端组连接该变压器的初级绕组，该变压器的次级绕组通过该二极管组
输出直流电，该直流供电端组还连接直流传感器103，该直流传感器103连接所述控制器1的直流负载反馈端。
所述控制器1的功率调节端连接电压和功率调节旋钮102；
如图4所示，所述控制器1的功率控制端连接有三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极连接光耦OC1的发光管负极，光耦OC1的发光管正极连接电压比较器IC2A的输出端，电压比较器IC2A反向输入端采集可控硅模块2的输出电压值，电压比较器IC2A同向输入端获取比较阈值；
光耦OC1的接收管连接可控硅模块2的控制端。
如图8所示，还设置有控制电源6，该控制电源6为所述IGBT模块3提供有Vc1、Vc2、Vc3三路直流电源，控制电源6还输出工作电源给所述控制器1。
所述控制器1的外部电源判断输入端连接检测模块(9)的输出端，所述检测模块(9)的采样端连接外部电源10的输入端，所述控制器1的熄火控制端连接发电机熄火开关11。
所述控制器1的驱动端组连接所述PWM放大电路4的输入端组，所述PWM放大电路4的输出端输出至所述IGBT模块3的控制端。
如图2所示，所述控制器1内设置有：
用于判断是否为直流供电的装置；为电焊机进行直流供电。
如果为直流供电，则进入多功能直流供电系统；
如果为交流供电，则进入交流供电系统；
所述多功能直流供电系统为：
用于判断是否为市电输入装置；
如果为市电输入，则进入发电机熄火控制装置；
用于获取直流负载信号的装置；
用于计算可控硅导通角的装置；
用于控制可控硅的装置；
返回所用于获取直流负载信号的装置；
如果是发电机输入，则进入保持发电机工作的装置；
用于获取直流负载信号的装置；
用于计算可控硅导通角的装置；
用于控制可控硅的装置；
返回所用于获取直流负载信号的装置；
所述交流供电系统为：
用于获取交流负载信号的装置；
用于计算可控硅导通角的装置；
用于控制可控硅的装置；
返回所述用于获取交流负载信号的装置。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，包括控制器(1)、可控硅模块(2)、IGBT模块(3)、PWM放大电路(4)，可控硅模块(2)输入端组连接外部电源(10)，可控硅模块(2)输出端组连接IGBT模块(3)的输入端组，其特征在于：所述IGBT模块(3)的输出端组连接有负载切换继电器(5)，所述IGBT模块(3)经负载切换继电器(5)的交流供电端组向外输出交流电，IGBT模块(3)还经负载切换继电器(5)的直流供电端组向外输出直流电；
所述控制器(1)的功率控制端连接所述可控硅模块(2)的控制端；
所述控制器(1)的驱动端组连接所述IGBT模块(3)的控制端；
所述控制器(1)的切换控制端连接所述负载切换继电器(5)的控制端。
2.根据权利要求1所述的一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，其特征在于：
所述IGBT模块(3)经所述负载切换继电器(5)的交流供电端组连接滤波模块(8)，所述滤波模块(8)输出交流电。
3.根据权利要求1所述的一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，其特征在于：
所述IGBT模块(3)经所述负载切换继电器(5)的直流供电端组连接变压整流模块(7)，所述变压整流模块(7)输出直流电。
4.根据权利要求2或3所述的一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，其特征在于：
所述控制器(1)的负载类型选择端连接转换开关(101)；
所述控制器(1)的负载切换端连接负载切换继电器(5)的感应线圈J6；
所述负载切换继电器(5)的常闭开关组连接所述IGBT模块(3)输出端组与滤波模块(8)输入端组，滤波模块(8)的输出端组输出交流电，滤波模块(8)的输出端设置有交流传感器(104)，该交流传感器(104)连接所述控制器(1)的交流负载反馈端；
所述负载切换继电器(5)的常开开关组连接所述IGBT模块(3)输出端组与变压整流模块(7)输入端组，变压整流模块(7)的输出端组输出直流电，变压整流模块(7)的输出端设置有直流传感器(103)。
5.根据权利要求4所述的一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，其特征在于：
所述变压整流模块(7)由变压器和二极管组构成，所述负载切换继电器(5)的直流供电端组连接该变压器的初级绕组，该变压器的次级绕组通过该二极管组输出直流电，该直流供电端组还连接直流传感器(103)，该直流传感器(103)连接所述控制器(1)的直流负载反馈端。
6.根据权利要求1所述的一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，其特征在于：
所述控制器(1)的功率调节端连接电压和功率调节旋钮(102)；
所述控制器(1)的功率控制端连接有三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极连接光耦OC1的发光管负极，光耦OC1的发光管正极连接电压比较器IC2A的输出端，电压比较器IC2A反向输入端采集可控硅模块(2)的输出电压值，电压比较器IC2A同向输入端获取比较阈值；
光耦OC1的接收管连接可控硅模块(2)的控制端。
7.根据权利要求1所述的一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，其特征在于：还设置有控制电源(6)，该控制电源(6)为所述IGBT模块(3)提供有Vc1、Vc2、Vc3三路直流电源，控制电源(6)还输出工作电源给所述控制器(1)。
8.根据权利要求1所述的一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，其特征在于：
所述控制器(1)的外部电源判断输入端连接检测模块(9)的输出端，所述检测模块(9)的采样端连接外部电源(10)的输入端，所述控制器(1)的熄火控制端连接发电机熄火开关(11)。
9.根据权利要求1所述的一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，其特征在于：
所述控制器(1)的驱动端组连接所述PWM放大电路(4)的输入端组，所述PWM放大电路(4)的输出端输出至所述IGBT模块(3)的控制端。
10.根据权利要求1所述的一种带直流和交流输出的便携可程式多功能电源转换装置，其特征在于：
所述控制器(1)内设置有：
用于判断是否为直流供电的装置；
如果为直流供电，则进入多功能直流供电系统；
如果为交流供电，则进入交流供电系统；
所述多功能直流供电系统为：
用于判断是否为市电输入装置；
如果为市电输入，则进入发电机熄火控制装置；
用于获取直流负载信号的装置；
用于计算可控硅导通角的装置；
用于控制可控硅的装置；
返回所用于获取直流负载信号的装置；
如果是发电机输入，则进入保持发电机工作的装置；
用于获取直流负载信号的装置；
用于计算可控硅导通角的装置；
用于控制可控硅的装置；
返回所用于获取直流负载信号的装置；
所述交流供电系统为：
用于获取交流负载信号的装置；
用于计算可控硅导通角的装置；
用于控制可控硅的装置；
返回所述用于获取交流负载信号的装置。
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