CN107863890B - 一种可拓宽输出电压范围的交流电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可拓宽输出电压范围的交流电源，属于电源的技术领域。该电源包括：主功率变压器、交流分量采样变压器、直流分量采样变压器、差动放大器、差动积分器、误差放大器，将交流成分和直流成分叠加起来进行输出采样，完整反馈交流电源的输出使得环路稳定，实现了闭环控制；对功放输出的直流分量进行采样和闭环控制消除了环路内的直流分量，主功率变压器不再因直流分量而饱和，实现了主功率变换器的升降压功能，提高交流电源带感性负载的能力。

Description

一种可拓宽输出电压范围的交流电源
技术领域
本发明公开一种可拓宽输出电压范围的交流电源，特别涉及一种具有升压降压装置的可拓宽输出电压范围的线性交流电源，属于电源的技术领域。
背景技术
采用模拟方式做的AC电源以直接耦合的方式输出并通过主功率变压器提升或降低输出电压，最大输出电压可达300V。该AC电源存在以下问题需要解决：
(1)因电源中升压变压器是对功放的输出量进行升压，功放输出既包含交流分量也包含直流分量，功放输出的交流分量使得电源整机的环路内存在一定的直流分量，该直流分量会使主功率变压器饱和进而导致主功率变压器不能升压或降压；
(2)为了保证变压器的次级电压不会因带载而跌落，我们需要采样变压器的次级输出电压，由于变压器不能耦合直流分量，因此采用变压器采集主功率变压器次级输出时不能完整反映AC电源的整机输出，进而导致AC电源不能实现闭环控制；
(3)没有自动校零电路的AC电源会因器件的原因产生直流分量的输出，直流分量的输出影响了AC电源带感性负载的能力。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种可拓宽输出电压范围的交流电源，实现了AC电源输出量的完整反馈并消除了环路内的直流分量，解决了现有交流电源不能完整反映AC电源的整机输出、带感性负载能力不佳的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种交流电源的升降压装置，包括：
交流分量采样变压器，其原边绕组的一端与交流电源中主功率变压器副边的火线输出端连接，其原边绕组的另一端与主功率变压器副边的零线输出端连接，其原边绕组与主功率变压器副边火线输出端连接的一端和其副边绕组与直流分量采样变压器副边绕组连接的一端互为同名端，其匝数比与主功率变压器匝数比互为倒数，
直流分量采样变压器，其原边绕组的一端与功放输出端的火线连接，其原边绕组的另一端、其副边绕组的一端均与功放输出端的零线连接，其副边绕组的另一端与交流分量采样变压器副边绕组的一端连接，其原边绕组与功放输出端火线连接的一端和其副边绕组与交流分量采样单元变压器副边绕组连接的一端互为同名端，其匝数比为1:1，
差动放大器，其反相输入端接功放输出端的火线，其同相输入端接交流分量采样变压器副边绕组的另一端，
误差放大器，其输入端接基准信号和差动放大器的输出端，其输出端接功放的输入端。
一种可拓宽输出电压范围的交流电源，包括：功放和主功率变压器，主功率变压器原边绕组的一端与功放输出端的火线连接，主功率变压器原边绕组的另一端与功放输出端的零线连接，主功率变压器原边绕组与功放输出端火线连接的一端和主功率变压器副边的火线输出端互为同名端，
交流电源还包括：
交流分量采样变压器，其原边绕组的一端与主功率变压器副边的火线输出端连接，其原边绕组的另一端与主功率变压器副边的零线输出端连接，其原边绕组与主功率变压器副边火线输出端连接的一端和其副边绕组与直流分量采样变压器副边绕组连接的一端互为同名端，其匝数比与主功率变压器匝数比互为倒数，
直流分量采样变压器，其原边绕组的一端与功放输出端的火线连接，其原边绕组的另一端、其副边绕组的一端均与功放输出端的零线连接，其副边绕组的另一端与交流分量采样变压器副边绕组的一端连接，其原边绕组与功放输出端火线连接的一端和其副边绕组与交流分量采样单元变压器副边绕组连接的一端互为同名端，其匝数比为1:1，
差动放大器，其反相输入端接功放输出端的火线，其同相输入端接交流分量采样变压器副边绕组的另一端，
差动积分器，其反向输入端接功放输出端的火线，其同相输入端接接功放输出的零线，
误差放大器，其输入端接基准信号和差动放大器的输出端、差动积分器的输出端，其输出端接功放的输入端。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：将交流成分和直流成分叠加起来进行输出采样，完整反馈交流电源的输出使得环路稳定，实现了闭环控制；对功放输出的直流分量进行采样和闭环控制消除了环路内的直流分量，主功率变压器不再因直流分量而饱和，实现了主功率变换器的升降压功能，提高交流电源带感性负载的能力。
附图说明
图1为本发明交流电源的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
本发明公开的一种交流电源的升降压装置如图1所示，包括：交流分量采样变压器、直流分量采样变压器、差动放大器、误差放大器。交流分量采样变压器原边绕组的一端与交流电源中主功率变压器副边的火线输出端连接，交流分量采样变压器原边绕组的另一端与主功率变压器副边的零线输出端连接，交流分量采样变压器原边绕组与主功率变压器副边火线输出端连接的一端和交流分量采样变压器副边绕组与直流分量采样变压器副边绕组连接的一端互为同名端，交流分量采样变压器其匝数比与主功率变压器匝数比互为倒数。直流分量采样变压器原边绕组的一端与功放输出端的火线连接，直流分量采样变压器原边绕组的另一端、直流分量采样变压器副边绕组的一端均与功放输出端的零线连接，直流分量采样变压器副边绕组的另一端与交流分量采样变压器副边绕组的一端连接，直流分量采样变压器原边绕组与功放输出端火线连接的一端和直流分量采样变压器副边绕组与交流分量采样单元变压器副边绕组连接的一端互为同名端，直流分量采样变压器匝数比为1:1。差动放大器反相输入端接功放输出端的火线，差动放大器同相输入端接交流分量采样变压器副边绕组的另一端。误差放大器输入端接基准信号和差动放大器的输出端，误差放大器输出端接功放的输入端。
本发明公开的一种可拓宽输出电压范围的交流电源如图1所示，包括：功放和主功率变压器，主功率变压器原边绕组的一端与功放输出端的火线连接，主功率变压器原边绕组的另一端与功放输出端的零线连接，主功率变压器原边绕组与功放输出端火线连接的一端和主功率变压器副边的火线输出端互为同名端。交流电源还包括：交流分量采样变压器、直流分量采样变压器、差动放大器、差动积分器、误差放大器。交流分量采样变压器原边绕组的一端与主功率变压器副边的火线输出端连接，交流分量采样变压器原边绕组的另一端与主功率变压器副边的零线输出端连接，交流分量采样变压器原边绕组与主功率变压器副边火线输出端连接的一端和交流分量采样变压器副边绕组与直流分量采样变压器副边绕组连接的一端互为同名端，交流分量采样变压器匝数比与主功率变压器匝数比互为倒数。直流分量采样变压器原边绕组的一端与功放输出端的火线连接，直流分量采样变压器原边绕组的另一端、直流分量采样变压器副边绕组的一端均与功放输出端的零线连接，直流分量采样变压器副边绕组的另一端与交流分量采样变压器副边绕组的一端连接，直流分量采样变压器原边绕组与功放输出端火线连接的一端和直流分量采样变压器副边绕组与交流分量采样单元变压器副边绕组连接的一端互为同名端，直流分量采样变压器匝数比为1:1。差动放大器反相输入端接功放输出端的火线，差动放大器同相输入端接交流分量采样变压器副边绕组的另一端。差动积分器反向输入端接功放输出端的火线，差动积分器同相输入端接接功放输出的零线。误差放大器输入端接基准信号和差动放大器的输出端、差动积分器的输出端，误差放大器输出端接功放的输入端。
主功率变压器初级线圈和次级线圈的匝数比为1：n，其中，初级线圈接到功放的输出端，次级线圈连接到负载，完成升压或者降压功能。
由于功放的输出电压值中包含了直流分量和交流分量，如果直接对功放的输出进行升/降压处理，直流分量会使主功率变压器饱和进而造成主功率变压器不能正常工作。因此，我们需尽可能地减小输出电压中的直流成分，本申请将功放输出的交流量加入反馈调节以减小输出电压中的直流分量，通过级联变压器的方式反馈功放输出以达到升/降压的效果。
(一)首先，减小直流分量
我们采样差动积分器来采样功放输出端的分量，其传输出递函数如下：
其中，v2(t)-v1(t)＝vsin(ωt)+VDC，
故，
从以上公式来看，VO(t)中的直流成分会随着时间t的增加而增加，VO(t)中的交流量是一个周期值，使VO(t)中的交流量参与反馈可以减小输出量中的直流分量以达到将直流分量控制在一定的范围之内，但是这个直流分量也是一个变化的值。通过上面的这个差动积分电路，可以使得功放能够级联主功率变压器并且不会导致主功率变压器饱和。
(二)接着，在上述减小直流分量的基础上论述升/降压原理
交流分量采样变压器初级线圈和次级线圈的匝数比为n:1，其初级圈和主功率变压器的次级线圈并联，交流分量采样变压器线圈的3脚端连接直流分量采样变压器线圈3脚，交流分量采样变压器线圈的4脚接到差动放大器的同相输入端。
直流分量采样变压器初级线圈和次级线圈的匝数比为1：1，其中，线圈的1脚、2脚分别连接到功放输出的L线、N线，线圈的4脚连到线圈的2脚。
交流分量采样变压器初级线圈采样主功率变压的次级电压，设交流分量采样变压器次级电压的值为V1直流采样变压器是一个匝数比为1:1的变压器，直流采样变压器次级电压为一个交流电压V2，V1和V2同相位且量值相等。
由于直流采样变压器线圈的2脚和4脚短接，直流采样变压器线圈3脚的交流电压值和1脚的交流电压值是相等的，但是直流采样变压器线圈1脚的电压值中包含了直流分量和交流分量，那么，线圈1脚和线圈3脚之间的差值就为一个直流电压值V3。主功率变压器线圈1脚和交流分量采样变压器线圈4脚之间的电压差值就为V1+V3，把直流采样变压器线圈的1脚接到差动放大器的反相输入端。
这样就把功放输出包含的直流分量和交流分量作了完整的反馈。
综上，本申请将交流成分和直流成分叠加起来进行输出采样，完整反馈交流电源的输出使得环路稳定，实现了闭环控制；对功放输出的直流分量进行采样和闭环控制消除了环路内的直流分量，主功率变压器不再因直流分量而饱和，实现了主功率变换器的升降压功能，提高交流电源带感性负载的能力。

Claims (1)

1.一种可拓宽输出电压范围的交流电源，包括：功放和主功率变压器，主功率变压器原边绕组的一端与功放输出端的火线连接，主功率变压器原边绕组的另一端与功放输出端的零线连接，主功率变压器原边绕组与功放输出端火线连接的一端和主功率变压器副边的火线输出端互为同名端，其特征在于，所述交流电源还包括：
交流分量采样变压器，其原边绕组的一端与主功率变压器副边的火线输出端连接，其原边绕组的另一端与主功率变压器副边的零线输出端连接，其原边绕组与主功率变压器副边火线输出端连接的一端和其副边绕组与直流分量采样变压器副边绕组连接的一端互为同名端，其匝数比与主功率变压器匝数比互为倒数，
直流分量采样变压器，其原边绕组的一端与功放输出端的火线连接，其原边绕组的另一端、其副边绕组的一端均与功放输出端的零线连接，其副边绕组的另一端与交流分量采样变压器副边绕组的一端连接，其原边绕组与功放输出端火线连接的一端和其副边绕组与交流分量采样变压器副边绕组连接的一端互为同名端，其匝数比为1:1，
差动放大器，其反相输入端接功放输出端的火线，其同相输入端接交流分量采样变压器副边绕组的另一端，
差动积分器，其反相输入端接功放输出端的火线，其同相输入端接功放输出的零线，
误差放大器，其输入端接基准信号和差动放大器的输出端、差动积分器的输出端，其输出端接功放的输入端。
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