CN108512414A - 一种高精度数控恒能量斩波电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度数控恒能量斩波电源电路，属于电力电子领域。由主输出回路和控制回路组成，主回路由直流电源、恒能量斩波桥、输出缓冲电路构成；控制回路由微控制器、光电耦合电路、输入电压电流检测、输出电压电流检测、微控制器供电电路、显示电路、按键设置电路组成，微控制器供电电路、恒能量斩波桥、输出缓冲电路、输出电压电流检测依次连接，恒能量斩波桥与光电耦合电路连接，输入电压电流检测、输出电压电流检测、光电耦合电路、显示电路和按键设置电路分别与微控制器电性连接。本发明具有低损耗，多输出模式，能自动追踪负载状态进行动态调整。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度数控恒能量斩波电源电路，属于电力电子领域。
背景技术
电源是电子设备的心脏设备，为电子设备提供动力，其性能的优劣直接关系着电子设备的可靠性，在不同的应用领域，对电源的要求也是不同的。按电源的输出特性，直流电源可分为恒压源，恒流源，恒功率源。
恒压源是指输出电压固定，输出电流随负载的变化而变化，在通信、家用电器，数字电路等领域有着广泛的应用；恒流源是指输出电流固定，输出电压随负载的变化而变化，其在LED驱动电源、电真空器件、自动化仪表及模拟集成电路中有着广泛的应用；恒功率源是指输出功率固定，输出电压、电流随负载的变化而变化，在工艺操作电源中有广泛的应用，如弧焊电源，在不同的阶段，有不同的工作模式。
目前，不论是恒压源、恒流源、恒功率源的实现方法多采用线性电源、开关电源或线性电源与开关电源组合的方式，传统的电压型或电流型传输模式下，电源面临开关损耗、功率开关器件易损坏的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中易烧毁电源、器件的问题，提出一种高精度数控恒能量斩波电源电路，采用功率型变流传输模式，根据设定值、负载情况，输入状态动态调整功率开关器件的开通和关断。功率器件在自然零开关状态下开通和关断，当负载端发生短路故障时，短路点的电功率是一个确定的控制值，采用普通的熔断方式进行保护可以不烧毁功率器件和负载。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高精度数控恒能量斩波电源电路，由主输出回路和控制回路组成，所述主回路由直流电源E、恒能量斩波桥2、输出缓冲电路3构成；所述控制回路由微控制器7、光电耦合电路5、输入电压电流检测1、输出电压电流检测4、微控制器供电电路9、显示电路6、按键设置电路8组成，微控制器供电电路9、恒能量斩波桥2、输出缓冲电路3、输出电压电流检测4依次连接，恒能量斩波桥2与光电耦合电路5连接，输入电压电流检测1、输出电压电流检测4、光电耦合电路5、显示电路6和按键设置电路8分别与微控制器7电性连接。
所述直流电源E的正极连接到恒能量斩波桥2的输入端P1，直流电源E的负极构成主输出回路的公共接地端，其分别与缓冲电路3中的高速二极管D5的正端、缓冲电容C2的一端连接，缓冲电容C2的另一端缓冲电感L1相连接构成了缓冲电路的输出端P3。
所述恒能量斩波桥2包括大功率场效应管V1、V2、V3、V4，二极管D1、D2、D3、D4，蓄能电容C1，二极管D1并联到场效应管V1，其中二极管D1的负极连接到场效应管V1的漏极，二极管D1的正极连接到场效应管V1的源极，二极管D2并联到场效应管V2，二极管D3并联到场效应管V3，二极管D4并联到场效应管V4；场效应管V1、V3的漏极连接到一起构成了恒能量斩波桥2的输入端P1，场效应管V2、V4的源极连接到一起构成了恒能量斩波桥2的输出端P2；场效应管V1的源极连接到场效应管V2的漏极，场效应管V3的源极连接到场效应管V4的漏极，蓄能电容C1的正端连接到场效应管V1、V2的中间，蓄能电容C1的负端连接到场效应管V3、V4的中间。
所述输出缓冲电路3包括电感L1、高速二极管D5和电容C2，其中电感L1一端和高速二极管D5的负端连接，构成了缓冲电路3的输入端P2；电感L1的另一端和电容C2连接，构成了缓冲电路3的输出端P3；高速二极管D5的正端和电容C2的另一端连接构成了电路的公共端。
本发明中，直流电源E一路用于主控制回路经恒能量斩波桥2，缓冲电路3处理后提供给负载。另一路连接到5V直流稳压电源模块9为微控制7、按键设置电路、显示电路6、光电耦合电路5、放大器调理电路1、放大器调理电路2、输入电压电流检测1、输出电压电流检测4提供工作电源。
输入电压电流检测1由分压电阻R1，R2构成电压检测电路，电流检测模块ACS712用于检测电流，所检测到的输入电压电流经过放大器调理电路1调整为微控制器7可以接受的信号，接入到微控制器7。
输出电压电流检测2由分压电阻R3，R4构成电压检测电路，电流检测模块ACS712用于检测电流，所检测到的输入电压电流经过放大器调理电路2调整为微控制器7可以接受的信号，接入到微控制器7。
三种电源模式工作原理如下：（1）若输出模式选择为电压源：通过按键设置电路8、显示电路6设置输出电压为U。此时负载为RL，设置好输出电压后，启动电源，微控制器7输出PWM波形，经过光电耦合电路5控制恒能量斩波桥2中大功率场效应管V1，V2，V3，V4两两顺序开断，输出电压电流检测4检测输出电压值，经过放大器调理电路2送至微控制器7，微控制器对比设置输出电压值与检测电压值，当一致时，保持PWM波形参数；当负载RL值发生变大， 变小时，检测输出电压值也发生变化，微控制器调节输出PWM波形参数，确保恒能量斩波桥输出电压值为设置电压值U；当负载RL发生开路时，恒能量斩波桥2中的蓄能电容上的电能量因负载RL开路，而没有构成电路回路，恒能量斩波桥2无法出传递出去，输出电压电流检测4检测输出电流值为0，微控制器7控制关断PWM信号，恒能量斩波桥2停止工作，保护功率器件和负载；当负载RL发生短路时，恒能量斩波桥2中的蓄能电容上的电能量累积到微控制器7中所设置的电路最大安全值，输出电压电流检测4检测输出电流值为所设置的最大安全值，微控制器7控制关断PWM信号，恒能量斩波桥2停止工作，保护功率器件和负载。
（2）若输出模式选择为电流源：通过按键设置电路8、显示电路6设置输出电流为I。此时负载为RL，设置好输出电流后，启动电源，微控制器7输出PWM波形，经过光电耦合电路5控制恒能量斩波桥2中大功率场效应管V1，V2，V3，V4两两顺序开断，输出电压电流检测4检测到输出电流值，经过放大器调理电路2送至微控制器7，微控制器对比设置输出电流值与检测电流值，当一致时，保持PWM波形参数；当负载RL值发生变大，变小时，检测输出电流值也发生变化，微控制器调节输出PWM波形参数，确保恒能量斩波桥输出电流值为设置电流值I；当负载RL发生开路时，恒能量斩波桥2中的蓄能电容上的电能量因负载RL开路，而没有构成电路回路，恒能量斩波桥2无法出传递出去，输出电压电流检测4检测输出电流值为0，微控制器7控制关断PWM信号，恒能量斩波桥2停止工作，保护功率器件和负载；当负载RL发生短路时，恒能量斩波桥2中的蓄能电容上的电能量累积到微控制器7中所设置的电路最大安全值，输出电压电流检测4检测输出电流值为所设置的最大安全值，微控制器7控制关断PWM信号，恒能量斩波桥2停止工作，保护功率器件和负载。
（3）若输出模式选择为功率源：通过按键设置电路8、显示电路6设置输出功率为P。此时负载为RL，设置好输出电流后，启动电源，微控制器7输出PWM波形，经过光电耦合电路5控制恒能量斩波桥2中大功率场效应管V1，V2，V3，V4两两顺序开断，出电压电流检测4检测到输出电压值，电流值，经过放大器调理电路2送至微控制器7，微控制器计算出电压、电流之积为输出功率, 微控制器对比设置输出功率值与检测功率值，当一致时，保持PWM波形参数；当负载RL值发生变大，变小时，保持微控制器调节输出PWM波形参数不变，输出功率保持为P不变；当负载RL发生开路时，恒能量斩波桥2中的蓄能电容上的电能量因负载RL开路，而没有构成电路回路，恒能量斩波桥2无法出传递出去，输出电压电流检测4检测输出电流值为0，微控制器7控制关断PWM信号，恒能量斩波桥2停止工作，保护功率器件和负载；当负载RL发生短路时，恒能量斩波桥2中的蓄能电容上的电能量累积到微控制器7中所设置的电路最大安全值，输出电压电流检测4检测输出电流值为所设置的最大安全值，微控制器7控制关断PWM信号，恒能量斩波桥2停止工作，保护功率器件和负载。
本发明中，恒能量斩波桥电路采用CN201310111195.9离散数字恒能量斩波变流母技术；微控制7采用内置有A/D、PWM模块的微控制器；光电耦合电路5、放大器调理电路1、放大器调理电路2、按键设置电路8、显示电路6均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。
本发明具有低损耗，多输出模式，能自动追踪负载状态进行动态调整。
附图说明
图1为电路的结构示意框图。
图2为主回路电路原理示意图。
图中：1-输入电流/电压检测电路，2-恒能量斩波桥，3-输出缓冲电路，4-输出电流/电压检测电路，5-光电耦合电路，6-显示电路，7-微控制器，8-按键电路，9-5V直流稳压电源模块，10-放大调理电路1，11-放大调理电路2，12，13-电流检测芯片，R1～R4-电阻，D1～D4-二极管，D5-高速二极管，V1～V4大功率场效应管，C1～C2电容，L1电感。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。
实施例1：如图1-2所示，本高精度数控恒能量斩波电源电路，由主输出回路和控制回路组成，主回路由直流电源E、恒能量斩波桥2、输出缓冲电路3构成；所述控制回路由微控制器7、光电耦合电路5、输入电压电流检测1、输出电压电流检测4、微控制器供电电路9、显示电路6、按键设置电路8组成，微控制器供电电路9、恒能量斩波桥2、输出缓冲电路3、输出电压电流检测4依次连接，恒能量斩波桥2与光电耦合电路5连接，输入电压电流检测1、输出电压电流检测4、光电耦合电路5、显示电路6和按键设置电路8分别与微控制器7电性连接。
直流电源E的正极连接到恒能量斩波桥2的输入端P1，直流电源E的负极构成主输出回路的公共接地端，其分别与缓冲电路3中的高速二极管D5的正端、缓冲电容C2的一端连接，缓冲电容C2的另一端缓冲电感L1相连接构成了缓冲电路的输出端P3。
恒能量斩波桥2包括大功率场效应管V1、V2、V3、V4，二极管D1、D2、D3、D4，蓄能电容C1，二极管D1并联到场效应管V1，其中二极管D1的负极连接到场效应管V1的漏极，二极管D1的正极连接到场效应管V1的源极，二极管D2并联到场效应管V2，二极管D3并联到场效应管V3，二极管D4并联到场效应管V4；场效应管V1，V3的漏极连接到一起构成了恒能量斩波桥2的输入端P1，场效应管V2、V4的源极连接到一起构成了恒能量斩波桥2的输出端P2；场效应管V1的源极连接到场效应管V2的漏极，场效应管V3的源极连接到场效应管V4的漏极，蓄能电容C1的正端连接到场效应管V1，V2的中间，蓄能电容C1的负端连接到场效应管V3、V4的中间。
输出缓冲电路3包括电感L1，高速二极管D5，电容C2，其中电感L1一端和高速二极管D5的负端连接，构成了缓冲电路3的输入端P2，电感L1的另一端和电容C2连接，构成了缓冲电路3的输出端P3，高速二极管D5的正端和电容C2的另一端连接构成了电路的公共端。
上面结合附图对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高精度数控恒能量斩波电源电路，其特征在于：由主输出回路和控制回路组成，所述主回路由直流电源（E）、恒能量斩波桥（2）、输出缓冲电路（3）构成；所述控制回路由微控制器（7）、光电耦合电路(5)、输入电压电流检测(1)、输出电压电流检测(4)、显示电路（6）、按键设置电路（8）组成，微控制器供电电路（9）、恒能量斩波桥（2）、输出缓冲电路（3）、输出电压电流检测（4）依次连接，恒能量斩波桥（2）与光电耦合电路（5）连接，输入电压电流检测（1）、输出电压电流检测（4）、光电耦合电路(5)、显示电路(6)和按键设置电路(8)分别与微控制器(7)电性连接。
2.根据权利要求1所述的高精度数控恒能量斩波电源电路，其特征在于：所述直流电源(E)的正极连接到恒能量斩波桥(2)的输入端(P1)，直流电源（E）的负极构成主输出回路的公共接地端，其分别与缓冲电路（3）中的高速二极管（D5）的正端、缓冲电容（C2）的一端连接，缓冲电容（C2）的另一端缓冲电感（L1）相连接构成了缓冲电路的输出端（P3）。
3.根据权利要求1所述的高精度数控恒能量斩波电源电路，其特征在于：所述恒能量斩波桥（2）包括大功率场效应管（V1、V2、V3、V4），二极管（D1、D2、D3、D4），蓄能电容(C1)，二极管(D1)并联到场效应管(V1)，其中二极管(D1)的负极连接到场效应管(V1)的漏极，二极管(D1)的正极连接到场效应管(V1)的源极，二极管(D2)并联到场效应管（V2），二极管（D3）并联到场效应管（V3），二极管（D4）并联到场效应管（V4）；场效应管（V1、V3）的漏极连接到一起构成了恒能量斩波桥(2)的输入端(P1)，场效应管(V2、V4)的源极连接到一起构成了恒能量斩波桥(2)的输出端(P2)；场效应管(V1)的源极连接到场效应管(V2)的漏极，场效应管(V3)的源极连接到场效应管(V4)的漏极，蓄能电容(C1)的正端连接到场效应管(V1、V2)的中间，蓄能电容（C1）的负端连接到场效应管（V3、V4）的中间。
4.根据权利要求1所述的高精度数控恒能量斩波电源电路，其特征在于：所述输出缓冲电路（3）包括电感（L1）、高速二极管（D5）和电容（C2），其中电感（L1）一端和高速二极管（D5）的负端连接，构成了缓冲电路（3）的输入端（P2）;电感(L1)的另一端和电容(C2)连接，构成了缓冲电路（3）的输出端(P3);高速二极管(D5)的正端和电容(C2)的另一端连接构成了电路的公共端。
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- 2018-05-28 CN CN201810521083.7A patent/CN108512414A/zh not_active Withdrawn
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