CN113608161B - 可级联交直流叠加电源 - Google Patents

可级联交直流叠加电源 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可级联交直流叠加电源，属于电力设备技术领域，包括主控器，根据输入的电流需求，对交流和直流进行数字叠加成数字信号；与主控器连接的多个数模转换模块，根据参考电压将数字信号转换成模拟信号；每一个数模转换模块连接有一耦合输出模块，根据模拟信号对电流进行耦合后，输出至外部负载；每一个耦合输出模块连接有一模数转换模块，用于将采样的电流模拟信号转换成数字信号，发送给主控器。本发明采用主控器通过上位机直接进行数字叠加，简化了电路，降低了交直流输出间的干扰，提高了信号质量；多台级联的结构，多台电源之间的控制模块通过同步信号进行同步，同时输出电流；节约了成本，扩大了电压输出范围，提高了产品的实用性。

Description

可级联交直流叠加电源
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种可级联交直流叠加电源。
背景技术
电能的计量精准度等级要求较高，供电质量如果存在干扰和波动，将会造成用电设备及发电设备的损害，带来电网财产的流失，电能质量监控是电网一直重点关注的领域。电动汽车充电桩的引入电网，由于其部署的随机性及大规模性，存在很多不可预知的因素。而充电桩可以作为电源也可以作为负荷，具有灵活的角色扮演特质，但给电网的电能计量带来很大压力。
当前的直流电能计量采用的是直流量或者有效值的方法进行计量的。然而，在实际情况中，电网通过非车载充电机进行直流电能输出时，由于大功率电能变换器的开关管会不断的切换通断状态，会产生大量的电流谐波，使得电能计量时的误差加大。这就使得原来在校准仪器符合标准的电能计量器具，在实际使用中达不到计量标准。交直流叠加电流源，能够模拟电网和非车载充电机输出状况的标准电流源对计量器具进行检定。
现阶段，交直流叠加电源大部分采用信号发生器经过功率放大电路产生交流信号，然后采用叠加电路将AC跟DC叠加输出。AC在与DC进行叠加的时候，容易相互干扰，互相影响，在进行调节的时候容易出现交流和直流阻抗不能相互匹配的问题，容易出现信号毛刺和过充现象，且输出能力有限，不能输出大电流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够减少AC和DC之间的相互影响，同时能够多台电源进行级联输出，输出大电流的可级联交直流叠加电源，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明提供一种可级联交直流电源，包括：
主控器，用于根据输入的电流需求，对交流信号和直流信号进行数字叠加，产生不同波形的数字信号；
与主控器连接的多个数模转换模块；所述数模转换模块，用于根据参考电压将所述数字信号转换成模拟信号；
每一个所述数模转换模块连接有一耦合输出模块；所述耦合输出模块，用于根据所述模拟信号对电流进行耦合后，输出至外部负载；
每一个耦合输出模块连接有一模数转换模块；所述模数转换模块，用于将采样的电流模拟信号转换成数字信号，发送给所述主控器。
优选的，所述数模转换模块和所述耦合输出模块之间连接有积分模块；所述积分模块，用于对数字信号进行积分运算，实现数字信号的波形调整。
优选的，所述积分模块和所述耦合输出模块之间连接有功率放大模块；所述功率放大模块，用于对波形调整后的数字信号进行功率放大。
优选的，每一个耦合输出模块连接有一反馈模块；所述反馈模块，用于对耦合输出模块进行电流采样，得到电流模拟信号。
优选的，所述反馈模块和所述模数转换模块之间连接有运算放大模块；所述运算放大模块，用于对采样的电流模拟信号进行放大。
优选的，所述积分模块和所述运算放大模块共同连接所述模数转换模块。积分模块对数字信号进行积分运算，实现数字信号的波形调整，使得输出恒定。
优选的，所述数模转换模块连接有数字供电模块，所述数字供电模块用于为所述数模转换模块供电。
优选的，所述耦合输出模块连接有模拟供电模块，所述模拟供电模块用于为所述功率放大模块和耦合输出模块供电。
优选的，所述模数转换模块连接有模拟电路供电模块，所述模拟电路供电模块用于为所述模数转换模块供电。
优选的，所述主控器通过数据接口连接每一个所述数模转换模块和所述模数转换模块。
本发明有益效果：采用主控器通过上位机直接进行数字叠加，通过数据接口进行数模转换，省去了常规叠加电路，简化了电路，降低了直流和交流输出间的干扰，提高了信号质量；多台级联的结构，能够进行多台级联，多台电源之间的控制模块，通过同步信号进行同步，同时输出更大的电流；节约了成本，扩大了电压输出范围，满足了需求，提高了产品的实用性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的可级联交直流叠加电源的功能原理框图。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例
如图1所示，本实施例中，提供一种可级联交直流电源，包括：
主控器，用于根据输入的电流需求，对交流信号和直流信号进行数字叠加，产生不同波形的数字信号；
与主控器连接的多个数模转换模块；所述数模转换模块，用于根据参考电压将所述数字信号转换成模拟信号；
每一个所述数模转换模块连接有一耦合输出模块；所述耦合输出模块，用于根据所述模拟信号对电流进行耦合后，输出至外部负载；
每一个耦合输出模块连接有一模数转换模块；所述模数转换模块，用于将采样的电流模拟信号转换成数字信号，发送给所述主控器。
数模转换模块，即数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。本实施例1中，数模转换器将主控器产生的数字信号转换成模拟信号。
本实施例中，耦合输出模块，将输出端和模数转换模块隔开，输出信号会经过一系列的调制电路调制后，再输入到模数转换模块。
将输出前级(放大电路前)的输出信号送至后级(放大电路后)并对电流进行耦合，再输出至外部负载。
本实施例中，所述数模转换模块和所述耦合输出模块之间连接有积分模块；所述积分模块，用于对数字信号进行积分运算，实现数字信号的波形调整。积分模块，即积分电路，主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。
所述积分模块和所述耦合输出模块之间连接有功率放大模块；所述功率放大模块，用于对波形调整后的数字信号进行功率放大。
功率放大模块，即功率放大器(英文名称：power amplifier)，简称“功放”，是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载(例如扬声器)的放大器。
利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。许多不同类型的数字放大器，直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换，这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。
每一个耦合输出模块连接有一反馈模块；所述反馈模块，用于对耦合输出模块进行电流采样，得到电流模拟信号。
反馈模块，即反馈电路，是将放大器输出信号(电压或电流)的一部分或全部，回收到放大器输入端与输入信号进行比较(相加或相减)，并用比较所得的有效输入信号去控制输出，这就是放大器的反馈过程。
在反馈模块中，配超精密采样电阻进行耦合输出模块的电流采样。采样电阻是电流采样和对电压采样。对电流采样则串联一个阻值较小的电阻，对电压采样则并联一个阻值较大的电阻。采样电阻用在反馈电路里，以稳压电源电路为例，为使输出的电压保持恒定状态，要从输出电压取一部分电压做参考(常用取样电阻的形式)，如果输出高了，输入端就自动降低电压，使输出减少；若输出低了，则输入端就自动升高电压，使输出升高。
所述反馈模块和所述模数转换模块之间连接有运算放大模块；所述运算放大模块，用于对采样的电流模拟信号进行放大。
运算放大模块，即运算放大器(简称“运放”)，是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。
运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路，其输入级是差分放大电路，具有高输入电阻和抑制零点漂移能力；中间级主要进行电压放大，具有高电压放大倍数，一般由共射极放大电路构成；输出极与负载相连，具有带载能力强、低输出电阻特点。
所述积分模块和所述运算放大模块共同连接所述模数转换模块，调节波形，校准模拟量。
所述数模转换模块连接有数字供电模块，所述数字供电模块用于为所述数模转换模块供电。
所述耦合输出模块连接有模拟供电模块，所述模拟供电模块用于为所述耦合输出模块和功率放大电路供电。所述模数转换模块连接有模拟电路供电模块，所述模拟电路供电模块用于为所述模数转换模块供电。所述主控器通过数据接口连接每一个所述数模转换模块和所述模数转换模块。
综上所述，本发明实施例所述的可级联的交直流叠加电源包括主控PC(即主控器)，数模转换模块(DAC)，模数转换模块(ADC)，功率放大模块，耦合输出模块，积分模块，反馈模块。其中，主控PC：可以输入电流需求，然后通过上位机将交流直流通过数字叠加，产生不同波形的数字信号。供电模块：分为数字电路供电模块、功率输出供电模块(模拟供电模块)和模拟电路供电模块。三个供电模块采用的都是AC-DC隔离电源，将市电转换为直流进行供电。通过数据数据接口，作为数模转换模块和模数转换模块的数据与主控PC交互的接口。所述数模转化模块(DAC)：将PC主控模块中计算的所需要的数字信号转换成模拟信号。积分模块：对输入信号进行积分运算。功率放大模块：将采集的耦合输出模块的电流模拟信号进行功率放大。模数转化模块(ADC)：对输出的电流进行采集，将模拟信号转换成数字信号。将信号传输给PC主控模块进行处理，调整输出。耦合输出模块：将输出端和模数转换模块隔开，将输出前级的输出信号送至后级并对电流进行耦合，再输出至外部负载。反馈模块：配超精密采样电阻进行电流采样。
本实施例中，多台设备之间，同时接入一个主控PC，可以对多台设备进行协调输出，控制不同的设备输出相应的值。PC对各台输出的设备进行信号同步，使得各台设备进行级联输出的时候不会干扰冲突。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可级联交直流电源，其特征在于，包括：
主控器，用于根据输入的电流需求，对交流信号和直流信号进行数字叠加，产生不同波形的数字信号；
与主控器连接的多个数模转换模块；所述数模转换模块，用于根据参考电压将所述数字信号转换成模拟信号；
每一个所述数模转换模块连接有一耦合输出模块；所述耦合输出模块，用于根据所述模拟信号对电流进行耦合后，输出至外部负载；
所述数模转换模块和所述耦合输出模块之间连接有积分模块；所述积分模块，用于对模拟信号进行积分运算，实现模拟信号的波形调整；
每一个耦合输出模块连接有一模数转换模块；所述模数转换模块，用于将采样的电流模拟信号转换成数字信号，发送给所述主控器。
2.根据权利要求1所述的可级联交直流电源，其特征在于，所述积分模块和所述耦合输出模块之间连接有功率放大模块；所述功率放大模块，用于对波形调整后的数字信号进行功率放大。
3.根据权利要求1所述的可级联交直流电源，其特征在于，每一个耦合输出模块连接有一反馈模块；所述反馈模块，用于对耦合输出模块进行电流采样，得到电流模拟信号。
4.根据权利要求3所述的可级联交直流电源，其特征在于，所述反馈模块和所述模数转换模块之间连接有运算放大模块；所述运算放大模块，用于对采样的电流模拟信号进行放大。
5.根据权利要求4所述的可级联交直流电源，其特征在于，所述积分模块和所述运算放大模块共同连接所述模数转换模块。
6.根据权利要求1所述的可级联交直流电源，其特征在于，所述数模转换模块连接有数字供电模块，所述数字供电模块用于为所述数模转换模块供电。
7.根据权利要求2所述的可级联交直流电源，其特征在于，所述耦合输出模块连接有模拟供电模块，所述模拟供电模块用于为所述耦合输出模块和所述功率放大模块供电。
8.根据权利要求1所述的可级联交直流电源，其特征在于，所述模数转换模块连接有模拟电路供电模块，所述模拟电路供电模块用于为所述模数转换模块供电。
9.根据权利要求1所述的可级联交直流电源，其特征在于，所述主控器通过数据接口连接每一个所述数模转换模块和所述模数转换模块。
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