CN201663561U - 一种非隔离大功率任意脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非隔离大功率任意脉冲电源，包括：主电路：包括电源开关、输入整流滤波电路、Boost升压滤波电路、全桥PWM变换电路、输出滤波电路；市电通过电源开关进入输入整流滤波电路，之后输出依次经Boost升压滤波电路、全桥PWM变换电路，最后经滤波电路后输出；数字控制处理器：数字控制处理器发出控制驱动信号给Boost升压滤波电路和全桥PWM变换电路，全桥PWM变换电路的输出反馈至处理器；人机交互设备：包括键盘、显示设备。本实用新型通过单级变换实现任意波形输出，控制简单，对处理器要求低；电源输出精度和范围比传统电源有显著提高；采用全数字化监测控制，提供友好的人机交互界面。

Description

一种非隔离大功率任意脉冲电源

技术领域

本实用新型涉及用于多行业及用途的大功率脉冲电源，具体涉及一种非隔离大功率任意脉冲电源。

背景技术

脉冲电源适用于电镀金、银、镍、锡、合金，可明显改善镀层的功能性；用于防护-装饰性电镀(如装饰金)时，可使镀层色泽均匀一致，亮度好，耐蚀性强；双脉冲电源比单脉冲电源电镀更细致，光洁度更好。目前国内也研制出具有交流不对称脉冲输出特性的脉冲电源，主要有晶闸管整流型电源，二极管整流型电源，两极逆变调压型电源和两级斩波型电源。其中晶闸管整流型电源及二极管整流型电源：大部分主要由正负两极变压，晶闸管或二极管整流，电容电感滤波，IGBT斩波等电路组成，相当于两套电源交替工作，设备笨重，成本高。两极逆变调压型电源：主电路由输入整流滤波电路、逆变调压电路、输出端整流滤波电路、极性转换电路等组成。也是分阴阳两极组成，同样是增加设备体积及成本。两级斩波型电源都是采用一级变压处理，第二级斩波输出，两级都处于硬开关模式，效率低。所以目前的脉冲电源，开关频率低、体积庞大、成本高、工作效率低，达不到某些行业工艺要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种效率高、体积小而且脉冲频率、脉冲占空比等电源参数可连续调节的非隔离大功率任意脉冲电源。

本实用新型的目的可以通过下述方案予以实现：一种非隔离大功率任意脉冲电源，包括：

主电路：包括电源开关、输入整流滤波电路、Boost升压滤波电路、全桥PWM变换电路、输出滤波电路；工频交流电网通过电源开关进入输入整流滤波电路，之后输出至Boost升压滤波电路，其后进入全桥PWM变换电路，经输出滤波电路后输出；

数字控制处理器：数字控制处理器的工作电源由工频交流电网通过控制电源提供，数字控制处理器发出控制驱动信号给Boost升压滤波电路和全桥PWM变换电路，全桥PWM变换电路的输出反馈至数字控制处理器；

人机交互设备：包括键盘、显示器，与数字控制处理器上相应端口连接。

所述输入整流滤波电路采用三相二极管整流桥整流输出连接电感、电容的二阶低通滤波电路组成。

所述Boost升压滤波电路采用高频(大于20kHz)Boost结构电路升压。

所述全桥PWM变换电路采用全桥式高频(大于20kHz)逆变转换电路，主要由四个IGBT管组成桥的四臂，四个IGBT管两两串接后并联接在Boost升压滤波电路中的电容两端，输出滤波电路与四个IGBT管分别连接。

所述输出滤波电路采用电感、电容组成的二阶低通滤波，滤波对象是全桥PWM变换电路输出的高频方波。

本实用新型还包括电压/电流信号调理电路，连接于全桥PWM变换电路与数字控制处理器之间，对全桥PWM变换电路输出电压/电流进行调理采样传输到数字控制处理器。

作为对本实用新型的进一步改进，还包括故障保护电路，与数字控制处理器的相关管脚连接。

相对于现有的大功率脉冲电源，本实用新型有以下优点：

(1)通过单级变换实现任意波形输出，控制简单，对数字控制处理器要求低；

(2)电源采用非隔离变换方式，结构简单，成本低，体积小；

(3)电源工作在高频状态，系统动态响应性高，电源输出精度和范围比传统电源有显著提高；

(4)采用全数字化监测控制，提供友好的人机交互界面，设置参数齐全，使用方便，输出波形实时控制，波形一致性好。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图。

图2为本实用新型系统主电路原理图。

图3为本实用新型数字控制处理器外围电路框图。

图4为本实用新型全桥变换电路工作波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，非隔离大功率任意脉冲电源，包括：

主电路：包括电源开关、输入整流滤波电路、Boost升压滤波电路、全桥PWM变换电路、输出滤波电路；工频交流电网通过电源开关进入输入整流滤波电路，之后输出至Boost升压滤波电路，其后进入全桥PWM变换电路，经输出滤波电路后输出；

数字控制处理器：数字控制处理器的工作电源由工频交流电网通过控制电源提供，数字控制处理器发出控制驱动信号给Boost升压滤波电路和全桥PWM变换电路，全桥PWM变换电路的输出反馈至数字控制处理器；处理器可以选用具有上述功能的常用型号处理器。

人机交互设备：包括键盘、显示设备，与数字控制处理器连接。

本实用新型中各功能电路与数字控制处理器通过数字控制处理器的外围电路进行连接，如图3所示。其中，Boost升压滤波电路通过Boost升压驱动电路与数字控制处理器的相应管脚连接；全桥PWM变换电路通过全桥PWM变换驱动电路与数字控制处理器的PWM调制信号输出端口连接；电压/电流信号调理电路通过A/D转换端口连接数字控制处理器；显示设备通过显示驱动端口连接数字控制处理器，键盘通过键盘接口连接数字控制处理器；故障保护电路直接与数字控制处理器的相应管脚连接。

上述述的故障保护电路实时监控系统关键器件部位的温度、冷却水流通状况及系统各种状态，如欠压、限流及限压处理，一旦出现以上状况，系统自动进入保护状态，并灯光报警。电压/电流信号调理电路主要由常用霍尔电压/电流传感器及电压/电流变换滤波电路组成。

本实用新型的调节控制方法如下：工频三相交流电经输入整流滤波电路变成低纹波的直流电，然后由Boost升压滤波电路变为高压低纹波的直流电；然后通过高频全桥PWM变换电路调制成需要的高频直流电或者交流电，电压/电流信号调理电路对所述全桥PWM变换电路输出的电压/电流信号进行信号调理采样，然后A/D转换后，提供给数字控制处理器进行比较、计算处理并输出PWM控制信号控制全桥PWM变换电路，再通过输出滤波电路输出到负载，从而根据微弧氧化的工艺需要为负载提供所需的输出电压/电流波形；所述输出电压/电流波形包括直流、直流脉冲、交流对称、交流不对称波形。

如图2所示，为本实用新型系统主电路原理图，输入整流滤波电路整流部分由二极管DZ1-DZ6组成的三相二极管整流桥，滤波部分由电感L1、电容C1组成的二阶低通滤波电路，整流滤波后接入Boost升压滤波电路。输出滤波电路为由电感L2、电容C5组成的二阶低通滤波电路。

Boost升压滤波电路包括IGBT管Q5、二极管DZ7和电容C2，二极管DZ7与电容C2串联后与IGBT管Q5并联；Boost升压滤波电路采用固定占空比升压，将三相工频整流滤波电压升至700V以上。

全桥PWM变换电路包括IGBT管Q1-Q4，电容C3、C4、C5、电阻RL，电感L2。IGBT管Q1与Q2串接、Q3与Q4串接后均并接于电容C2两侧；电容C3并接于Q1，C4并接于Q2；电容C5与电阻RL并联后与电感L2串接，一端接于Q1与Q2的串接点，另一端接于Q3与Q4的串接点。

全桥PWM变换电路采用全桥式高频(大于20kHz)逆变转换电路，其由四个IGBT管以及并联电容组成，四只IGBT管组成桥的四臂，所述输出滤波电路与四个IGBT管分别连接。全桥PWM变换电路的工作原理为：数字控制处理器输出PWM控制驱动信号首先控制Q1、Q3高频开通-关断，Q2、Q4一直关断，而后Q1、Q3关断一定时间，形成正向脉冲输出，然后再控制Q1、Q3高频开通-关断，再使Q1、Q3关断一定时间，如此循环控制，达到多个正向脉冲输出，输出PWM波形示意图如图4；当正向脉冲输出完毕，延时一定时间反之控制Q2、Q4高频开通-关断，Q1、Q3一直关断，循环控制可以得到多个不同电压/电流负向脉冲。

若是需要输出直流波形或直流脉冲波形则全桥PWM变换电路的一对IGBT管处于高频开通-关断状态，另一对IGBT管一直处于关闭状态，得到直流波形；若处于高频开通-关断状态的IGBT管，处于间歇工作状态，即高频开通-关断一定时间，然后再关断一定时间，则得到直流脉冲波形。此时改变高频开通-关断状态的IGBT管的占空比可以得到不同的电压/电流输出。

若是需要交流波形或交流不对称波形，则需要全桥PWM变换电路的两对IGBT管交替处于高频开通-关断状态。数字控制处理器输出PWM控制驱动信号首先控制图2中Q1、Q3高频开通-关断，Q2、Q4一直关断，而后Q1、Q3关断一定时间，形成正向脉冲输出，然后再控制Q1、Q3高频开通-关断，而后Q1、Q3关断一段时间，如此循环控制，达到多个正向脉冲输出；当正向脉冲输出完毕，延时一定时间反之控制Q2、Q4高频开通-关断，Q1、Q3一直关断，循环控制可以得到多个不同电压/电流负向脉冲，从而得到交流脉冲输出；此时Q1、Q3高频开通-关断的占空比与Q2、Q4高频开通-关断的占空比不同时则得到不对称的交流脉冲。

以上输出波形的方式中，若是电压输出则通过霍尔电压传感器，取得电压信号，与数字控制处理器的给定电压信号比较而控制全桥PWM变换电路的两对IGBT管的工作，实现对输出电压的控制；若是电流输出则通过霍尔电流传感器，取得电流信号，与数字控制处理器的给定电流信号比较而控制全桥PWM变换电路的两对IGBT管的工作，实现对输出电流的控制。

当设定输出是电压输出则通过霍尔电压传感器，取得电压信号，与数字控制处理器的给定电压信号比较而控制全桥PWM变换电路的两对IGBT管的工作，通过调节其中处于高频开通-关断的IGBT管的占空比来控制电压大小，从而实现对输出电压的控制；若是电流输出则通过霍尔电流传感器，取得电流信号，与数字控制处理器的给定电流信号比较而控制全桥PWM变换电路的两对IGBT管的工作，通过调节其中处于高频开通-关断的IGBT管的占空比来控制电流大小，实现对输出电流的控制。输出脉冲的频率及占空比通过控制处于高频开通-关断的IGBT管的工作时间和关断时间来控制，如图4所示。

电压/电流输出的稳定性相应通过电压/电流负反馈控制来实现，控制方法采用不同结构的PID继承控制方法。电压/电流负反馈是电压/电流信号调理电路对全桥PWM变换电路输出电压/电流进行调理采样输送到数字控制处理器，与给定值比较，从而进行电压/电流负反馈控制。

如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施和保护范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (7)

1.一种非隔离大功率任意脉冲电源，其特征在于，包括：

主电路：包括电源开关、输入整流滤波电路、Boost升压滤波电路、全桥PWM变换电路、输出滤波电路；工频交流电网通过电源开关进入输入整流滤波电路，之后输出至Boost升压滤波电路，其后进入全桥PWM变换电路，经输出滤波电路后输出；

数字控制处理器：数字控制处理器的工作电源由工频交流电网通过控制电源提供，数字控制处理器发出控制驱动信号给Boost升压滤波电路和全桥PWM变换电路，全桥PWM变换电路的输出反馈至数字控制处理器；

人机交互设备：包括键盘、显示器，与数字控制处理器中的相应端口连接。

2.根据权利要求1所述的非隔离大功率任意脉冲电源，其特征在于：所述输入整流滤波电路采用三相二极管整流桥整流连接电感、电容的二阶低通滤波电路。

3.根据权利要求1所述的非隔离大功率任意脉冲电源，其特征在于：所述Boost升压滤波电路采用高频Boost电路结构升压。

4.根据权利要求3所述的非隔离大功率任意脉冲电源，其特征在于：所述全桥PWM变换电路采用全桥式高频逆变转换电路。

5.根据权利要求4所述的非隔离大功率任意脉冲电源，其特征在于：所述输出滤波电路采用电感、电容组成二阶低通滤波电路，滤波对象是全桥PWM变换电路输出的高频方波。

6.根据权利要求1所述的非隔离大功率任意脉冲电源，其特征在于：还包括电压/电流信号调理电路，连接于全桥PWM变换电路与处理器之间，对全桥PWM变换电路输出电压/电流进行调理采样传输到数字控制处理器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的非隔离大功率任意脉冲电源，其特征在于：还包括故障保护电路，故障保护电路与数字控制处理器连接。

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