CN203104332U - 一种交直流通用的交流适配器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型针对现有用电设备不能同时适用不同的供电模式等问题，提供一种可以适用各种交流供电范围和不同直流供电电压的交流适配器，包括整流变换电路、DC/DC变换电路、升压控制电路、DC/AC变换电路、逆变控制电路。本实用新型的有益效果在于：同时适用交流和直流电源输入并转换成稳定的交流输出；适配器在交流输入时，输入的功率因素较高，输出交流电压稳定度较高，频率稳定性较高，适配器在直流输入时，适配器将直流电转化成稳定的交流电。
Description
技术领域
本实用新型涉及涉及一种将交流供电或者直流供电转换成稳定的交流供电的适配装置，尤其设计一种宽电压交直流通用的交流适配器。
背景技术
随着对电源的品质要求提高的背景下，出现了直流不间断供电技术，例如直流供电的轨道交通，直流供电的大型船舶，直流供电的数据中心。但是存在部分用电设备不能接受直流供电，例如交流马达，放电灯，变压器供电设备等。要使其能用在直流供电系统中，就需要用直流转换成交流的适配器。
随着全球经济一体化的趋势加强，同一款用电设备在不同供电网络使用的需求越来越多，全球电网的电压范围覆盖了交流85V~265V之间，频率为50Hz或60Hz，而且各国的供电质量各不相同。解决通用性的方法可以用一种将不同的电压，不同的频率供电转换成稳定交流的适配器。
现有UPS技术是交流转换交流的设备，但是UPS不能完成直流电转化成交流电。同时UPS主要面向不间断电源，系统中含有后备电池。综合以上问题，UPS在体积、成本、便携以及直流输入等方面不能适应适配器的需求。
对于用电设备用在不适用的供电环境下错误使用不仅不能正常工作，甚至将设备损毁。对于不能兼容当前供电的用电设备可以采取插入一种可以转换成适合用电设备的交流适配器。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有用电设备不能适用不同的供电模式等问题，提供一种可以适用各种交流供电范围与不同直流供电电压的交流适配器。将各种不同的供电转换成用与电设备匹配的标称交流电。本实用新型可以适用各个国家的不同交流供电网络，也适用各种电压的直流供电模式。
为实现以上实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：一种交直流通用的交流适配器，包括整流变换电路、DC/DC变换电路、升压控制电路、DC/AC变换电路、逆变控制电路。
整流变换电路输入端接电网交流电压或者直流电压，DC/DC变换电路输入端接整流变换电路输出端，DC/DC变换电路控制输入端接升压控制电路输出端，升压控制电路电压反馈输入端接DC/DC变换电路的电压采样电路输出端，升压控制电路电流反馈输入端接DC/DC变换电路的电流采样电路输出端，DC/AC变换电路输入端接DC/DC变换电路输出端，DC/AC变换电路的控制输入端接逆变控制电路的逆变控制输出端，逆变控制电路的DC电压输入端接DC/DC变换电路的输出端，逆变控制电路交流反馈输入端接DC/AC变换电路的交流电压采样输出端，逆变控制电路交流电流反馈输入端接DC/AC变换电路的交流电流采样输出端。
整流变换电路包括防雷电路、滤波电路、整流电路。防雷电路输入端外接85V~265V，50Hz/60Hz的交流电或70V~400V的直流电，滤波电路输入接防雷电路输出，整流电路输入端接滤波电路输出。整流变换电路对于交流输入时，使交流电转换为单向电，防雷电路提高防雷能力滤波电路降低EMI；整流变换电路对于直流输入时直流电经过整流电路得到单向电。
DC/DC变换电路包括升压电路、相位反馈电路、电流取样电路、电压取样电路。升压电路输入端接整流变换电路输出端，相位反馈电路为用于感应升压电路的电感上磁通量变化的感应线圈。电流取样电路用于检测升压电路的开关电流，电压取样电路通过电阻分压获取DC/DC变换电路输出端电压值和DC/AC变换电路的输出端电压值，DC/DC变换电路将电流转换成较高的直流电压。
升压控制电路具有相位监测输入端、DC电流输入端、电压反馈输入端、 DC/DC变换输出端。相位监测输入端接DC/DC变换电路的相位反馈电路输出端，DC电流输入端接DC/DC变换电路的电流取样电路输出端，DC电压输入端接DC/DC变换电路的电压取样电路输出端，升压控制电路根据电压反馈输入端的电压与预设基准电压进行比较得出差值确定升压电压补偿值。升压控制电路根据相位检测输入端的零点电压和DC电流输入端的当前电流，得出升压控制电路的DC/DC变换输出端的控制信号的脉冲宽度，控制DC/DC变换电路的升压电路，进行电压和PFC（功率因数校正）控制。
DC/AC变换电路包括驱动电路、H桥逆变电路、输出滤波电路、交流电压采样电路、交流电流采样电路。驱动电路输入端接逆变控制电路输逆变控制输出端，H桥逆变电路输入端接驱动电路输出端，输出滤波电路输入端接H桥逆变电路输出端，交流电压采样电路输入端接输出滤波电路输出端，交流电流采样电路一端接地，另一端接H桥逆变电路的输入端。DC/AC变换电路将直流电逆变成稳定的交流电。
逆变控制电路具有DC电压输入端、AC电压输入端、AC电流输入端、逆变控制输出端。DC电压输入端接DC/DC变换电路的输出端，AC电压输入端接DC/AC变换电路的交流采样电路输出端，AC电流输入端接DC/AC变换电路的交流电压采样电路输出端，逆变控制输出端对DC电压输入端和逆变控制电路基准电压进行比较，若高于基准电压则输出SPWM控制信号起到欠压保护作用。若低于基准电压则停止输出SPWM控制信号。逆变控制输出端对AC电压输入端的电压和逆变控制电路的基准电压进行比较得出差值，确定输出SPWM控制信号的脉冲宽度，驱动DC/AC变换电路的H桥逆变电路使DC/AC变换电路的交流输出电压达到目标值。
与现有的UPS变换器仅能将交流电源输入转换成交流输出不同，本实用新型能同时适用交流和直流电源输入转换成交流输出。适配对象是交流用电设备，对交流用电设备的用电适应性进行扩展。插入适配器可以使交流用电设备适应交流电压范围为85V~265V，频率50Hz或60Hz；直流电输入范围扩展致70V~400V。适配器在交流输入时，输入功率因素较高，输出交流电压稳定度较高，频率稳定性较高。输出的稳定的交流电更加稳定洁净。适配器在交直输入时，适配器将直流电转化成稳定的交流电。
现有技术中，DC/DC变换电路和DC/AC电路的反馈网络中AC端电压不反馈至升压控制电路，而本实用新型DC/DC变换电路的目标电压，来自DC/DC变换电路的电压取样电路和DC/AC变换电路的交流采样电路共同作用的反馈电路。DC/DC变换电路的电压取样电路和DC/AC变换电路的交流采样电路通过一个电阻连接实现两个采样电路的电压相加。增加输出的交流电压反馈至DC/DC变换电路的效果是：若DC/AC变换电路输出交流电压下降，则通过DC/AC变换电路的交流采样电路反馈至升压控制电路使DC/DC变换电路的输出直流电压升高，从而使得DC/AC变换电路的交流输出电压升高；若DC/AC变换电路输出交流电压上升，则通过DC/AC变换电路的交流采样电路反馈至升压控制电路使DC/DC变换电路的输出直流电压降低，从而使得DC/AC变换电路的交流输出电压降低。使得交流输出电压更加稳定。
本实用新型的有益效果在于：同时适用交流和直流电源输入并转换成稳定的交流输出；适配器在交流输入时，输入的功率因素较高，输出交流电压稳定度较高，频率稳定性较高，适配器在直流输入时，适配器将直流电转化成稳定的交流电。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
图2为本实用新型的整流变换电路原理图。
图3为本实用新型的DC/DC变换电路和升压控制电路原理图。
图4为本实用新型的DC/AC变换电路和逆变电路原理图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明：
参照图1，一种交直流通用的交流适配器，包括整流变换电路、DC/DC变换电路、升压控制电路、DC/AC变换电路、逆变控制电路。整流变换电路1输入端接电网交流电压或者直流电压，交流电压适用85V~265V，直流电压适用70V~400V。DC/DC变换电路2输入端接整流变换电路1输出端，DC/DC变换电路2控制输入端接升压控制电路5DC/DC变换输出端，升压控制电路5电压反馈输入端接DC/DC变换电路2的电压采样电路输出端，升压控制电路5DC电流反馈输入端接DC/DC变换电路2的电流采样电路输出端，升压控制电路5电压反馈输入端接DC/DC变换电路2交流采样电路输出端，DC/AC变换电3路输入端接DC/DC变换电路2输出端，DC/AC变换电路3的控制输入端接逆变控制电路4的逆变控制输出端，逆变控制电路4DC电压输入端接DC/DC变换电路2的电压采样输出端，逆变控制电路4的AC电压反馈输入接DC/AC变换电路3的交流电压采样输出端，逆变控制电路4的AC电压反馈输入接DC/AC变换电路3的交流电流采样输出端。
参照图2 ，整流变换电路包括防雷电路，滤波电路，整流电路。防雷电路输入端外接85V~265V，50Hz或60Hz的交流电或70V~400V的直流电，防雷电路由压敏电阻R101和压敏电阻R102组成，压敏电阻R101一端接大地另一端接整流变换电路的一个输入端，压敏电阻R102一端接大地，另一端接整流变换电路的另一个输入端。滤波电路输入接防雷电路输出，滤波电路由电容C101，共模电感L101，电容C102组成π型滤波电路，电容C101两端接整流变换电路的输入电源两端，共模电感L101输入端连接电容C101两端，电容C102两端连接共模电感L101输出两端。整流电路输入端接滤波电路输出端，整流电路由一个整流桥D101构成，整流桥D101的输入两端连接电容C102 。整流变换电路对于交流输入时，使交流电转换为单向电，防雷电路提高防雷能力滤波电路降低EMI；整流变换电路对于直流输入时直流电经过整流电路得到单向电。
参照图3，DC/DC变换电路包括升压电路、相位反馈电路、电流取样电路
、电压取样电路。升压电路包括电感L201、二极管D201、大功率开关管Q201、电容C201组成boost升压电路。电感L201一端连接整流电路正端，电感L201另一端为同名端，同名端接二极管D201的正端，电容C201的正端连接二极管D201的负端，电容C201的负端连接地端，大功率开关管Q201的漏极连接二极管D201的正端，大功率开关管Q201的栅极连接升压控制电路的DC/DC变换输出端，大功率开关管Q201的源极连接电阻R201的一端。升压电路输入端接整流变换电路输出端，相位反馈电路是用于感应升压电路的电感上磁通量变化的感应线圈，感应线圈的同名端连接升压控制电路的相位检测输入端，感应线圈的另一端与接地端相连。电流取样电路用于检测升压电路的开关电流，电流取样电路包括电阻R201实现，电阻R201的一端接大功率开关管Q201的源级另一端与接地端相连。电压取样电路通过电阻分压获取参考电压值，电压取样电路包括电阻R202、电阻R203、电阻R204组成，其中电阻R202一端连接二极管D201负端，电阻R202的另一端连接电阻R204的一端以及升压控制电路的电压反馈输入端，电阻R203的一端与升压控制电路的电压反馈输入端相连，电阻R203的另一端接地。电阻R204的另一端接交流反馈端。DC/DC变换电路将电流转换成较高的直流电压。
参照图3，升压控制电路具有相位监测输入端、DC电流输入端、电压反馈输入端、DC/DC变换输出端。相位监测输入端接DC/DC变换电路的相位反馈电路输出端，DC电流输入端接DC/DC变换电路的电流取样电路输出端，DC电压输入端接DC/DC变换电路的电压取样电路输出端，升压控制电路根据电压反馈输入端的电压与升压控制器内的预设基准电压进行比较得出差值，确定升压电压补偿值。升压控制电路根据相位检测输入端的零点电压和DC电流输入端的当前电流，得出升压控制电路的DC/DC变换输出端的控制信号的脉冲宽度，控制DC/DC变换电路的升压电路，进行电压和PFC控制。升压控制电路优选现有DC/DC控制芯片加上必要的外围电路组成，本例采用L6562电源控制芯片，完成目标电压控制与PFC控制。
参照图4，DC/AC变换电路包括驱动电路、H桥逆变电路、输出滤波电路、交流电压采样电路、交流电流采样电路。驱动电路输入端接逆变控制电路输出端，驱动电路将逆变控制输出端的信号转换成可以驱动H桥逆变电路的电信号，本例驱动电路采用IR2110集成驱动芯片及相应外围电路。H桥逆变电路输入端接驱动电路输出端，本例中H桥逆变电路的功率开关元件采用MOS开关管，型号为IRF840，H桥逆变电路直流输入端接DC/DC变换电路的输出端。输出滤波电路输入端接H桥逆变电路输出端，滤波电路由电感L301、电感L302、电容C301组成，电感L301连接H桥逆变电路的一个输出端，电感L301的另一端连接AC220V一端，电感L302连接H桥逆变电路的另一个输出端，电感L301的另一端连接AC220V另一端，电容C301的两端分别连接AC220V的两端。交流电压采样电路输入端接输出滤波电路输出端，交流采样电路由二极管D301，电阻R301，电容C302，电阻R302组成，二极管D301正端接AC220V的一端，二极管D301的负端接电阻R301的一端，电阻R301的另一端接电容C301的一端以及电阻R302的一端，电容C302的另一端接地，电阻R302的另一端接地。交流电流采样电路包括电阻R303，电阻R303一端接地，另一端接H桥逆变电路的输入端，交流电流采样。DC/AC变换电路将直流电逆变成稳定的交流电。
参照图4，逆变控制电路具有DC电压输入端，AC电压输入端，AC电流输入端，逆变控制输出端。DC电压输入端接DC/DC变换电路的输出端，AC电压输入端接DC/AC变换电路的交流采样电路输出端，AC电流输入端接DC/AC变换电路的交流电压采样电路输出端，逆变控制输出端对DC电压输入端和逆变控制电路基准电压进行比较，若高于基准电压则输出SPWM控制信号起到欠压保护作用，若低于基准电压则停止输出SPWM控制信号。逆变控制输出端对AC电压输入端的电压和逆变控制电路的基准电压进行比较得出差值，确定输出SPWM控制信号的脉冲宽度，驱动DC/AC变换电路的H桥逆变电路使DC/AC变换电路的交流输出电压达到目标值。逆变控制电路可以采用分立元件，或者微处理器，或者专用集成电路及相关外围电路组成。本例逆变控制电路采用SPWM逆变控制芯片EG8010。
与现有的UPS变换器仅能将交流电源输入转换成交流输出不同，本实用新型能同时适用交流和直流电源输入转换成交流输出。UPS的工作模式是经AC/DC转换后给电池充电，再经过DC/AC转换后给供电设备提供电源。UPS应用背景主要是作为不间断电源，输入电只能接收交流电，不能应用与直流供电，UPS系统通常带有后备电池。综合以上问题，UPS在体积、成本、便携以及直流输入等方面不能适应适配器的需求。本实用新型解决了交流用电设备的供电适配，对交流用电设备的用电适应性进行扩展。加装适配器可以使交流用电设备适应交流电压范围为85V~265V、频率50Hz或60Hz；直流电输入范围扩展致70V~400V。适配器在交流输入时，输入功率因素较高，输出交流电压稳定度较高，频率稳定性较高。适配器在直流输入时，适配器将直流电转化成稳定的交流电。
现有技术中，DC/DC变换电路和DC/AC电路的反馈网络中AC端电压不反馈至升压控制电路，而本实用新型DC/DC变换电路的目标电压，来自DC/DC变换电路的电压取样电路和DC/AC变换电路的交流采样电路共同作用的反馈电路。反馈电路的结构为：DC/DC变换电路的电压取样电路和DC/AC变换电路的交流采样电路通过一个电阻连接，将两个采样电压相加得到反馈电压。升压控制电路的电压反馈输入端连接电阻R202和电阻R203的连接点，这一点的电压值是DC/DC变换的输出电压和交流反馈电压的分压值。升压控制电路的反馈电压的定量表达式：
其中 Vf为升压控制电路的电压反馈电压；
VDC为DC/DC变换电路的直流输出电压；
VAC为交流反馈端电压；
R203为电阻R203的电阻值；
R202为电阻R202的电阻值；
R204为电阻R204的电阻值；
增加输出的交流电压反馈至升压控制电路的效果是：若DC/AC变换电路输出交流电压下降，则通过DC/AC变换电路的交流采样电路反馈至升压控制电路使DC/DC变换电路的输出直流电压升高，从而使得DC/AC变换电路的交流输出电压升高；若DC/AC变换电路输出交流电压上升，则通过DC/AC变换电路的交流采样电路反馈至升压控制电路使DC/DC变换电路的输出直流电压降低，从而使得DC/AC变换电路的交流输出电压降低。使得交流输出电压更加稳定。
Claims (1)
1.一种交直流通用的交流适配器，其特征在于：包括整流变换电路、DC/DC变换电路、升压控制电路、DC/AC变换电路、逆变控制电路；整流变换电路输入端接电网交流电压或者直流电压，DC/DC变换电路输入端接整流变换电路输出端，DC/DC变换电路控制输入端接升压控制电路输出端，升压控制电路电压反馈输入端接DC/DC变换电路的电压采样电路输出端，升压控制电路电流反馈输入端接DC/DC变换电路的电流采样电路输出端，DC/AC变换电路输入端接DC/DC变换电路输出端，DC/AC变换电路的控制输入端接逆变控制电路的逆变控制输出端，逆变控制电路的DC电压输入端接DC/DC变换电路的输出端，逆变控制电路交流反馈输入端接DC/AC变换电路的交流电压采样输出端，逆变控制电路交流电流反馈输入端接DC/AC变换电路的交流电流采样输出端。
2. 根据权利要求1所述的交直流通用的交流适配器，其特征在于：所述整流变换电路包括防雷电路、滤波电路和整流电路。
3. 根据权利要求1所述的交直流通用的交流适配器，其特征在于：所述DC/DC变换电路包括升压电路、相位反馈电路、电流取样电路、电压取样电路；升压电路输入端接整流变换电路输出端，相位反馈电路为用于感应升压电路的电感上磁通量变化的感应线圈；电流取样电路用于检测升压电路的开关电流，电压取样电路通过电阻分压获取DC/DC变换电路输出端电压值和DC/AC变换电路的输出端电压值，DC/DC变换电路将电流转换成较高的直流电压。
4. 根据权利要求1所述的交直流通用的交流适配器，其特征在于：所述升压控制电路具有相位监测输入端、DC电流输入端、电压反馈输入端、 DC/DC变换输出端；相位监测输入端接DC/DC变换电路的相位反馈电路输出端，DC电流输入端接DC/DC变换电路的电流取样电路输出端，DC电压输入端接DC/DC变换电路的电压取样电路输出端，升压控制电路根据电压反馈输入端的电压与预设基准电压进行比较得出差值确定升压电压补偿值；升压控制电路根据相位检测输入端的零点电压和DC电流输入端的当前电流，得出升压控制电路的DC/DC变换输出端的控制信号的脉冲宽度，控制DC/DC变换电路的升压电路，进行电压和PFC控制。
5. 根据权利要求1所述的交直流通用的交流适配器，其特征在于：所述DC/AC变换电路包括驱动电路、H桥逆变电路、输出滤波电路、交流电压采样电路、交流电流采样电路；驱动电路输入端接逆变控制电路输逆变控制输出端，H桥逆变电路输入端接驱动电路输出端，输出滤波电路输入端接H桥逆变电路输出端，交流电压采样电路输入端接输出滤波电路输出端，交流电流采样电路一端接地，另一端接H桥逆变电路的输入端。
6. 根据权利要求1所述的交直流通用的交流适配器，其特征在于：所述逆变控制电路具有DC电压输入端、AC电压输入端、AC电流输入端、逆变控制输出端；DC电压输入端接DC/DC变换电路的输出端，AC电压输入端接DC/AC变换电路的交流采样电路输出端，AC电流输入端接DC/AC变换电路的交流电压采样电路输出端；逆变控制输出端对AC电压输入端的电压和逆变控制电路的基准电压进行比较得出差值，确定输出SPWM控制信号的脉冲宽度，驱动DC/AC变换电路的H桥逆变电路使DC/AC变换电路的交流输出电压达到目标值。
7. 根据权利要求1所述的交直流通用的交流适配器，其特征在于：所述升压电路包扩电感L201、二极管D201，大功率开关管Q201，电容C201，电感L201一端连接整流电路正端，电感L201另一端为同名端，同名端接二极管D201的正端，电容C201的正端连接二极管D201的负端，电容C201的负端连接地端，大功率开关管Q201的漏极连接二极管D201的正端，大功率开关管Q201的栅极连接升压控制电路的DC/DC变换输出端，大功率开关管Q201的源极连接电阻R201的一端。
8. 根据权利要求2至6任一项所述的交直流通用的交流适配器，其特征在于：所述防雷电路输入端外接交流电或直流电，滤波电路输入接防雷电路输出，整流电路输入端接滤波电路输出。
9. 根据权利要求8所述的交直流通用的交流适配器，其特征在于：所述防雷电路包括压敏电阻R101和压敏电阻R102，压敏电阻R101一端接大地另一端接整流变换电路的一个输入端，压敏电阻R102一端接大地另一端接整流变换电路的另一个输入端；所述滤波电路输入接防雷电路输出，滤波电路由电容C101，共模电感L101，电容C102组成π型滤波电路，电容C101两端接整流变换电路的输入电源两端，共模电感L101输入端连接电容C101两端，电容C102两端连接共模电感L101输出两端。
10. 根据权利要求2所述的交直流通用的交流适配器，其特征在于：所述整流电路输入端接滤波电路输出端，整流电路由一个整流桥D101构成，整流桥D101的输入两端连接电容C102。
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20130731 Termination date: 20190110 |