CN206743117U - 一种恒流源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种恒流源装置，包括一个AC‑DC整流模块、一个H桥单相逆变模块、一个LC滤波模块和控制电路模块，所述AC‑DC整流模块用于将市电转换为直流电，H桥单相逆变模块用于将所述AC‑DC整流模块输出的直流电逆变为单相交流电，述LC滤波模块将所述H桥单相逆变模块输出的单相交流电滤波后输出给负载，所述控制电路模块根据所述反馈电流和用户输入电流的差值，调节所述H桥单相逆变模块输出的单相交流电的电流值。本实用新型提供的恒流源装置，通过AC‑DC整流模块与由H桥组成的H桥单相逆变模块相配合取代传统的自耦变压器与升流变压器结构，不仅可以实现0～50A电流连续可调，同时还减小了恒流源装置的体积，降低了硬件电路复杂程度，并减少了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源技术领域，特别涉及一种恒流源装置。
背景技术
传统的大电流交流恒流源装置大多采用AC-AC的电能转换形式，通过自耦变压器将220V交流市电转换成幅值适当的交流电压，而自耦变压器的输出电压通过降压升流变压器转换为所需交流电流，在输出端采集输出电流值，反馈给控制系统，控制系统根据所返回电流值与输入电流值来调节自耦变压器中心抽头的变化，以调节其输出电压大小，从而达到调节输出电流的目的。由于自耦变压器以及降压升流变压器自身特性的限制，传统的大电流交流恒流源装置存在着电路复杂、体积较大、精度低、造价高等缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于改善现有技术中所存在的上述不足，提供一种造价较低、体积较小的恒流源装置。
为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了以下技术方案：
一种恒流源装置，包括一个AC-DC整流模块、一个H桥单相逆变模块、一个LC滤波模块和控制电路模块，所述AC-DC整流模块用于将市电转换为直流电， H桥单相逆变模块用于将所述AC-DC整流模块输出的直流电逆变为单相交流电，述LC滤波模块将所述H桥单相逆变模块输出的单相交流电滤波后输出给负载，所述控制电路模块包括输出电流采样电路、微处理器和输入模块，所述输出电流采样电路用于采集负载电流并反馈至所述微处理器，所述微处理器根据所述输出电流采样电路采集的反馈电流和用户通过所述输入模块输入的输入电流的差值，调节所述H桥单相逆变模块输出的单相交流电的电流值。
优选地，上述恒流源装置中，H桥单相逆变模块包括两个自举电路和两个半桥电路，每个半桥电路包括两个MOS管，一个自举电路驱动一个半桥电路，自举电路分别驱动半桥电路中的两个MOS管形成正玄波的上半波和正玄波的下半波。
优选地，上述恒流源装置中，所述控制电路模块还包括光电隔离驱动电路，所述微处理器输出的SPWM控制信号经所述光电隔离驱动电路处理后输入至所述 H桥单相逆变模块，调节所述H桥单相逆变模块输出的单相交流电的电流值。
优选地，上述恒流源装置中，光电隔离驱动电路中采用光耦芯片HCPL2631。
优选地，上述恒流源装置中，所述输出电流采样电路包括交流电流传感器和采样调整电路，所述LC滤波模块输出的电流被所述交流电流传感器采集后输入至所述采样调整电路，所述采样调整电路将所述交流电流传感器输出的电压调节转换后反馈至所述微处理器。
优选地，上述恒流源装置中，所述恒流源装置还包括显示屏，所述显示屏与所述微处理器连接，所述显示屏用于显示所述输出电流采样电路输出的反馈电流和用户通过所述输入模块输入的输入电流。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：本实用新型提供的恒流源装置，通过AC-DC整流模块与由H桥组成的H桥单相逆变模块相配合取代了传统的自耦变压器与升流变压器结构，不仅可以实现0～50A电流连续可调，同时还减小了恒流源装置的体积，降低了硬件电路复杂程度，并减少了成本。另外，微处理器用DSP取代了单片机，提高了系统的运算速度和采集精度，提高了恒流源装置的稳定性和准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本实用新型实施例1提供的恒流源装置的结构示意框图。
图2为本实用新型实施例2提供的恒流源装置的结构示意框图。
图3为本实用新型实施例2中光电隔离驱动电路图。
图4为本实用新型实施例2中输出电流采样H桥单相逆变模块电路图。
主要元件符号说明
AC-DC整流模块100；H桥单相逆变模块200；LC滤波模块300；控制电路模块400；微处理器401；输出电流采样电路402；按键403；显示屏404；外围电路405；光电隔离驱动电路406；负载500。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
图1示出了本实施例提供的恒流源装置的结构示意框图。请参阅图1，本实施例提供的恒流源装置包括一个AC-DC整流模块100、一个H桥单相逆变模块 200、一个LC滤波模块300和控制电路模块400，AC-DC整流模块100、H桥单相逆变模块200、LC滤波模块300依次电性连接，LC滤波模块300的输出端连接有负载500。控制电路模块400包括输出电流采样电路402、微处理器401和输入模块，H桥单相逆变模块200与微处理器401电性连接，输出电流采样电路 402与LC滤波模块300的输出端(或与负载)电性连接，以获得LC滤波模块 300的输出电流(即负载电流)，微处理器401与输入模块电性连接，以获得用户通过输入模块输入的电流值。
220V交流市电接入AC-DC整流模块100，AC-DC整流模块100将220V交流市电整流滤波转换为平滑的直流电，输出至H桥单相逆变模块200；H桥单相逆变模块200将AC-DC整流模块100输出的直流电逆变为单相交流电，输出至LC 滤波模块300；LC滤波模块300由电感和电容组成，LC滤波模块300将该单相交流电滤除高次谐波后供给给负载500；输出电流采样电路402采集LC滤波模块300输出的电流，并将其反馈至微处理器401，微处理器401比较LC滤波模块300输出的反馈电流与用户通过输入模块输入的输入电流的大小，得到两者之间的差值，根据差值调节H桥单相逆变模块200输出的单相交流电的电流值，使得LC滤波模块300输出的电流恒定在用户输入的电流值。
与传统的恒流源装置相比，本实施例提供的恒流源装置，通过AC-DC整流模块100与H桥单相逆变模块200相配合，取代了传统恒流源装置中的自耦变压器与升流变压器结构，不仅可以实现0～50A电流连续可调，同时还减小了恒流源装置的体积，也降低了硬件电路复杂程度，并减少了成本。
实施例2
图2示出了本实施例提供的恒流源装置的结构框图。请参见图2，本实施例提供的恒流源装置与实施例1中提供的恒流源装置相比，区别在于：控制电路模块400还包括光电隔离驱动电路406、以及显示屏404，光电隔离驱动电路406、显示屏404均与微处理器401电性连接。
本实施例中，微处理器401根据输出电流采样电路402采集的反馈电流和用户通过所述输入模块输入的输入电流的差值，调节其输出的正弦脉冲调制 (Sinusoidal PulseWidth Modulation，简称SPWM)控制信号的脉冲宽度来调节H桥单相逆变模块200输出的单相交流电的电流值。具体的，微处理器401 根据下列公式调节SPWM控制信号的脉冲宽度，
P2＝KPΔ2I+KIΔI+P1
式中，KP为比例系数，KI为积分系数，P1为上次输出SPWM控制信号的脉冲宽度值，P2为调节后输出的脉冲宽度值，ΔI为输入电流与反馈电流的差值。假定用户通过输入模块给定的输入电流为I1，反馈电流为I2，那么ΔI＝I1-I2，当反馈电流大于输入电流时，即I2大于I1，此时ΔI为负值，代入上式中计算可得P2<P1，即所需输出的SPWM控制信号的脉冲宽度变小，则LC滤波模块300输出的电流也随之变小；反之，当反馈电流小于输入电流时，即I2小于I1，此时ΔI为正值，代入上式中计算可得P2>P1，即所需输出的SPWM控制信号的脉冲宽度变大，则 LC滤波模块300输出的电流也随之变大。微处理器401通过调节其输出的SPWM 控制信号的脉冲宽度来调节所述H桥单相逆变模块200输出的单相交流电的电流值的大小，实现恒流源装置的输出电流值达到用户通过输入模块输入的输入电流值，可保持恒流源装置的输出电流恒定不变，也可实现恒流源装置的输出电流连续可调。
输入模块可以是键盘403或手写输入屏，所述键盘403可以是软键盘或者硬键盘，键盘403可以包含“+”键、“-”键、“清零”键、“电流给定”键，操作一次“+”键或“-”键的电流变化幅度值可以是1A。
显示屏404用于显示用户通过键盘403输入的输入电流值，也可以显示反馈电流值。键盘403和显示屏404可以是分别独立的设备，也可以集成在一起。
SPWM控制信号属于弱电信号，而H桥单相逆变模块200中存在大量的强电信号，因此，为了实现强电信号与弱电信号的相互隔离，避免强电信号与弱电信号之间的相互影响，本实施例中的恒流源装置设置了光电隔离驱动电路406，微处理器401输出的SPWM控制信号经过光电隔离驱动电路406放大及光电隔离后输出至H桥单相逆变模块200，驱动H桥单相逆变模块200中的开关器件工作。本实施例中，光电隔离驱动电路406采用光耦元件HCPL4504对强电信号和弱电信号进行隔离，光电隔离驱动电路406如图3所示。
请参阅图4，本实施例中，H桥单相逆变模块200包括两个自举电路和两个半桥电路，每个半桥电路包括两个MOS管，一个自举电路驱动一个半桥电路，自举电路分别驱动半桥电路中的两个MOS管形成正玄波的上半波和正玄波的下半波。具体的，UA1，UA2为IR2184，自举电路。该芯片能根据一脚输入的SPWM 波，通过引脚4和引脚7输出两个反相的SPWM波，且一相SPWM波被自举后，可以驱动H半桥的上MOS管。这样一个IR2184输出的SPWM波就可以驱动H桥的一个半桥。两个IR2184就可以驱动整个全桥。在驱动4个MOS管的时候，先用SPWM波驱动MOS管QA1和QA4导通，形成正弦波的上半波，再用SPWM波驱动MOS管 QA2和QA3导通，形成正弦波的下半波，整个过程形成一个正弦波，完成逆变。控制SPWM波的占空比，即可改变正弦波的幅值。本实施例中H桥单相逆变模块 200在恒流源装置输出大电流时能稳定可靠地工作。
由于DSP芯片相比于传统恒流源装置采用的单片机芯片具有运算速度更快、精度更高的优势，因此本实施例中，微处理器401优选采用DSP芯片，例如 TMS320F2812。
输出电流采样电路402包括交流电流传感器，用于采集LC滤波模块300输出的电流。基于器件选取及系统结构的不同，输出电流采样电路402的具体结构可以有所不同。例如很实施例中，微处理器401采用TMS320F2812芯片，由于TMS320F2812的A/D采样端口所允许的输入电压范围为0～3.3V，而交流电流传感器采样所得到的电压信号为1～5V，本实施例中，输出电流采样电路402还包括采样调整电路，LC滤波模块300输出的电流被所述交流电流传感器采集后输入至所述采样调整电路，采样调整电路将交流电流传感器输出的1～5V电压调节转换得到0～3.3V后反馈至微处理器401。
本实施例中，AC-DC整流模块100可以将220V交流市电转换为48V/5A的直流电输出，其能够为后一级H桥单相逆变模块200提供最高达240W的输入功率，能够实现大电流输出的目的，并且提高了恒流源装置的稳定性。
容易理解的，微处理器401工作需要配合外围电路，例如时钟电路、电源电路等，本实施例中的微处理器401只需要配合最简单的外围电路405即可正常工作，即外围电路405包括时钟电路、电源电路、复位电路和仿真接口。
本实施例中未描述之处请参阅实施例1中相应描述。
本实施例提供的恒流源装置，具有稳定性好、成本较低、结构简单、输出电流较大等特点。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
Claims (7)
1.一种恒流源装置，其特征在于，包括一个AC-DC整流模块、一个H桥单相逆变模块、一个LC滤波模块和控制电路模块，所述AC-DC整流模块用于将市电转换为直流电，H桥单相逆变模块用于将所述AC-DC整流模块输出的直流电逆变为单相交流电，述LC滤波模块将所述H桥单相逆变模块输出的单相交流电滤波后输出给负载，所述控制电路模块包括输出电流采样电路、微处理器和输入模块，所述输出电流采样电路用于采集负载电流并反馈至所述微处理器，所述微处理器根据所述输出电流采样电路采集的反馈电流和用户通过所述输入模块输入的输入电流的差值，调节所述H桥单相逆变模块输出的单相交流电的电流值。
2.根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于，所述H桥单相逆变模块包括两个自举电路和两个半桥电路，每个半桥电路包括两个MOS管，一个自举电路驱动一个半桥电路，自举电路分别驱动半桥电路中的两个MOS管形成正玄波的上半波和正玄波的下半波。
3.根据权利要求2所述的恒流源装置，其特征在于，所述控制电路模块还包括光电隔离驱动电路，所述微处理器输出的SPWM控制信号经所述光电隔离驱动电路处理后输入至所述H桥单相逆变模块，调节所述H桥单相逆变模块输出的单相交流电的电流值。
4.根据权利要求3所述的恒流源装置，其特征在于，光电隔离驱动电路中采用光耦芯片HCPL2631。
5.根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于，所述输出电流采样电路包括交流电流传感器和采样调整电路，所述LC滤波模块输出的电流被所述交流电流传感器采集后输入至所述采样调整电路，所述采样调整电路将所述交流电流传感器输出的电压调节转换后反馈至所述微处理器。
6.根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于，所述恒流源装置还包括显示屏，所述显示屏与所述微处理器连接，所述显示屏用于显示所述输出电流采样电路输出的反馈电流和用户通过所述输入模块输入的输入电流。
7.根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于，所述微处理器为DSP芯片。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201720562847.8U CN206743117U (zh) | 2017-05-19 | 2017-05-19 | 一种恒流源装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113568348A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-29 | 上海电机学院 | 一种基于lxi总线的多信号交流试验程控电源装置 |
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2017
- 2017-05-19 CN CN201720562847.8U patent/CN206743117U/zh active Active
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