CN210867507U - 一种高效率的交流恒流源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高效率的交流恒流源电路，包括直流电源变换电路、滤波电路、逆变电路以及直流反馈控制电路，直流电源变换电路的直流输出端分别连接滤波电路以及逆变电路的直流输入端，逆变电路的直流输出端与直流反馈控制电路的检测信号输入端连接，直流反馈控制电路的基准电压输入端接收外部的基准电压输入，直流电源变换电路设有PWM控制端，直流反馈控制电路的信号输出端连接直流电源变换电路的PWM控制端，逆变电路的交流输出端输出交流电源。本实用新型通过前级电路的电流反馈值来对前级的直流恒流进行PWM调节，实现后级输出的交流恒流。本实用新型电路控制简单，逆变环节调制比始终不变，输出交流波形失真较小，电路的变换效率也较高。

Description

一种高效率的交流恒流源电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，具体涉及一种高效率的交流恒流源电路。

背景技术

很多设备需要稳定的交流电流，如磁扫描，交流电路的测量，电流互感器检测等应用。目前交流恒流源都是采用前级为稳定的直流电源，后级为交流逆变，通过检测输出逆变的输出电流来控制逆变电路SPWM的调制比来实现输出的交流恒流。这种方式控制比较复杂，当负载电阻较小时，输出电压较小导致SPWM的调制比很小，输出交流波形会产生较大的波形失真，同时降低变换效率。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高效率的交流恒流源电路，其前级为可调直流恒流源，后级为调制比固定不变的交流逆变电路，通过前级电路的电流反馈值来对前级的直流恒流进行PWM调节，从而实现后级输出的交流恒流。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种高效率的交流恒流源电路，包括直流电源变换电路、滤波电路、逆变电路以及直流反馈控制电路，所述直流电源变换电路的直流输出端分别连接所述滤波电路以及所述逆变电路的直流输入端，所述逆变电路的直流输出端与所述直流反馈控制电路的检测信号输入端连接，所述直流反馈控制电路的基准电压输入端接收外部的基准电压输入，所述直流电源变换电路设有PWM控制端，所述直流反馈控制电路的信号输出端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端，所述逆变电路的交流输出端输出交流电源。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述直流反馈控制电路为比例积分控制电路，其包括电流采样电阻R1、运算放大器U1、反馈电阻R3、反馈电容C4、反馈电容C5，所述电流采样电阻R1的电流输入端连接所述运算放大器U1的同相输入端，所述电流采样电阻R1另一端接地，所述运算放大器U1的反相输入端输入基准电压，所述运算放大器U1的输出端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端；所述反馈电阻R3一端连接所述运算放大器U1的输出端，所述反馈电阻R3 的另一端连接所述反馈电容C4的一端，所述反馈电容C4的另一端连接所述运算放大器U1的反相输入端；所述运算放大器U1的输出端与所述运算放大器U1的反相输入端分别连接所述反馈电容C5的两端。

进一步，所述运算放大器U1的同相输入端还设置有电阻R2，所述电阻 R2一端连接所述运算放大器U1的同相输入端，所述电阻R2的另一端连接所述电流采样电阻R1的电流输入端。

进一步，所述运算放大器U1的输出端还设置有限流电阻R4，所述限流电阻R4一端连接所述运算放大器U1的输出端，所述限流电阻R4的另一端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端。

进一步，所述直流反馈控制电路还设有光耦U2，所述光耦U2的输入端连接所述限流电阻R4，所述光耦U2的输出端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端。

进一步，所述逆变电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、电感L1、滤波电容C3，所述功率开关管Q1的电流输入端、所述功率开关管Q2的电流输入端连接所述直流电源变换电路的直流输出端，所述功率开关管Q1的电流输出端连接所述功率开关管Q3的电流输入端，所述功率开关管Q2的电流输出端连接所述功率开关管Q4的电流输入端，所述功率开关管Q3的电流输出端、所述功率开关管Q4的电流输出端连接所述电流采样电阻R1的电流输入端；所述功率开关管Q1与所述功率开关管Q3的公共节点连接所述滤波电容C3的一端，所述滤波电容C3的另一端连接所述电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接所述功率开关管Q2 与所述功率开关管Q4的公共节点；所述滤波电容C3的两端作为所述逆变电路的交流输出端。

进一步，所述直流电源变换电路为AC-DC转换电路或DC-DC转换电路。

进一步，所述直流电源变换电路的直流输出端串联设置有防反二极管 D1，所述防反二极管D1正偏设置，所述防反二极管D1的阴极连接所述逆变电路的电流输入端与所述滤波电路的公共节点。

进一步，所述滤波电路包括滤波电容C1，所述滤波电容C1一端连接所述防反二极管D1的阴极，所述滤波电容C1另一端接地。

本实用新型的有益效果是：本实用新型电源电路的前级为可调直流恒流源，后级为调制比固定不变的交流逆变电路，通过前级电路的电流反馈值来对前级的直流恒流进行PWM调节，从而实现后级输出的交流恒流。本实用新型电路控制简单，逆变环节调制比始终不变，输出交流波形失真较小，电路的变换效率也较高。

附图说明

图1为本实用新型原理示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

C1～C3、滤波电容，C4～C5、反馈电容，D1、防反二极管，Q1～Q4、功率开关管，L1、电感，R1、电流采样电阻，R2、电阻，R3、反馈电阻，R4、限流电阻，U1、运算放大器，U2、光耦。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种高效率的交流恒流源电路，包括直流电源变换电路、滤波电路、逆变电路以及直流反馈控制电路，所述直流电源变换电路的直流输出端分别连接所述滤波电路以及所述逆变电路的直流输入端，所述逆变电路的直流输出端与所述直流反馈控制电路的检测信号输入端连接，所述直流反馈控制电路的基准电压输入端接收外部的基准电压输入，所述直流电源变换电路设有PWM控制端，所述直流反馈控制电路的信号输出端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端，所述逆变电路的交流输出端输出交流电源。所述直流电源变换电路为AC-DC转换电路或DC-DC转换电路，可以是正激变换，半桥变换或其他任意一种带有PWM控制功能的直流电源变换电路。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述直流反馈控制电路为比例积分控制电路，其包括电流采样电阻R1、运算放大器U1、反馈电阻R3、反馈电容C4、反馈电容C5，所述电流采样电阻R1的电流输入端连接所述运算放大器U1的同相输入端，所述电流采样电阻R1另一端接地，所述运算放大器U1的反相输入端输入基准电压，所述运算放大器U1的输出端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端；所述反馈电阻R3一端连接所述运算放大器U1的输出端，所述反馈电阻R3 的另一端连接所述反馈电容C4的一端，所述反馈电容C4的另一端连接所述运算放大器U1的反相输入端；所述运算放大器U1的输出端与所述运算放大器U1的反相输入端分别连接所述反馈电容C5的两端。

进一步，所述运算放大器U1的同相输入端还设置有电阻R2，所述电阻 R2一端连接所述运算放大器U1的同相输入端，所述电阻R2的另一端连接所述电流采样电阻R1的电流输入端。

进一步，所述运算放大器U1的输出端还设置有限流电阻R4，所述限流电阻R4一端连接所述运算放大器U1的输出端，所述限流电阻R4的另一端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端。

进一步，所述直流反馈控制电路还设有光耦U2，所述光耦U2的输入端连接所述限流电阻R4，所述光耦U2的输出端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端。

进一步，所述逆变电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、电感L1、滤波电容C3，所述功率开关管Q1的电流输入端、所述功率开关管Q2的电流输入端连接所述直流电源变换电路的直流输出端，所述功率开关管Q1的电流输出端连接所述功率开关管Q3的电流输入端，所述功率开关管Q2的电流输出端连接所述功率开关管Q4的电流输入端，所述功率开关管Q3的电流输出端、所述功率开关管Q4的电流输出端连接所述电流采样电阻R1的电流输入端；所述功率开关管Q1与所述功率开关管Q3的公共节点连接所述滤波电容C3的一端，所述滤波电容C3的另一端连接所述电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接所述功率开关管Q2 与所述功率开关管Q4的公共节点；所述滤波电容C3的两端作为所述逆变电路的交流输出端。

进一步，所述直流电源变换电路的直流输出端串联设置有防反二极管 D1，所述防反二极管D1正偏设置，所述防反二极管D1的阴极连接所述逆变电路的电流输入端与所述滤波电路的公共节点。

进一步，所述滤波电路包括滤波电容C1，所述滤波电容C1一端连接所述防反二极管D1的阴极，所述滤波电容C1另一端接地。为减小滤波电容C1 的等效电阻，达到更好的滤波效果，滤波电容C1上还可以再并联滤波电容，例如图1中所示的滤波电容C2。

工作原理：

图1中电路分为两级，第一级为直流变换部分，第二级为交流变换部分，交流变换部分向外部负载输出交流电源。本实施例的直流电源变换电路 (AC/DC或DC/DC)可以是正激变换、半桥变换或其他任意一种直流电源变换电路，其能进行PWM调制，输出稳定的直流电流。防反二极管D1、滤波电容 C1、滤波电容C2与第一级的直流电流变换电路一起组成电源变换的输出整流电路，输出稳定可靠的直流电；电流采样电阻R1作为直流输出电流的采样电阻，用来采样输出直流电流大小。远算放大器U1、电阻R2、反馈电阻 R3、限流电阻R4、反馈电容C4、反馈电容C5一起形成直流电流反馈控制环，电阻R2将电流采样电阻R1采样的电流信号转换为电压信号，远算放大器U1 的反相输入端输入基准电压，用于作为控制直流电源转换电路的输出电流基准，通过将采样的电流信号转化成电压信号，再与基准电压信号进行比较后，向第一级电路输出PWM控制信号；反馈电阻R3、反馈电容C4、反馈电容C5 与运算放大器U1形成比例积分调节，能消除调节系统的偏差,实现无差调节。运算放大器U1的输出端连接光耦U2的发光二极管负极，此发光二极管正极接地，当发光二极管导通时,为防止电流过大烧毁电路，此时限流电阻R4为运算放大器U1的输出端限流，以保护控制电路。光耦U2的光敏器件端连接到第一级电路的PWM控制端，当运算放大器U1的输出端输出信号使光耦导通时，直流反馈控制电路为直流电源变换电路提供PWM调节，以控制直流输出。而直流输出直接影响带后面的第二级交流转换电路(逆变电路)。当输出直流大于设定电流值时(设定电流值由基准电压决定)，运算放大器U1 输出电压增加，通过限流电阻R4和光耦U2,光耦U2的光敏器件两端电压降低，从而降低第一级直流变换电路的占空比，导致第一级输出电压变低，由于负载阻抗不变，输出电流随之降低，直到直流输出电流值等于设定电流值。

运算放大器U1作为第一级直流变换的输出直流恒流反馈；功率开关管Q1、功率开关管Q1、功率开关管Q3、功率开关管Q4组成第二级的输出逆变电路，采用SPWM控制，L1和C3组成输出滤波电路，第二级变换为开环变换，固定的调制比，逆变电路的输出交流电流Iac＝1.414Idc，Idc为第一级的输出的直流电流，因此通过控制第一级的输出直流电流大小来控制第二级的交流恒流源输出的交流电流大小。由于逆变部分的调制比为固定值，可以是0.9甚至更高，当负载阻值较小，导致输出电压较低时，由于逆变的SPWM 控制调制比不变，因此仍能保证输出的交流波形的失真度维持不变。

本实用新型的有益效果是：本实用新型电源电路的前级为可调直流恒流源，后级为调制比固定不变的交流逆变电路，通过前级电路的电流反馈值来对前级的直流恒流进行PWM调节，从而实现后级输出的交流恒流。本实用新型电路控制简单，逆变环节调制比始终不变，输出交流波形失真较小，电路的变换效率也较高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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。

Claims (9)

1.一种高效率的交流恒流源电路，其特征在于，包括直流电源变换电路、滤波电路、逆变电路以及直流反馈控制电路，所述直流电源变换电路的直流输出端分别连接所述滤波电路以及所述逆变电路的直流输入端，所述逆变电路的直流输出端与所述直流反馈控制电路的检测信号输入端连接，所述直流反馈控制电路的基准电压输入端接收外部的基准电压输入，所述直流电源变换电路设有PWM控制端，所述直流反馈控制电路的信号输出端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端，所述逆变电路的交流输出端输出交流电源。

2.根据权利要求1所述一种高效率的交流恒流源电路，其特征在于，所述直流反馈控制电路为比例积分控制电路，其包括电流采样电阻R1、运算放大器U1、反馈电阻R3、反馈电容C4、反馈电容C5，所述电流采样电阻R1的电流输入端连接所述运算放大器U1的同相输入端，所述电流采样电阻R1另一端接地，所述运算放大器U1的反相输入端输入基准电压，所述运算放大器U1的输出端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端；所述反馈电阻R3一端连接所述运算放大器U1的输出端，所述反馈电阻R3的另一端连接所述反馈电容C4的一端，所述反馈电容C4的另一端连接所述运算放大器U1的反相输入端；所述运算放大器U1的输出端与所述运算放大器U1的反相输入端分别连接所述反馈电容C5的两端。

3.根据权利要求2所述一种高效率的交流恒流源电路，其特征在于，所述运算放大器U1的同相输入端还设置有电阻R2，所述电阻R2一端连接所述运算放大器U1的同相输入端，所述电阻R2的另一端连接所述电流采样电阻R1的电流输入端。

4.根据权利要求2所述一种高效率的交流恒流源电路，其特征在于，所述运算放大器U1的输出端还设置有限流电阻R4，所述限流电阻R4一端连接所述运算放大器U1的输出端，所述限流电阻R4的另一端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端。

5.根据权利要求4所述一种高效率的交流恒流源电路，其特征在于，所述直流反馈控制电路还设有光耦U2，所述光耦U2的输入端连接所述限流电阻R4，所述光耦U2的输出端连接所述直流电源变换电路的所述PWM控制端。

6.根据权利要求2所述一种高效率的交流恒流源电路，其特征在于，所述逆变电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、电感L1、滤波电容C3，所述功率开关管Q1的电流输入端、所述功率开关管Q2的电流输入端连接所述直流电源变换电路的直流输出端，所述功率开关管Q1的电流输出端连接所述功率开关管Q3的电流输入端，所述功率开关管Q2的电流输出端连接所述功率开关管Q4的电流输入端，所述功率开关管Q3的电流输出端、所述功率开关管Q4的电流输出端连接所述电流采样电阻R1的电流输入端；所述功率开关管Q1与所述功率开关管Q3的公共节点连接所述滤波电容C3的一端，所述滤波电容C3的另一端连接所述电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接所述功率开关管Q2与所述功率开关管Q4的公共节点；所述滤波电容C3的两端作为所述逆变电路的交流输出端。

7.根据权利要求1所述一种高效率的交流恒流源电路，其特征在于，所述直流电源变换电路为AC-DC转换电路或DC-DC转换电路。

8.根据权利要求1所述一种高效率的交流恒流源电路，其特征在于，所述直流电源变换电路的直流输出端串联设置有防反二极管D1，所述防反二极管D1正偏设置，所述防反二极管D1的阴极连接所述逆变电路的电流输入端与所述滤波电路的公共节点。

9.根据权利要求8所述一种高效率的交流恒流源电路，其特征在于，所述滤波电路包括滤波电容C1，所述滤波电容C1一端连接所述防反二极管D1的阴极，所述滤波电容C1另一端接地。

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