CN211880310U - 一种线性交流电源变换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种线性交流电源变换装置，包括参考直流信号发出单元、AC/DC反馈信号整流单元、信号调理单元、方波变换单元、频率信号单元、滤波单元、信号放大单元、功率隔离放大单元，通过滤波方式产生正弦信号，通过调整信号幅值实现输出电源的闭环控制，产生电磁特性良好的供电电源。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源控制设备技术领域，具体领域为交流电源控制设备。
背景技术
在供电应用领域，DC/AC供电变换主要实现将直流电转换为一定频率的交流电，用于供电对象。其中主要有两种转换方式，一种是基于早期低频半导体器件的线性变换技术，通常采用谐振等控制方式产生正弦信号，经功率放大后转换交流电源；一种是基于高频半导体器件的SPWM开关类变换技术，具有响应速度快，体积小，功率密度高的特点，但其缺点则是电磁兼容较差，无法满足对电磁环境要求较高的应用条件。因此，线性交流电源依然存在广阔的应用前景。
但基于谐振控制方式的线性交流电源具有器件多，设计复杂，调试困难及不具备良好一致性的问题，对生产效率影响较大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种线性交流电源变换装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种线性交流电源变换装置，包括：
参考直流信号发出单元，发出直流信号，并将所述直流信号作为所述电源变换装置的闭环控制的参考给定值；
AC/DC反馈信号整流单元，将输入的交流反馈信号整流为直流反馈信号并输出；
信号调理单元，接收参考直流信号发出单元输出的直流信号和AC/DC反馈信号整流单元输出的直流反馈信号，并对直流信号和直流反馈信号进行线性控制输出直流电平；
方波变换单元，将信号调理单元输出的幅值可调的直流电平转换为方波信号；
频率信号单元，发出方波信号并传输至方波变换单元中；
信号滤波单元，对方波变换单元传出的信号进行滤波；
信号放大单元，对信号滤波单元输出的信号进行放大；
功率隔离放大单元，接收信号放大单元发出的驱动信号，并将直流供电转化为输出交流电，并且输出反馈信号给AC/DC反馈信号整流单元。
优选的，所述频率信号单元通过NE555类信号发生器，产生方波信号。
优选的，所述频率信号单元通过数字处理器产生方波信号。
优选的，所述信号滤波单元包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、放大器U9A、电容C3、电容C4，所述电阻R9与电容C4串联后与放大器U9A的反向输入端相连接，所述电阻R9与电容C4之间的节点通过电阻R11接地，所述电容C3的一端与电阻R9与电容C4之间的节点连接，其另一端连接放大器U9A的输出端，所述电容C3与放大器U9A的输出端之间连接有电阻R10的一端，其另一端与电容C4与放大器U9A的反向输入端相连接，所述放大器U9A的同相输入端接地，所述频率信号单元的输出端与电阻R9相连接，所述放大器U9A的输出端输出SPWM信号。
优选的，所述信号滤波单元包括电感L3和电容C5，所述电感L3一端与频率信号单元的输出端相连接另一端连接电容C5的一端，电容C5的另一端接地，所述电感L3和电容C5之间的节点为所述信号滤波单元的输出端。
优选的，所述AC/DC反馈信号整流单元包括全桥整流电路、LC滤波电路和放大器U2A，所述交流反馈信号通过全桥整流电路整流后经LC滤波电路滤波传入至放大器U2A的同相输入端，所述放大器U2A的反向输入端与放大器U2A的输出端相连接。
优选的，所述信号调理单元包括放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电容C1，所述AC/DC反馈信号整流单元的输出信号经通过电阻R1传送至放大器U1A的反向输入端，所述参考直流信号发出单元与放大器U1A的同相输入端相连接，所述电阻R1与放大器U1A的反向输入端之间的节点与电阻R2、电容C1串联后与放大器U1A的输出端相连接。
优选的，所述方波变换单元包括放大器U1B、电阻R3、MOS管V3，所述放大器U1B的同相输入端接收信号调理单元的输出信号，所述放大器U1B的输出端与其输入端相连接，所述MOS管V3的栅极接收频率信号单元发出的信号，所述MOS管V3的源极接地，所述放大器U1B的输出端与电阻R3和MOS管V3的漏极顺序连接。
优选的，所述信号放大单元通过变压器T1对信号滤波单元输出的信号进行放大并传入至功率隔离放大单元中，所述功率隔离放大单元通过MOS管V1和MOS管V2对输入功率进行放大，并通过变压器T2转换为输出交流电和反馈给AC/DC反馈信号整流单元的反馈信号。
优选的，所述参考直流信号发出单元包括电阻R4、稳压二极管U6和+5V电源，所述+5V电源、电阻R4、稳压二极管U6顺序串联后接地，所述稳压二极管U6的取样端与电阻R4和稳压二极管U6之间的节点相连接，且稳压二极管U6的取样端与电阻R4之间的节点为参考直流信号发出单元的输出端。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：一种线性交流电源变换装置，通过滤波方式产生正弦信号，通过调整信号幅值实现输出电源的闭环控制，产生电磁特性良好的供电电源。
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AC/DC反馈信号整流单元的电路图；
图3为本实用新型的信号调理单元和方波变换单元的电路图；
图4为本实用新型的信号滤波单元的电路图；
图5为本实用新型的信号滤波单元的电路图；
图6为本实用新型的信号放大单元和功率隔离放大单元的电路图；
图7为本实用新型的述参考直流信号发出单元的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种线性交流电源变换装置，包括：
参考直流信号发出单元，发出直流信号，并将所述直流信号作为所述电源变换装置的闭环控制的参考给定值；
AC/DC反馈信号整流单元，将输入的交流反馈信号整流为直流反馈信号并输出；
信号调理单元，接收参考直流信号发出单元输出的直流信号和AC/DC反馈信号整流单元输出的直流反馈信号，并对直流信号和直流反馈信号进行线性控制输出直流电平；
方波变换单元，将信号调理单元输出的幅值可调的直流电平转换为方波信号；
频率信号单元，发出方波信号并传输至方波变换单元中；
信号滤波单元，对方波变换单元传出的信号进行滤波；
信号放大单元，对信号滤波单元输出的信号进行放大；
功率隔离放大单元，接收信号放大单元发出的驱动信号，并将直流供电转化为输出交流电，并且输出反馈信号给AC/DC反馈信号整流单元。
具体而言，所述频率信号单元通过NE555类信号发生器，产生方波信号。
具体而言，所述频率信号单元通过数字处理器产生方波信号。
请参阅图4，具体而言，所述信号滤波单元包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、放大器U9A、电容C3、电容C4，所述电阻R9与电容C4串联后与放大器U9A的反向输入端相连接，所述电阻R9与电容C4之间的节点通过电阻R11接地，所述电容C3的一端与电阻R9与电容C4之间的节点连接，其另一端连接放大器U9A的输出端，所述电容C3与放大器U9A的输出端之间连接有电阻R10的一端，其另一端与电容C4与放大器U9A的反向输入端相连接，所述放大器U9A的同相输入端接地，所述频率信号单元的输出端与电阻R9相连接，所述放大器U9A的输出端输出SPWM信号。
请参阅图5，具体而言，所述信号滤波单元包括电感L3和电容C5，所述电感L3一端与频率信号单元的输出端相连接另一端连接电容C5的一端，电容C5的另一端接地，所述电感L3和电容C5之间的节点为所述信号滤波单元的输出端。
请参阅图2，具体而言，所述AC/DC反馈信号整流单元包括全桥整流电路、LC滤波电路和放大器U2A，所述交流反馈信号通过全桥整流电路整流后经LC滤波电路滤波传入至放大器U2A的同相输入端，所述放大器U2A的反向输入端与放大器U2A的输出端相连接。
请参阅图3，具体而言，所述信号调理单元包括放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电容C1，所述AC/DC反馈信号整流单元的输出信号经通过电阻R1传送至放大器U1A的反向输入端，所述参考直流信号发出单元与放大器U1A的同相输入端相连接，所述电阻R1与放大器U1A的反向输入端之间的节点与电阻R2、电容C1串联后与放大器U1A的输出端相连接。
请参阅图3，具体而言，所述方波变换单元包括放大器U1B、电阻R3、MOS管V3，所述放大器U1B的同相输入端接收信号调理单元的输出信号，所述放大器U1B的输出端与其输入端相连接，所述MOS管V3的栅极接收频率信号单元发出的信号，所述MOS管V3的源极接地，所述放大器U1B的输出端与电阻R3和MOS管V3的漏极顺序连接。
请参阅图6，具体而言，所述信号放大单元通过变压器T1对信号滤波单元输出的信号进行放大并传入至功率隔离放大单元中，所述功率隔离放大单元通过MOS管V1和MOS管V2对输入功率进行放大，并通过变压器T2转换为输出交流电和反馈给AC/DC反馈信号整流单元的反馈信号。
请参阅图7，具体而言，所述参考直流信号发出单元包括电阻R4、稳压二极管U6和+5V电源，所述+5V电源、电阻R4、稳压二极管U6顺序串联后接地，所述稳压二极管U6的取样端与电阻R4和稳压二极管U6之间的节点相连接，且稳压二极管U6的取样端与电阻R4之间的节点为参考直流信号发出单元的输出端。
本发明的使用方法如下：
通过信号调理单元将给定参考与反馈信号通过典型PI控制器进行调节，得到一定幅值的直流电平。
频率信号单元产生一定频率固定占空比的方波，或者按照SPWM调试方式产生占空比调制的方波。该频率方波信号与上述直流电平通过方波变换电路实现幅值跟随直流电平，频率和占空比跟随频率信号。上述信号通过滤波后形成正弦波。该正弦波通过运放比例放大并通过推挽变压器放大，作为推挽拓扑结构的功率放大单元的驱动信号。最后通过隔离功率变压器实现隔离放大，最终输出功率并提供反馈信号
工作原理：参考直流信号发出单元，主要提供一个直流电平，该电平可以通过电压基准产生，或者其他稳定电路分压产生，具有较为平稳的品质即可。
AC/DC反馈信号整流单元，采用小信号全桥整流方式，将交流反馈信号整流为直流信号，并通过LC进行平滑滤波，后级曾置一级射极跟随器
信号调理单元，采用典型PI调节方式，实现反馈信号跟随参考直流信号发出单元的目的。
频率信号单元，可以分为两种，一种是通过NE555类信号发生器，产生固定频率和脉宽的方波信号，一种是通过数字处理器产生SPWM的固定频率和变化脉宽的方波信号，该频率和脉宽通过程序可进一步设定；
方波变换单元将频率信号幅值进行变换，以控制后级正弦波的幅值；
信号滤波单元，频率信号单元的输出信号调整幅值后的方波信号进行滤波；
信号放大单元将正弦波信号通过变压器转换为共地推挽的正弦波信号，以推动后级功率电路；
功率隔离单元采用晶体管实现功率放大，在经变压器进行电压放大，同时通过变压器内部信号线圈输出反馈交流信号，用于闭环控制。
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种线性交流电源变换装置，其特征在于，包括：
参考直流信号发出单元，发出直流信号，并将所述直流信号作为所述电源变换装置的闭环控制的参考给定值；
AC/DC反馈信号整流单元，将输入的交流反馈信号整流为直流反馈信号并输出；
信号调理单元，接收参考直流信号发出单元输出的直流信号和AC/DC反馈信号整流单元输出的直流反馈信号，并对直流信号和直流反馈信号进行线性控制输出直流电平；
方波变换单元，将信号调理单元输出的幅值可调的直流电平转换为方波信号；
频率信号单元，发出方波信号并传输至方波变换单元中；
信号滤波单元，对方波变换单元传出的信号进行滤波；
信号放大单元，对信号滤波单元输出的信号进行放大；
功率隔离放大单元，接收信号放大单元发出的驱动信号，并将直流供电转化为输出交流电，并且输出反馈信号给AC/DC反馈信号整流单元。
2.根据权利要求1所述的一种线性交流电源变换装置，其特征在于：所述频率信号单元通过NE555类信号发生器产生方波信号。
3.根据权利要求1所述的一种线性交流电源变换装置，其特征在于：所述频率信号单元通过数字处理器产生方波信号。
4.根据权利要求2所述的一种线性交流电源变换装置，其特征在于：所述信号滤波单元包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、放大器U9A、电容C3、电容C4，所述电阻R9与电容C4串联后与放大器U9A的反向输入端相连接，所述电阻R9与电容C4之间的节点通过电阻R11接地，所述电容C3的一端与电阻R9与电容C4之间的节点连接，其另一端连接放大器U9A的输出端，所述电容C3与放大器U9A的输出端之间连接有电阻R10的一端，其另一端与电容C4与放大器U9A的反向输入端相连接，所述放大器U9A的同相输入端接地，所述频率信号单元的输出端与电阻R9相连接，所述放大器U9A的输出端输出SPWM信号。
5.根据权利要求3所述的一种线性交流电源变换装置，其特征在于：所述信号滤波单元包括电感L3和电容C5，所述电感L3一端与频率信号单元的输出端相连接，另一端连接电容C5的一端，电容C5的另一端接地，所述电感L3和电容C5之间的节点为所述信号滤波单元的输出端。
6.根据权利要求1所述的一种线性交流电源变换装置，其特征在于：所述AC/DC反馈信号整流单元包括全桥整流电路、LC滤波电路和放大器U2A，所述交流反馈信号通过全桥整流电路整流后经LC滤波电路滤波传入至放大器U2A的同相输入端，所述放大器U2A的反向输入端与放大器U2A的输出端相连接。
7.根据权利要求1所述的一种线性交流电源变换装置，其特征在于：所述信号调理单元包括放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电容C1，所述AC/DC反馈信号整流单元的输出信号经通过电阻R1传送至放大器U1A的反向输入端，所述参考直流信号发出单元与放大器U1A的同相输入端相连接，所述电阻R1与放大器U1A的反向输入端之间的节点与电阻R2、电容C1串联后与放大器U1A的输出端相连接。
8.根据权利要求1所述的一种线性交流电源变换装置，其特征在于：所述方波变换单元包括放大器U1B、电阻R3、MOS管V3，所述放大器U1B的同相输入端接收信号调理单元的输出信号，所述放大器U1B的输出端与其输入端相连接，所述MOS管V3的栅极接收频率信号单元发出的信号，所述MOS管V3的源极接地，所述放大器U1B的输出端与电阻R3和MOS管V3的漏极顺序连接。
9.根据权利要求1所述的一种线性交流电源变换装置，其特征在于：所述信号放大单元通过变压器T1对信号滤波单元输出的信号进行放大并传入至功率隔离放大单元中，所述功率隔离放大单元通过MOS管V1和MOS管V2对输入功率进行放大，并通过变压器T2转换为输出交流电和反馈给AC/DC反馈信号整流单元的反馈信号。
10.根据权利要求1所述的一种线性交流电源变换装置，其特征在于：所述参考直流信号发出单元包括电阻R4、稳压二极管U6和+5V电源，所述+5V电源、电阻R4、稳压二极管U6顺序串联后接地，所述稳压二极管U6的取样端与电阻R4和稳压二极管U6之间的节点相连接，且稳压二极管U6的取样端与电阻R4之间的节点为参考直流信号发出单元的输出端。
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| CN202020735260.4U CN211880310U (zh) | 2020-05-07 | 2020-05-07 | 一种线性交流电源变换装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114221527A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-03-22 | 深圳市深澳视觉科技有限公司 | 交直流能量转换控制电路及高频医疗设备 |
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2020
- 2020-05-07 CN CN202020735260.4U patent/CN211880310U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114221527A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-03-22 | 深圳市深澳视觉科技有限公司 | 交直流能量转换控制电路及高频医疗设备 |
| CN114221527B (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-20 | 深圳市深澳视觉科技有限公司 | 交直流能量转换控制电路及高频医疗设备 |
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