CN2181022Y

CN2181022Y - 微机型大功率恒流、恒压电源装置

Info

Publication number: CN2181022Y
Application number: CN 93242196
Authority: CN
Inventors: 李洋; 夏又新
Original assignee: HUATUO ELECTRONIC SYSTEM INST XI-AN
Current assignee: HUATUO ELECTRONIC SYSTEM INST XI-AN
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2003-10-13

Abstract

本实用新型是用单片微机控制和PWM开关电源技术实现的大功率恒压、恒流电源装置。它由低通滤波电路、整流滤波电路、半桥开关电路、交频整流滤波电路、输出及取样电路、信号处理电路、微机控制电路、脉宽控制电路、驱动电路、保护电路等部分构成。它用单片微机作为核心控制器，数字设定和调节输出电压、电流能实现复杂函数波形输出；精度高，能适应自动化系统中自动控制的要求；具有故障诊断和处理功能；体积小，效率高。

Description

本实用新型涉及微机控制的大功率恒压、恒流电源装置，属于现代电源技术领域。

传统的大功率电源多为线性恒压或恒流电源，采用工频变压器降压后整流，再通过线性调整管稳压或稳流、体积大，效率低（一般小于50％）；采用电位器设定和调节输出电压、电流，稳定性差，漂移大，而且难于实现恒压、恒流，自动转换；未采用微机控制，无法实现函数波形的输出，不能适应要求较高的应用场合和自动化系统中自动控制的要求，不具有故障诊断功能。

本实用新型的目的是针对现有大功率恒流、恒压电源的缺陷，设计采用了微机控制和PWM开关电源技术实现的大功率恒压、恒流电源装置；通过调整脉宽来调节输出电压、电流大小，去掉了笨重的工频变压器，体积小，效率高；采用单片微机作为核心控制器，数字设定和调节输出电压、电流，能实现复杂函数波形的输出，可以在恒压和恒流间自动转换，稳定性好，精度高，能适应自动化系统中自动控制的要求和复杂的应用场合；具有智能故障诊断及处理功能。

本实用新型是以下列技术方案来实现：一种微机型大功率恒压、恒流电源装置，包括低通滤波电路（1）、低通滤波电路（1）的输出作为整流滤波电路（2）的输入，整流滤波电路（2）分别与半桥开关电路（3）和输出及取样电路（5）连接，半桥开关电路（3）的输出接入高频整流滤波电路（4）的输入，其特征在于所述的输出及取样电路（5）的输出端连接一信号处理电路（6）和保护电路（10），信号处理电路（6）的输出连接一微机控制电路（7）、输出的另一端接入保护电路（10）的输入，而微机控制电路（7）的输出连接一脉宽控制电路（8），脉宽控制电路（8）的输出连接一驱动电路（9），驱动电路（9）的输出端接入半桥开关电路（3）的输入端，所述的保护电路（10）的输出分别与微机控制电路（7）和脉宽控制电路（8）的输入相连。

本实用新型具有如下几个优点：

采用单片微机实现智能控制，数字设定和显示输出电压、电流能输出复杂函数波形；具有智能故障诊断和故障处理功能；能适应自动控制的要求和复杂的应用场合。体积小，仅为同类型线性电源1／5到1／10；效率高（大于80％），节约电能；稳定性好，精度高；可在恒压和恒流方式间自动切换。它可广泛应用于蓄电池充电系统、自动化测试控制系统、程控交换机系统、电化学及电子元件生产中的赋能、老练和测试过程，以及其它需要大功率精密电源的诸多领域。

本实用新型的附图说明。

图1为本实用新型的原理方框图。

图2为本实用新型的电原理图。

下面结合附图对本实用新型的连接结构及工作原理作详细描述：

由图1、2所示由C9、T3、C8组成的低通滤波电路1的输出端作为由整流桥B1及电容C6、C7组成的整流滤波电路2的输入，整流滤波电路2的输出一端与由VDMOS管Q5、Q6、电容C4、C5、高频变压器T2组成的半桥开关电路3的输入相接，为半桥开关电路3提供一个高压直流源，整流滤波电路2输出的另一端接至输出及取样电路5的输入，半桥开关电路3的输出接入由快速二极管D1、D2以及电感L1、电容C10组成的高频整流滤波电路4的输入，为高频整流滤波电路4提供了一个高频交流信号，输出及取样电路5一部分由电阻R8、R9及分流器R10组成的输出直流电压、电流取样电路；一部分由取样变压器T4、整流桥B2，滤波电容C11、分压电阻R11、R12、R13及稳压二极管D3组成交流电压幅值取样电路。本实用新型的特点在于在输出及取样电路5的直流电压、电流取样电路的输出端连接一信号处理电路6、在交流电压幅值取样电路的输出端连接一由比较器IC5、IC6、IC9、IC10及电位器W1、W2、W3、W4组成的保护电路10，所述的信号处理电路6的输出连接一微机控制电路7、而输出的另一端接入保护电路10的输入，微机控制电路7的输出连接一脉宽控制电路8，脉宽控制电路8的输出连接一区动电路9、驱动电路9的输出端接入半桥开关电路3的输入端，保护电路10的输出分别与微机控制电路7和脉宽控制电路8的输入相连。所述的信号处理电路6是由运放IC7、IC8、IC11以及电阻R14、R15、R16、电位器W5、集成温度传感器TS组成。其中运放IC11的脚2与电位器W5、集成温度传感器TS及电阻R16的一端连接，运放IC11脚3接地，运放IC11脚6与电阻R16另一端连接，然后再与转换器A／D电路连接，电位器W5另一端接至＋5v、集成温度传感器TS另一端接至－12v。所述的微机控制电路7采用了单片微机87C51作为核心控制部件，采用电可擦除存贮器EEPROM作为存贮部件。所述的脉宽控制电路8是由多路模拟开关IC4（CO4053）的输出端直接连接于调节脉冲信号的脉宽调制器IC1的输入端所组成。所述的驱动电路9是由三极管Q1、Q2、Q3、Q4，脉冲变压器T1、厚膜驱动集成电路IC2、IC3及电阻R1、R2、R3、R4构成，其中三极管Q1、Q2的基极连接然后与IC1输出端相连，Q1、Q2的发射极相连后与脉冲变压器T1的初级线圈上端连接，三极管Q1集电极与IC1相连，Q2集电极接地，三极管Q3、Q4的基极连在一起后与IC1的输出端相接，Q3、Q4的发射极连在一起后再与脉冲变压器T1的初级线圈下端相连，脉冲变压器T1的次级线圈分别与厚膜驱动集成电路IC2、IC3相连，R1、R2串接在IC2上，R3、R4半串接在IC3上。

其工作原理根据图2可知220伏交流电通过由C9、T3、C8组成的低通滤波电路1以滤除交流电网中的高频谐波干扰，提高电源的抗干扰能力并减小电源对电网的高频干扰，然后经由整流桥B1及电容C6、C7组成的整流滤波电路2，整流滤波后变为高压直流作为由VDMOS管Q5、Q6，电容C4、C5，高频变压器T2组成的半桥开关电路3的工作电源。脉宽控制电路8，由IC1、IC4组成，它在微机的控制下将由输出及取样电路5得到的输出电压或电流信号经信号处理电路6放大后，与微机控制电路7中的数模转换器D／A给定的控制电压信号进行比较，由比较的差值控制输出脉冲的宽度，其输出的脉宽可调方波经由三极管Q1、Q2、Q3、Q4，脉冲变压器T1及厚膜驱动集成电路IC2、IC3和电阻R1、R2、R3、R4组成的驱动电路9驱动、大功率高反压VDMOS管Q5、Q6交替导通，从而将加在半桥开关电路3上的高压直流电转换为高频交流信号，半桥开关电路3中的电阻R5、R6、R7及电容C1、C2、C3用来吸收开关管Q5、Q6关断时由于变压器漏感引起的电压尖峰，从而起到保护开关管Q5、Q6的作用。高频交流信号通过高频变压器传输后，经由快速二极管D1、D2以及电感L1、电容C10组成的高频整流滤波电路4整流滤波变为低压直流输出。

输出及取样电路5由两部分组成：一部分是由电阻R8、R9以及分流器R10组成的输出直流电压、电流取样电路，它取样输出的直流电压和电流信号，经信号处理电路6转换为电压信号并放大后，与微机给定信号进行比较，它们的差值控制输出脉冲的宽度（即改变输出方波的占空比），输出方波占空比的变化即可导致输出电压、电流的变化，从而形成了闭环高增益负反馈，起到了恒压、恒流的效果；另一部分由取样变压器T4，整流桥B2，滤波电容C11，分压电阻R11、R12、R13以及稳压二极管D3组成，它取样输入交流电压幅值，供保护电路10中产生输入过、欠压保护信号。

信号处理电路6由运放IC7、IC8、IC11以及电阻R14、R15、R16，电位器W5以及集成温度传感器TS组成。其中，IC7和IC8将取样电路5得到的输出电压、电流信号放大供微机控制电路7中的模数转换器A／D转换之用，同时，将该信号提供给保护电路10产生输出过压、过流保护信号；IC11是将集成温度传感器TS测得的机内温度信号放大供微机控制电路7中的模数转换器A／D转换之用。

保护电路10由比较器IC5、IC6、IC9、IC10以及电位器W1、W2、W3、W4组成，其中IC5、IC6将由信号处理电路6得到的已放大的输出电压、电流取样信号，与电位器W1、W2设定的输出过压、过流值进行比较，如果恒流开路或恒压短路时，输出电压、电流值将大于设定值，比较器IC5、IC6则输出过压、过流有效信号，供微机控制电路7处理之用；IC9、IC10将取样得到的输入交流电压幅值与由W3、W4设定的输入过、欠压值比较，如果超限则输出过、欠压有效信号，供微机控制电路7处理之用。

微机控制电路7由87C51、A／D、D／A、74LS373、电可擦除存贮器EEPROM、并行接口、8255、键盘电路KEYBOARD以及显示电路DISPLAY组成，其是模数转换器A／D将由IC7、IC8、IC11放大的输出电压、电流以及机内温度信号转换为数字信号供单片微机87C51进行数据存贮、计算处理、输出显示之用；键盘电路用于数字设定和调节输出电压、电流以及设定输出电压、电流函数波形；显示电路用于显示输出电压、电流值以及系统运行状态，在键盘设定时则用于显示设定值；电可擦除存贮器EEPROM用于存贮键盘设定的各种系统运行参数，关机后不丢失；数模转换器D／A将微机给出的数字控制信号转换为模拟信号，通过脉宽控制电路调节输出电压、电流值；单片微机87C51是系统的核心控制部件，它根据键盘设定的输出电压、电流值或输出函数波形进行运算处理后输出数字控制信号，该信号由D／A转换器转换为模拟电压，通过脉宽控制电路8控制输出方波的占空比，从而达到按设定值或设定波形输出的目的；同时，它还将A／D转换器转换得到的输出电压、电流值以及机内温度值进行存贮、处理并通过显示电路显示出来；另外，它还根据保护电路10得到的输入电压过、欠压保护信号及输出过压、过流保护信号通过脉宽控制电路8关断输出，并进行相应的故障处理，以起到保护作用，而且通过显示电路显示故障信号供使用者识别和维护。

Claims

1、一种微机型大功率恒压、恒流电源装置，包括低通滤波电路(1)、低通滤波电路(1)的输出作为整流滤波电路(2)的输入，整流滤波电路(2)分别与半桥开关电路(3)和输出及取样电路(5)连接，半桥开关电路(3)的输出接入高频整流滤波电路(4)的输入，其特征在于所述的输出及取样电路(5)的输出端连接一信号处理电路(6)和保护电路(10)，信号处理电路(6)的输出连接一微机控制电路(7)、而输出的另一端接入保护电路(10)的输入，微机控制电路(7)的输出连接一脉宽控制电路(8)、脉宽控制电路(8)的输出连接一驱动电路(9)，驱动电路(9)的输出端接入半桥开关电路(3)的输入端，所述的保护电路(10)的输出分别与微机控制电路(7)和脉宽控制电路(8)的输入相连。

2、由权利要求1所述的微机型大功率恒压、恒流电源装置，其特征在于：所述的信号处理电路（6）中的温度测试电路由运放IC11（OP－07）、集成温度传感器TS（AD590）、电阻R16、电位器W5组成，其中运放IC11的脚2与电位器W5、集成温度传感器TS以及电阻R16的一端连接，运放IC11脚3接地，运放IC11脚6与电阻R16另一端连接，然后再与A／D电路连接，电位器W5另一端接＋5v，集成温度传感器TS另一端接－12v。

3、由权利要求1所述的微机型大功率恒压、恒流电源装置，其特征在于：所述的微机控制电路（7）采用单片微机87C51作为核心控制部件，采用电可擦除存贮器EEPROM作为存贮部件。

4、由权利要求1所述的微机型大功率恒压、恒流电源装置，其特征在于：所述的脉宽控制电路（8）是由选通电压或电流信号的多路模拟开关IC4（CD4053）的输出端直接连接于调节脉冲信号的脉宽调制器IC1的输入端而组成。

5、由权利要求1所述的微机型大功率恒压、恒流电源装置，其特征在于：所述的驱动电路（9）是由三极管Q1、Q2、Q3、Q4，脉冲变压器T1，厚膜驱动集成电路IC2、IC3及电阻R1、R2、R3、R4构成，其中三极管Q1、Q2的基极连接然后与IC1输出端相连，Q1、Q2的发射极相连后再与脉冲变压器T1的初级线圈上端连接，三极管Q1集电极与IC1相连，Q2集电极接地，所述的三极管Q3、Q4的基极连在一起后与IC1输出端相接，Q3、Q4的发射极连在一起后再与脉冲变压器T1的初级线圈下端相连，脉冲变压器T1的次级线圈分别与厚膜驱动集成电路IC2、IC3相连，R1、R2串接在IC2上，R3、R4串接在IC3上。