一种直流幅压电源的制作方法

本发明有关一种直流电源，特别是指一种用于轮船上的具有斩波功能的直流幅压电源。

背景技术：

随着国际贸易的发展，海运是货物运输的常规选择，轮船在海上通常会长时间航行，船上设备运行与船员的生活都会用到电，轮船上一般采用直流电进行供电，如图1所示，通过发电机发电给电池充电，电池为用电设备供电时存在电压浮动的问题，电池充满电后为直流650v，在使用中电池电压会下降，一般下降到400v时又会充电，在充电过程中电压是浮动的，对用电设备会造成损坏。一般在电池与用电设备之间采用稳压器或逆变器解决电压浮动的问题，但上述两种稳压器与逆变器体积大，占用更多有限空间，同时大功率的设备发热量大，在船上适应性差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于轮船上体积小、功率低、具有斩波功能的直流幅压电源。

为达到上述目的，本发明提供一种直流幅压电源，其包括电源输入单元、多路模数转换单元、放大器单元、cpu控制单元及多路电源输出单元，其中所述电源输入单元输入端连接电池，该电池放电时电压信号进入电源输入单元，所述电源输入单元的输出端与所述模数转换单元的输出端连接所述放大器单元的输入端，并对数字信号进行放大，该放大器单元的输出连接所述cpu控制单元的输入端，该cpu控制单元的输入端连接多路所述电源输出单元，并分时导通多路电源输出单元，多路所述电源输出单元的输出端连接用电设备，其中该用电设备通过反馈回路连接所述模数转换单元，将用电设备温度模拟信号转换成数字信号。

所述电源输入单元包括运放ar1、六个电阻、一个电容及两个光电隔离器，其中电源输入单元的输入端通过电阻r1及电阻r2连接运放ar1的正极输入端，所述运放ar1的负极输入端通过电容c连接运放ar1的输出端，运放ar1的输出端通过电阻r3连接光电隔离器u1的阳极输入端，所述运放ar1的负极输入端另通过电阻r5接地，所述光电隔离器u1的发射极输出端连接于所述电阻r5与电容c之间，光电隔离器u1的集电极输出端接+12v电源，光电隔离器u1的阴极输入端连接光电隔离器u2的阳极输入端，光电隔离器u2的阴极输入端接地，光电隔离器u2的发射极输出端通过电阻r6接地，光电隔离器u2的发射极输出端另连接所述放大器单元的输入端，光电隔离器u2的集电极输出端连接+12v直流电源。

每一路所述模数转化单元包括热电偶，运放ar2及电阻r7，其中所述热电偶一端连接运放ar2的正极输入端，另一端连接运放ar2的负极输入端，运放ar2的正极输入端通过电阻r7连接运放ar2的输出端，其中一路模数转换单元的运放ar2负极输入端连接2.5v电源，该运放ar2负极输入端并通过电阻r8连接+5v直流电源，同时运放ar2负极输入端通过电阻r9接地，每一路模数转化单元的运放ar2输出端通过数据总线分别连接放大器单元。

每路所述电源输出单元包括依次连接的dc/dc隔离供电单元、光电隔离器u5及绝缘栅双极型晶体管。

所述cpu控制单元的输出接口连接所述dc/dc隔离供电单元的输入端，所述dc/dc隔离供电单元的输出端连接所述光电隔离器u5的阳极输入端，同时dc/dc隔离供电单元的输出端通过电阻r10接+5v直流电源，光电隔离器u5的阴极输入端接地，光电隔离器u5的集电极输出端通过电阻r11接+12v直流电源，光电隔离器u5的发射极输出端通过电阻r12接-12v直流电源，光电隔离器u5的发射极输出端同时连接所述绝缘栅双极型晶的基极，所述绝缘栅双极型晶的发射极接地，所述绝缘栅双极型晶的集电极连电阻r13，该电阻r13另一端为电源输出单元的输出端。

所述电源输出单元的输出端连接用电设备，所述电源输出单元的输出端输出电压为直流380～650v。

所述电阻r1与电阻r2之间通过电阻r4接地。

所述模数转换单元为三路，所述电源输出单元为对应的三路。

所述电源输入单元的输入电压在380v至650v之间，在电压高于400v时，所述cpu控制单元对输出电压进行斩波处理。

所述cpu控制单元的型号为89s51，所述放大器单元的型号为tlc1541。

本发明的直流幅压电源采用三相分时导通多路供电，使单路功率开关器件工作在低电流良好状态从而降低功率器件的发热量，避免了在高幅值电压状况下出现较大峰值电流，使制餐设备加热元件的输出功率相对恒定，并且直流幅压电源体积小，节省空间。

附图说明

图1为本现有技术中船上供电系统原理框图；

图2为本发明直流幅压电源的结构原理框图；

图3为本发明直流幅压电源的电路图；

图4为本发明在不同输入电压情况下具有不同占空比的输出电压波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明的直流幅压电源包括电源输入单元、多路模数转换单元、放大器单元u3、cpu控制单元u4及多路电源输出单元，其中电源输入单元输入端连接电池，电池放电时电压信号进入电源输入单元，电源输入单元的输出端与模数转换单元的输出端连接放大器单元u3输入端，并对数字信号进行放大，该放大器单元u3输出连接cpu控制单元u4输入端，该cpu控制单元u4输入端连接多路电源输出单元，并分时导通多路电源输出单元，电源输出单元的输出端连接用电设备，其中用电设备通过反馈回路连接模数转换单元，将用电设备温度模拟信号转换成数字信号。

如图3所示，具体地，本发明中的电源输入单元包括运放ar1(即运算放大器)、六个电阻、一个电容及两个光电隔离器，其中输入端输入直流电压380～650v，输入端通过电阻r1及电阻r2连接运放ar1的正极输入端，运放ar1的负极输入端通过电容c连接运放ar1的输出端，运放ar1的输出端通过电阻r3连接光电隔离器u1的阳极输入端(即光电隔离器内发光二极管的阳极)，运放ar1的负极输入端另通过电阻r5接地，其中电阻r1与电阻r2之间通过电阻r4接地。光电隔离器u1的发射极输出端(即光电隔离器内光敏晶体管的发射极)连接电阻r5与电容c之间，光电隔离器u1的集电极输出端(即光电隔离器内光敏晶体管的集电极)接+12v电源，光电隔离器u1的阴极输入端(即光电隔离器内发光二极管的阴极)连接光电隔离器u2的阳极输入端，光电隔离器u2的阴极输入端接地，光电隔离器u2的发射极输出端(即光电隔离器内光敏晶体管的发射极)通过电阻r6接地，光电隔离器u2的发射极输出端另连接放大器单元u3的输入端，光电隔离器u2的集电极输出端(即光电隔离器内光敏晶体管的集电极)连接+12v电源。

如图3所示，本发明中的模数转换单元包括三路，每一路模数转化单元包括热电偶v，运放ar2及电阻r7，其中热电偶v一端连接运放ar2的正极输入端，另一端连接运放ar2的负极输入端，运放ar2的正极输入端通过电阻r7连接运放ar2的输出端。其中一路的模数转换单元的运放ar2负极输入端连接2.5v电源，并通过电阻r8连接+5v直流电源，同时运放ar2负极输入端通过电阻r9接地。本发明中的热电偶为温度传感器，温度传感器检测的用电设备的温度，将温度转变为数字信号。三路模数转换单元的运放ar2输出端与光电隔离器u2的发射极输出端通过数据总线分别连接放大器单元u3的a0、a1、a2及a8端。

本发明中的放大器单元u3其“loclk”端、“sysclk”端、“adin”端、选通端“cs”与输出端“dout”通过数据总线连接cpu控制单元u4的io口p0、p1、p2、p3端，cpu控制单元的io口分别连接并控制电源输出单元，本发明采用与模数转换单元对应的三路电源输出单元。本发明中的电源输出单元包括dc/dc(直流转直流)隔离供电单元u6、光电隔离器u5及igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)q，其中cpu控制单元的io口连接dc/dc隔离供电单元u6的输入端，dc/dc隔离供电单元u6的输出端连接光电隔离器u5的阳极输入端，同时dc/dc隔离供电单元u6的输出端通过电阻r10接+5v直流电源，光电隔离器u5的阴极输入端接地，光电隔离器u5的集电极输出端通过电阻r11接+12v直流电源，光电隔离器u5的发射极输出端通过电阻r12接-12v直流电源，光电隔离器u5的发射极输出端连接绝缘栅双极型晶q的基极，绝缘栅双极型晶q的发射极接地，绝缘栅双极型晶q的集电极连电阻r13，电阻r13另一端为电源输出单元的输出端，输出电压为直流380～650v，该输出端连接用电设备。

本发明中的cpu控制单元采用汇编语言进行控制程序设计，其主要工作内容是：(1)对输入电压进行模数转换取样；(2)根据不同输入电压确定pwm(pulsewidthmodulation，脉宽调制)工作占空比；(3)三路电源输出单元控制分时导通；(4)对三路温度传感器输入信号取样；(5)检测外部控制开关信号；(6)cpuwatchdog功能开启。

本发明的直流幅压电源用于船上的纯阻性负载，如制餐设备的烤箱或电磁炉等，电源输入单元的输入电压在380v至650v之间，本发明采用三路供电并行工作方式，即三路电源输出单元，根据cpu控制单元设定的程序，采用pwm脉宽调制技术在不同输入工作电压条件下，三相分时导通三路供电，使单路功率开关器件工作在低电流良好状态从而降低功率器件的发热量，避免了在高幅值电压状况下出现较大峰值电流，使制餐设备加热元件的输出功率相对恒定，因此降低了功率器件的开关频率，从而降低了开关器件在转换过程中的发热量，同时也降低了高频干扰。本发明中设定在输入电压在400v以下时，电源输出单元一直导通，当输入电压在400v以上时，分时导通三路供电，如图4中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)所示，输入电压分别在380v、430v、480v、530v及590v时，输出电压波形图，从而看出输入电压在400v以上时，对电压进行脉宽调制，即斩波处理，不同输入电压具有不同占空比输出波形，输入电压越高，占空比越小。其次，本发明通过制餐设备的温度传感器(热电偶)等检测设备检测加热元件附近的温度后由cpu控制igbt大功率开关管的通断，实现对加热元件温度反馈控制功能。

本发明为了提高主功率开关器件的设计参数余量，采用gt40t101型igbt管，该管耐压可达到1500v，最大承受电流40a，开关转换时间小于10us(实际工作电压小于650v，工作电流小于15a)。为了降低直流输入线路电流波动，功率输出分为三组交替工作(相差120°)。为了提高电器绝缘安全性，本发明采用高隔离电压，光电隔离器及dc/dc隔离供电单元，其中光电隔离器隔离电压7500v，dc/dc隔离电压3750v，使控制低压电路和功率驱动高压电路实现安全隔离。本发明为了提高温度传感器温度耐受性，采用热电偶作为温度传感器，其最高工作温度为800℃(实际工作温度小于400℃)。利用本发明直流幅压电源制作的新电源设备体积小，转换效率高，电压转换采用非感性器件，加热系统负载为纯阻性负载，从而避免了变压器抗动态范围状况发杂的问题。本发明中的cpu控制单元的型号可为89s51，放大器单元的型号为tlc1541。光电隔离器的型号为tlp521-4，dc/dc隔离供电单元型号为sn74ls05，以下表1为利用本发明的直流幅压电源制作的新电源设备与传统的逆变器和直流稳压装置的性能参数对比。

表1

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。