随机曲线变化式数字交流稳压电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种随机曲线变化式数字交流稳压电源，包括交流输入端、交流滤波电路、桥式整流滤波电路、boost电路、全桥逆变电路、反馈环控制电路和微控制单元；其中，输入的交流电依次经交流滤波电路和桥式整流滤波电路整流滤波后，通过boost电路对桥式整流滤波电路输出的直流电进行电压电流双环控制，然后再通过全桥逆变电路将boost电路输出的直流电逆变为交流电，全桥逆变电路的输出再经过受微控制单元控制的反馈环控制电路的闭环反馈，从而使输出的交流电的有效值按照预设范围随机变化。本实用新型能够满足一种要求供电电压随机变化且在一定范围内的高精密设备的供电需求。
【专利说明】
随机曲线变化式数字交流稳压电源
技术领域
[0001]本实用新型涉及交流供电技术领域，更为具体地，涉及一种随机曲线变化式数字交流稳压电源。
【背景技术】
[0002]交流稳压电源是一种能为设备提供稳定交流电的电子装置。由于市电供电压不稳定，特别是有些供电场所电压波动幅度较大，而且波动的规律不明显，加上电网的噪声和高次谐波以及瞬间高压脉冲，均会影响用电设备的正常工作，特别是对于某些特殊设备的供电，如果长时间直连电网，可能会造成用电设备的损坏;并且对于一些特殊场合，例如在对众多的高精密设备供电时，不仅需要稳压器输出的电压是正弦波，而且要求交流有效值在一定范围内随机波动，而现有的稳压器输出的交流电压有效值都是恒定的，这显然不能满足需求。
【实用新型内容】
[0003]鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种随机曲线变化式数字交流稳压电源，以解决现有的交流稳压器输出的交流电压不能满足高精密设备的供电需求的问题。
[0004]本实用新型提供的随机曲线变化式数字交流稳压电源，包括交流输入端、交流滤波电路、桥式整流滤波电路、boost电路、全桥逆变电路、反馈环控制电路和微控制单元;其中，交流滤波电路与交流输入端相连，用于对输入的交流电进行滤波处理;桥式整流滤波电路与交流滤波电路相连，用于将经过滤波处理的交流电变换成未经稳压的直流电;boost电路与桥式整流滤波电路相连，采用PWM控制器和电阻分压式闭环反馈电路对直流电进行电压电流双环控制;全桥逆变电路与boost电路相连，用于将boost电路输出的直流电逆变为交流电；其中，反馈环控制电路与全桥逆变电路相连，微控制单元与反馈环控制电路相连，微控制单元内预设有随机函数，通过随机函数生成一个随机直流信号，反馈环控制电路输出的反馈信号由随机函数生成的随机直流信号和交流电压采样值叠加而成;其中，交流电压采样值为全桥逆变电路的采样输出；
[0005]反馈环控制电路所输出的反馈信号连接至全桥逆变电路，通过反馈环控制电路所输出的反馈信号控制全桥逆变电路输出的交流电有效值在预设范围之内随机变化。
[0006]此外，优选的结构为:桥式整流滤波电路包括两对桥臂和第一滤波电容;其中，桥式整流滤波电路的一端接地，另一端连接至boos t电路。
[0007]此外，优选的结构为:boost电路包括电感、场效应管、快恢复二极管、电阻、第二滤波电容和PffM控制器;其中，boost电路的一端接地，另一端连接至全桥逆变电路。
[0008]此外，优选的结构为:全桥逆变电路包括逆变主控芯片、与逆变主控芯片相连的自举型全桥驱动电路、与自举型全桥驱动电路相连的逆变桥电路和LCL滤波电路;其中，自举型全桥驱动电路将逆变主控芯片发出的SPWM信号变换为驱动逆变桥电路的信号，通过逆变桥电路将boost电路输出的直流电逆变为高压交流电；其中，通过LCL滤波电路滤除SPWM信号中的载波信号，使高压交流电纯正弦波输出。
[0009]此外，优选的结构为:反馈环控制电路包括电流互感器、整流桥芯片和DAC芯片；其中，电流互感器与全桥逆变电路相连，用于将全桥逆变电路输出的高压交流电变换成低压交流电;整流桥芯片与电流互感器相连，用于将低压交流电变换成低压直流电，低压直流电经分压和滤波后输出交流电压采样值;DAC芯片与微控制单元相连;其中，微控制单元内预有随机函数，随机函数生成一个预设范围之内的数，随机函数输出值随着微控制单元的定时器时间溢出而刷新，微控制单元控制DAC芯片输出的直流信号随随机生成的数变化，在微控制单元的定时器时间内，DAC芯片输出的随机直流信号和交流电压采样值共同作为反馈信号连接至逆变主控芯片，通过随机直流信号和交流电压采样值的共同作用，使全桥逆变电路输出的交流电有效值在一定范围内随机变化。
[0010]此外，优选的结构为:boost电路为直流闭环稳压电路;全桥逆变电路为交流闭环稳压电路。
[0011 ]此外，优选的结构为:还包括辅助电源电路，辅助电源电路分别与boost电路和全桥逆变电路、反馈环控制电路和微控制单元相连，用于分别给boost电路和全桥逆变电路、反馈环控制电路和微控制单元供电。
[0012]此外，优选的结构为:辅助电源电路采用非隔离式降压拓扑结构；其中，辅助电源电路分别输出12V和5V电压，5V电压由12V电压通过低压差线性降压获得;其中，12V电压为boost电路和自举型全桥驱动电路供电；5V电压为逆变主控芯片、DAC芯片和微控制单元供电。
[0013]利用上述根据本实用新型的随机曲线变化式数字交流稳压电源，能够使稳压输出的交流电有效值按照随机曲线执行，从而满足一种要求供电电压随机变化且在一定范围内的高精密设备的供电需求。
【附图说明】
[0014]通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中:
[0015]图1为根据本实用新型实施例的随机曲线变化式数字交流稳压电源的逻辑结构框图；
[0016]图2为根据本实用新型实施例的随机曲线变化式数字交流稳压电源的电路结构图。
【具体实施方式】
[0017]以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。
[0018]针对前述现有的交流稳压电源输出的有效值恒定，不能满足特定的高精密设备的供电需求的问题，本实用新型将输入的交流电依次经交流滤波电路和桥式整流滤波电路整流滤波后，通过boost电路对桥式整流滤波电路输出的直流电进行电压电流双环控制，然后再通过全桥逆变电路将boos t电路输出的直流电逆变为交流电，全桥逆变电路的输出再经过受微控制单元控制的反馈环控制电路的闭环反馈，从而使输出的交流电的有效值按照随机曲线变化。本实用新型能够满足一种要求供电电压随机变化且在一定范围内的高精密设备的供电需求。
[0019]为了说明本实用新型提供的随机曲线变化式数字交流稳压电源，图1示出了根据本实用新型实施例的随机曲线变化式数字交流稳压电源的逻辑结构。
[0020]如图1所示，本实用新型提供的随机曲线变化式数字交流稳压电源包括交流输入端110、交流滤波电路120、桥式整流滤波电路130、boo st电路140、全桥逆变电路150、反馈环控制电路160和微控制单元170。
[0021 ]其中，交流输出端110接入至交流滤波电路120，交流滤波电路120对输入的交流电进行滤波处理，以滤除电网的差模干扰和电网上的瞬时高压脉冲;交流滤波电路120的输出接入至桥式整流滤波电路130，桥式整流滤波电路130将经过滤波处理的交流电变换成未经稳压的直流电。
[0022]桥式整流滤波电路130的输出连接至boost电路140 ,boost电路140采用PWM控制器和电阻分压式闭环反馈电路对桥式整流滤波电路130输出的直流电进行电压电流双环控制;boost电路140的输出连接至全桥逆变电路150，全桥逆变电路150将boost电路140输出的直流电逆变为交流电。
[0023 ] 全桥逆变电路150的输出连接至反馈环控制电路160，微控制单元170与反馈环控制电路160相连;其中，微控制单元170内预有随机函数，随机函数生成一个随机直流信号，反馈环控制电路160输出的反馈信号由随机函数生成的随机直流信号和交流电压采样值叠加而成;其中，交流电压采样值为全桥逆变电路150的采样输出；反馈环控制电路160所输出的反馈信号连接至所述全桥逆变电路150，反馈环控制电路160所输出的反馈信号控制全桥逆变电路150输出的交流电有效值在预设范围内随机变化。
[0024]为了更为清楚的对本实用新型提供的随机曲线变化式数字交流稳压电源进行说明，图2示出了根据本实用新型实施例的随机曲线变化式数字交流稳压电源的电路结构。
[0025]如图2所示，输入的交流电首先经过交流滤波电路进行滤波处理。其中，交流滤波电路由压敏电阻Rl和电容C4组成，C4用于滤除电网的差模干扰、压敏电阻Rl用于滤除电网上的瞬时高压脉冲。
[0026]桥式整流滤波电路由两对桥臂和滤波电容C3组成，其中桥式整流滤波电路的一端接地，另一端连接至boos t电路，该桥式整流滤波电路使得输入的交流电变换成未经稳压的直流电。具体地，整流二极管D2和D8组成一对桥臂，整流二极管D3和D9组成另一对桥臂，为了最大限度提高交流稳压电源的寿命，滤波电容C3采用KXG系列高频低阻105度型电解电容。
[0027]由于boost电路采用电流型HVM控制器和电阻分压式闭环反馈来实现电压电流的双环控制，因此其可以逐周期限流，从而最大限度实现boost电路的稳定性和安全性。具体地，boost电路由电感L2、场效应管Q2、快恢复二极管D1、电阻R6、R2、R9、滤波电容C2和PffM控制器组成，boost电路的一端接地，另一端连接至全桥逆变电路。为了最大限度提高交流稳压电源的寿命，滤波电容C2同样采用DXG系列高频低阻105度型电解电容。
[0028]全桥逆变电路由逆变主控芯片U4(逆变主控制芯片U4为纯正弦波逆变控制芯片，型号为TDS2285)、与逆变主控制芯片U4相连的自举型全桥驱动电路、与自举型全桥驱动电路相连的逆变桥电路和LCL滤波电路组成。其中，逆变主控芯片U4内部包含1位精度的SPWM波形发生器和高精度闭环反馈控制器，且温度范围为工业级和扩展级，自举型全桥驱动电路将逆变主控芯片发出的SPWM信号变换为驱动逆变桥电路的信号，通过逆变桥电路将boo st电路输出的直流电逆变为高压交流电；其中，通过LCL滤波电路滤除SP丽信号中的载波信号，使高压交流电纯正弦波输出。
[0029]具体地，LCL滤波电路由电感L1、L3和电容Cl组成，自举型全桥驱动电路由驱动芯片U5、U6(型号均为IR2103)，电容C7、C8和二极管D14、D15组成，C7、C8为自举电容，U5和U6内部集成死区时间控制器，可以防止上下桥臂直通，逆变桥电路由超快恢复二极管D4、D5、D6、
07、010、011、012、013和场效应管叭、03、04、05组成，场效应管01、03、04、05内部有寄生二极管，续流回路需流经该寄生二极管，但由于该寄生二极管反向恢复时间通常很大，不能有效满足应用，因此在逆变桥电路中加入超快恢复二极管04、05、06、07、010、011、012、013。
[0030]反馈环控制电路由电流互感器Ul、整流桥芯片U2、DAC芯片U3组成。电流互感器Ul与全桥逆变电路相连，用于将全桥逆变电路输出的高压交流电变换成低压交流电；整流桥芯片U2与电流互感器Ul相连，用于将低压交流电变换成低压直流电，低压直流电经电阻R5、R8，电容C8的一系列分压和滤波后输出交流电压采样值;为了使输出的交流电的有效值按照随机曲线变化，本实用新型采用DAC芯片U3实现这一功能，该DAC芯片U3的型号为DAC7512，其适合低功耗和高精度应用，内部DAC的精度为12位，微控制单元的管脚连接至DAC芯片U3，以使得U3的输出电压受微控制芯片控制，微控制单元内预有随机函数，随机函数随机生成一个预设范围之内的数，随机函数输出值随着微控制单元的定时器时间溢出而刷新，微控制单元控制DAC芯片U3输出的直流信号随随机生成的数变化，在微控制单元的定时器时间内，DAC芯片U3输出的随机直流信号和交流电压采样值共同作为反馈信号连接至逆变主控芯片U4的VAC端口，通过随机直流信号和交流电压采样值的共同作用，使得全桥逆变电路输出的交流电有效值在预设范围内随机变化。
[0031]此外，为了实现宽范围的稳压输入和高精度的稳压输出，本实用新型提供的随机曲线变化式数字交流稳压电源采用二级闭环稳压结构，即boost电路为直流闭环稳压电路，全桥逆变电路为交流闭环稳压电路。
[0032]另外，本实用新型提供的随机曲线变化式数字交流稳压电源还包括辅助电源电路，该辅助电源电路分别与boost电路和全桥逆变电路、反馈环控制电路和微控制单元相连，用于分别给boost电路和全桥逆变电路、反馈环控制电路和微控制单元供电。其中，辅助电源电路采用非隔离式降压拓扑结构，其分别输出12V和5V电压，5V电压由12V电压通过低压差线性降压获得;其中，12V电压为boost电路和自举型全桥驱动电路供电；5V电压为逆变主控芯片U4、DAC芯片U3和微控制单元供电。
[0033]上电后交流输入电压经过交流滤波电路滤除电网的毛刺和瞬时高压脉冲，然后经过桥式整流电路变化成未经稳压的直流电压，boost电路采用电流型PffM芯片和电阻分压式闭环反馈构成，PWM占空比最高可达96%，升压电感最好采用大电感量的铁硅铝磁环，高压直流升压环境下，效率高，发热量小，工作稳定。全桥逆变电路采用四只高压MOS管、SP丽波形采用专用纯正弦波控制器芯片生成，基波频率约为20KHz左右，晶振选为16M的时候输出正弦波的频率为50HZ，且VBAT引脚上电压超过1.35V和低于0.9V时，全桥逆变电路停止工作，因此可以通过电阻RlO、R11的分压将该管脚电压值设定为规定值，比如+5V电压情况下，R10 = 15K，R11 = 4.7K的时候VBAT引脚将为1.19V，满足正常工作条件。全桥驱动电路采用自举型驱动，而且驱动芯片内部集成死区时间控制器，可以防止上下桥臂直通，二极管D14、Dl 5需采用快恢复二极管，自举电容C7、C8容量不可过小。
[0034]本实用新型提供的随机曲线变化式数字交流稳压电源的技术参数如下:
[0035]负载性质:阻性、容性、感性均可；
[0036]稳压精度:±1%;
[0037]输出波形:纯正弦波；
[0038]波形失真度:<1%;
[0039]输出交流频率:50Hz;
[0040]电源转换效率:2 88%。
[0041]需要说明的是，本实用新型通过调整内部元件参数，可以调整输入电压的范围和输出电压，因此可以根据本实用新型，针对实现需求设置相应的输入电压和输出电压，同时综合考虑稳压电源的体积和功率，设计出具有实际效用的交流稳压电源。
[0042]如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型的。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的，还可以在不脱离本【实用新型内容】的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
【主权项】
1.一种随机曲线变化式数字交流稳压电源，包括交流输入端，其特征在于，还包括交流滤波电路、桥式整流滤波电路、boos t电路、全桥逆变电路、反馈环控制电路和微控制单元；其中， 所述交流滤波电路与所述交流输入端相连，用于对输入的交流电进行滤波处理； 所述桥式整流滤波电路与所述交流滤波电路相连，用于将经过滤波处理的交流电变换成未经稳压的直流电； 所述boost电路与所述桥式整流滤波电路相连，采用PWM控制器和电阻分压式闭环反馈电路对所述直流电进行电压电流双环控制； 所述全桥逆变电路与所述boost电路相连，用于将所述boost电路输出的直流电逆变为交流电；其中， 所述反馈环控制电路与所述全桥逆变电路相连，所述微控制单元与所述反馈环控制电路相连，所述微控制单元内预设有随机函数，通过所述随机函数生成一个随机直流信号，所述反馈环控制电路输出的反馈信号由所述随机函数生成的随机直流信号和交流电压采样值叠加而成;其中，所述交流电压采样值为所述全桥逆变电路的采样输出； 所述反馈环控制电路所输出的反馈信号连接至所述全桥逆变电路，通过所述反馈环控制电路所输出的反馈信号控制全桥逆变电路输出的交流电有效值在所述预设范围之内随机变化。2.如权利要求1所述的随机曲线变化式数字交流稳压电源，其特征在于， 所述桥式整流滤波电路包括两对桥臂和第一滤波电容(C3);其中， 所述桥式整流滤波电路的一端接地，另一端连接至所述boost电路。3.如权利要求1所述的随机曲线变化式数字交流稳压电源，其特征在于， 所述1300^电路包括电感仏2)、场效应管(02)、快恢复二极管(01)、电阻(1?6、1?2、1?9)、第二滤波电容(C2)和PffM控制器;其中， 所述boo st电路的一端接地，另一端连接至所述全桥逆变电路。4.如权利要求1所述的随机曲线变化式数字交流稳压电源，其特征在于， 所述全桥逆变电路包括逆变主控芯片、与所述逆变主控芯片相连的自举型全桥驱动电路、与所述自举型全桥驱动电路相连的逆变桥电路和LCL滤波电路;其中， 所述自举型全桥驱动电路将所述逆变主控芯片发出的SPWM信号变换为驱动所述逆变桥电路的信号，通过所述逆变桥电路将所述boost电路输出的直流电逆变为高压交流电；其中， 通过所述LCL滤波电路滤除所述SPWM信号中的载波信号，使所述高压交流电纯正弦波输出。5.如权利要求4所述的随机曲线变化式数字交流稳压电源，其特征在于， 所述反馈环控制电路包括电流互感器(Ul )、整流桥芯片(U2)和DAC芯片(U3);其中， 所述电流互感器(Ul)与所述全桥逆变电路相连，用于将所述全桥逆变电路输出的高压交流电变换成低压交流电； 所述整流桥芯片(U2)与所述电流互感器(Ul)相连，用于将所述低压交流电变换成低压直流电，所述低压直流电经分压和滤波后输出交流电压采样值； 所述DAC芯片(U3)与所述微控制单元相连;其中， 所述微控制单元内预设有随机函数，随机函数随机生成一个预设范围之内的数，所述随机函数输出值随着所述微控制单元的定时器时间溢出而刷新，所述微控制单元控制所述DAC芯片(U3)输出的直流信号随所述随机生成的数变化，在所述微控制单元的定时器时间内，所述DAC芯片(U3)输出的随机直流信号和所述交流电压采样值共同作为反馈信号连接至所述逆变主控芯片，通过所述随机直流信号和所述交流电压采样值的共同作用，使所述全桥逆变电路输出的交流电有效值在所述预设范围内随机变化。6.如权利要求1所述的随机曲线变化式数字交流稳压电源，其特征在于， 所述boost电路为直流闭环稳压电路； 所述全桥逆变电路为交流闭环稳压电路。7.如权利要求1?6中任意一项所述的随机曲线变化式数字交流稳压电源，其特征在于，还包括辅助电源电路，所述辅助电源电路分别与所述boost电路和所述全桥逆变电路、反馈环控制电路和微控制单元相连，用于分别给所述boos t电路和所述全桥逆变电路、反馈环控制电路和微控制单元供电。8.如权利要求7所述的随机曲线变化式数字交流稳压电源，其特征在于，所述辅助电源电路采用非隔离式降压拓扑结构;其中， 所述辅助电源电路分别输出12V和5V电压，所述5V电压由所述12V电压通过低压差线性降压获得;其中， 所述12V电压为所述boost电路和所述自举型全桥驱动电路供电； 所述5V电压为所述逆变主控芯片、所述DAC芯片(U3)和所述微控制单元供电。
【文档编号】H02M5/458GK205544953SQ201620099972
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月1日
【发明人】许存禄, 衡飞, 杨军平
【申请人】兰州智豆信息科技有限公司