一种用于健身器材的升压型调阻供电电路的制作方法

1.本实用新型涉及健身器材电能回收电路领域，特别涉及一种用于健身器材的升压型调阻供电电路。


背景技术：

2.碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳"零排放"。
3.碳中和作为一种新型环保形式，目前已经被越来越多的大型活动和会议采用。碳中和能够推动绿色的生活、生产，实现全社会绿色发展。
4.为了配合碳中和，市面上有一类健身设备，搭配有发电机，在健身的同时，可以用来发电，达到节能环保的作用。此发电机工作在发电状态，用于对外供电，比如给手机充电，或给外部蓄电池充电等，同时也作为健身设备主要阻力部件，发电机在带负荷时受到电磁力的反扭矩作用，即阻力，当使用者要提高锻炼强度时，会调节档位，增加阻力，当阻力增大时，电能输出功率会减小，阻力和电能输出是一组矛盾。如何协调矛盾，成为这类设备的共同问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提出了一种用于健身器材的升压型调阻供电电路，解决了配备有发电机的健身设备中，发电机作为发电部件和阻力部件，当阻力增大时，电能输出功率会减小的缺陷。
6.本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一种用于健身器材的升压型调阻供电电路，包括用于将输入的三相交流电整流滤波成直流电输出的整流滤波电路，整流滤波电路的正极输出端串联有电感、单向导通控制元件和电容，电容的另一端和整流滤波电路的负极端均接地，还包括开关元件，开关元件的一端连接在电感和单向导通控制元件之间，开关元件的另一端接地，电容的两端分别连接有负载输出端，单向导通控制元件用于防止开关元件断开时电容反向对地放电。
8.作为进一步的技术方案，还包括用于控制所述开关元件导通和断开的控制器。
9.作为进一步的技术方案，还包括用于采集电路中直流电的总电流的电流采样装置，电流采样装置与所述控制器电性连接。
10.作为进一步的技术方案，所述电流采样装置为连接在整流滤波电路的正极输出端或负极输出端的总电流采样电阻，总电流采样电阻的两端并联有用于放大电压的放大器iii，放大器iii与所述控制器电性连接；或者所述电流采样装置包括连接在所述开关元件一端的第一电流采样电阻和连接在一个负载输出端上的第二电流采样电阻，第一电流采样电阻两端并联有用于放大电压的放大器i，第二电流采样电阻两端并联有用于放大电压的放大器ii；放大器i和放大器ii均与所述控制器电性连接。
11.作为进一步的技术方案，所述控制器为单片机，所述单向导通控制元件为二极管或第一mos管，所述开关元件为第二mos管或igbt管，单片机分别与第一mos管、第二mos管和igbt管的控制端连接。
12.作为进一步的技术方案，所述单片机通过pwm信号控制所述第一mos管、所述第二mos管和所述igbt管。
13.作为进一步的技术方案，所述开关元件为多个并联的第二mos管或多个并联的igbt管。
14.作为进一步的技术方案，所述第二mos管为带寄生二极管的n沟道增强型mos管，带寄生二极管的n沟道增强型mos管的漏极连接在所述电感和所述单向导通控制元件之间，源极与所述第一电流采样电阻的一端连接，所述第一电流采样电阻的另一端接地，栅极通过mos管驱动电路与所述单片机连接。
15.作为进一步的技术方案，所述整流滤波电路包括并联的三个整流桥臂和一个滤波电容，整流桥臂包括两个顺向串联的整流二极管，两个整流二极管之间连接有三相交流电接入端。
16.本实用新型的有益效果：
17.1、本实用新型中的电感同时起到了升压、减小开关元件振铃、减小整流电容纹波、减小开关元件发热这4个作用，若无此电感，则电容、开关元件需要很更大的散热设备，将导致成本大大提高。
18.2、单向导通控制元件用于防止开关元件闭合时电容反向对地放电，当负载为蓄电池时，同时也防止蓄电池反向对地放电。
19.3、当开关元件闭合时，电流经电感流入gnd，对地短路，电感充能，而电容释放储存的电能，向负载提供一个比较大的电压，保持电能输出，当开关元件断开时，电感为了维持电流，就会向负载输出端发出一个比较大的电压，向负载输出电能，保持电能输出，因此通过电感和电容充能和放能的配合，能使负载输出端始终有一个比较高且稳定的电压，保持电能输出。
20.4、增加单片机后，通过pwm信号控制开关元件的占空比，占空比越大，说明开关元件在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例超高，电流就越大，阻力和电流成正比，这时阻力也就越大，反之，占空比越小，阻力也就越小，从而在保证负载输出端有稳定高电压输出的同时，通过单片机可以实现阻力的调节控制。
21.5、增加电流采样装置后，可以采集直流电的总电流，并反馈给单片机，单片机根据反馈的总电流的大小，实现精确控制。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型的电路连接图。
具体实施方式
24.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。
25.参照图1，一种用于健身器材的升压型调阻供电电路，包括用于将输入的三相交流电整流滤波成直流电输出的整流滤波电路s1，整流滤波电路s1的正极输出端串联有电感l2、单向导通控制元件和电容c5，电容c5的另一端和整流滤波电路s1的负极端均接地，还包括开关元件，开关元件的一端连接在电感l2和单向导通控制元件之间，开关元件的另一端接地，电容c5的两端分别连接有负载输出端out。本实用新型中的电感l2同时起到了升压、减小开关元件振铃、减小整流电容纹波、减小开关元件发热这4个作用，若无此电感，则电容c5、开关元件需要很更大的散热设备，将导致成本大大提高。单向导通控制元件用于防止开关元件闭合时电容c5反向对地放电，当负载为蓄电池时，同时也防止蓄电池反向对地放电。
26.作为进一步的技术方案，还包括用于控制所述开关元件导通和断开的控制器。
27.作为进一步的技术方案，还包括用于采集电路中直流电的总电流的电流采样装置，电流采样装置与所述控制器电性连接。
28.作为进一步的技术方案，所述电流采样装置为连接在整流滤波电路的正极输出端或负极输出端的总电流采样电阻，总电流采样电阻的两端并联有用于放大电压的放大器iii(未图示)，放大器iii与所述控制器电性连接；或者所述电流采样装置包括连接在所述开关元件一端的第一电流采样电阻r8和连接在一个负载输出端out上的第二电流采样电阻r22，第一电流采样电阻r8两端并联有用于放大电压的放大器i(未图示)，第二电流采样电阻r22两端并联有用于放大电压的放大器ii(未图示)；放大器i和放大器ii均与所述控制器电性连接。增加电流采样装置后，可以采集直流电的总电流，总电流大小为其中u为放大器iii测得的总电流采样电阻放大后的电压，n为放大器iii放大电压的倍数，r为总电流采样电阻的阻值。
29.或者采集各支路的支电流，通过各支电流的总和得到总电流，并反馈给单片机，总电流大小为
30.其中u1为放大器i获得的第一电流采样电阻r8的放大后的电压，n1为放大器i放大电压的倍数，r8为第一电流采样电阻r8的阻值，其中u2为放大器ii获得的第二电流采样电阻r22放大后的电压，n2为放大器ii放大电压的倍数，r22为第二电流采样电阻r22的阻值。
31.作为进一步的技术方案，所述控制器选择单片机，当然根据需要所述控制器也可以选择mcu、plc等其他类型的控制器，所述单向导通控制元件选择二极管d9，当然根据需要也可以选择第一mos管，所述开关元件选择第二mos管q8，当然根据需要也可以选择igbt管，单片机分别与第一mos管、第二mos管q8和igbt管的控制端连接。
32.作为进一步的技术方案，所述单片机通过pwm信号控制所述第一mos管、所述第二mos管q8和所述igbt管。增加单片机后，通过pwm信号控制开关元件的占空比，占空比越大，说明开关元件在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例超高，电流就越大，阻
力和电流成正比，这时阻力也就越大，反之，占空比越小，阻力也就越小，从而在保证负载输出端有稳定高电压输出的同时，通过单片机可以实现阻力的调节控制。
33.作为进一步的技术方案，所述开关元件为多个并联的第二mos管q8或多个并联的igbt管。
34.作为进一步的技术方案，所述第二mos管q8为带寄生二极管的n沟道增强型mos管，带寄生二极管的n沟道增强型mos管的漏极连接在所述电感l2和所述单向导通控制元件之间，源极与所述第一电流采样电阻r8的一端连接，所述第一电流采样电阻r8的另一端接地，栅极通过mos管驱动电路与所述单片机连接，同样单片机通过第二个mos管驱动电路与第一mos管的控制端连接，单片机通过igbt管驱动电路与igbt管的控制端连接。
35.作为进一步的技术方案，所述整流滤波电路s1包括并联的三个整流桥臂和一个滤波电容c3，整流桥臂包括两个顺向串联的整流二极管d2和d5，两个整流二极管之间连接有三相交流电接入端。
36.本实用新型的工作原理：
37.第二mos管q8导通时，电流l2经电感流入gnd，对地短路，这时电流最大，电流最大，阻力也就最大，因为发电机在带负荷时受到电磁力的反扭矩作用(即阻力)，反扭矩的大小与负荷成正比(即电流)，这时电感l2充能，电容c5释放储存的电能，向负载p1提供一个比较大的电压，保持电能输出，二极管d9可以防止电容c5反向对地放电；第二mos管q8断开时，电流经过二极管d9流入负载p1，电流变小，阻力变小，电感l2为了维持电流，就会释放储存的能量，向负载p1提供一个比较大的电压，保持电能输出，而电容c5进行充能；因此通过电感l2和电容c5充能和放能的配合，能使负载输出端out始终有一个比较高且稳定的电压，即将vm处较小的电压升压到vl处较大的电压，以维持电能输出。
38.从上面可以知道，第二mos管q8导通，电流大，阻力大，第二mos管q8断开电流变小，阻力变小。
39.pwm占空比就是一个脉冲周期内高电平的时间占整个周期的比例。高电平时第二mos管q8导通，低电平时第二mos管断q8开，单片机通过pwm占空比来调节阻力，pwm占空比增大，电流增大，阻力增加，pwm占空比减小，电流减小，阻力减小，达到阻力控制的目的，同时根据电路中反馈的总电流的大小，实现阻力的精确控制。
40.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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。