一種功率可調電源的製作方法
2023-05-04 06:21:11 1
專利名稱：一種功率可調電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源技術領域，尤其涉及一種功率可調電源。
背景技術：
紫外線即Ultraviolet，簡稱UV，紫外線燈管是利用紫外線的特殊作用製成的燈管，廣泛用於竹木地板、家具、裝飾材料、印刷、印鐵製 罐、塑膠塗裝、標牌、電路板、光碟等行業，紫外線燈管也是半導體、電子元件、液晶等粘接固化的理想光源。不同波段的紫外線燈管具有不同的用途，低壓紫外線燈管即殺菌燈、汞齊等則主要用於殺菌消毒、油煙淨化、汙水處理等，強紫外線燈管由高品質的純石英管材料製成，使紫外線性能更高。在日常生活中，普通的家庭電爐需要調節功率、電扇需要調節速度、白熾燈需要調節亮度。紫外線燈管也不例外，需要根據應用環境的不同對調節紫外線燈管的輻射強度進行調節，而對紫外線燈管輻射強度的調節一般是通過調節為紫外線燈管供電的電源的輸出功率實現的，這就要求為紫外線燈管供電的電源必須是輸出功率可調的電源。但是，傳統的功率可調電源的體積較大，電路結構複雜，功率調節的靈敏度低，而且電源功率不易擴展。
發明內容
針對上述技術問題，本發明的目的在於提供一種功率可調電源，其能夠靈活調節電源的輸出功率，而且電路結構簡單，電源功率易於擴展。為達此目的，本發明採用以下技術方案一種功率可調電源，包括整流電路、高頻調節電路、交流轉直流電路、逆變電路及控制電路；所述整流電路用於將輸入的電源電壓轉換為脈動直流電壓，並輸出給所述高頻調節電路；所述高頻調節電路用於利用串聯諧振原理，根據所述控制電路輸入的控制信號，將輸入的所述脈動直流電壓轉換為交流電壓，並輸出給交流轉直流電路；其中，所述交流電壓與所述功率可調電源需要輸出的功率相對應；所述交流轉直流電路用於將輸入的所述交流電壓轉換為直流電壓，並輸出給逆變電路；所述逆變電路用於根據所述控制電路輸入的調節信號，將輸入的所述直流電壓轉換為負載所需頻率的交流電壓後輸出給所述負載。特別地，所述整流電路為軟啟動的整流電路，用於根據控制電路輸入的控制信號，將輸入的電源電壓轉換為脈動直流電壓。特別地，所述高頻調節電路包括第一金氧半場效電晶體(M0SFET)、第二金氧半場效電晶體、第一電容、第二電容、第三電容及電感；其中，第一金氧半場效電晶體的柵極和第二金氧半場效電晶體的柵極均與控制電路連接，第一金氧半場效電晶體的漏極與第一電容的一端及第三電容的一端連接，第三電容的另一端與第二金氧半場效電晶體的源極及第二電容的一端連接，第一電容的另一端與交流轉直流電路及第二電容的另一端連接，第一金氧半場效電晶體的源極與第二金氧半場效電晶體的漏極及電感的一端連接，電感的另一端與交流轉直流電路連接。特別地，所述交流轉直流電路為全波整流電路。特別地，所述全波整流電路包括變壓器、第一二極體、第二二極體、第三二極體及第四二極體；其中，第一二極體、第二二極體、第三二極體及第四二極體構成全橋的整流橋堆，變壓器的第一抽頭與電感的一端連接，變壓器的第二抽頭與第一電容的一端及第二電容的一端連接，變壓器的第三抽頭與全橋的第一輸入端連接，變壓器的第四抽頭與全橋的第二輸入端連接，全橋的第一輸出端和全橋的第二輸出端均與逆變電路連接。特別地，所述逆變電路為全橋逆變電路。 特別地，所述全橋逆變電路包括第一絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)、第二絕緣柵雙極性電晶體、第三絕緣柵雙極性電晶體及第四絕緣柵雙極性電晶體；其中，第一絕緣柵雙極性電晶體的基極、第二絕緣柵雙極性電晶體的基極、第三絕緣柵雙極性電晶體的基極及第四絕緣柵雙極性電晶體的基極均與控制電路連接，第一絕緣柵雙極性電晶體的集電極與第二絕緣柵雙極性電晶體的發射極及負載連接，第三絕緣柵雙極性電晶體的集電極與第四絕緣柵雙極性電晶體的發射極及負載連接，第一絕緣柵雙極性電晶體的發射極與第三絕緣柵雙極性電晶體的發射極及全橋的第一輸出端連接，第二絕緣柵雙極性電晶體的集電極與第四絕緣柵雙極性電晶體的集電極及全橋的第二輸出端連接。特別地，所述控制電路選用型號為TMS320F2808的數位訊號處理器(DSP)。特別地，所述功率可調電源還包括濾波器、電壓檢測電路及電流檢測電路；所述濾波器與整流電路連接，用於對輸入的電源電壓進行濾波，並將濾波的電源電壓輸出給整流電路；所述電壓檢測電路和電流檢測電路均與控制電路及逆變電路連接，用於檢測逆變電路輸出的電壓和電流，並將檢測結果輸出給控制電路。本發明在控制電路的控制下，利用串聯諧振原理，通過高頻調節電路將整流電路輸入脈動直流電壓轉換為所需的交流電壓，所述交流電壓經過交流轉直流電路和逆變電路處理後，獲得負載所需頻率的交流電壓，完成對電源輸出功率的調節。與傳統的功率可調電源相比，本發明的電路結構簡單，通過控制電路可以靈活調節電源的輸出功率，而且通過調節並聯高頻調節電路的數量就很容易完成對電源功率的擴展。
圖I為本發明實施例提供的功率可調電源框圖。圖2為本發明實施例提供的功率可調電源主電路結構圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。請參照圖I所示，本實施例中功率可調電源包括濾波器101、整流電路102、高頻調節電路103、交流轉直流電路104、逆變電路105、電壓檢測電路106、電流檢測電路107及控制電路108。另外，本實施例中與功率可調電源相連接的負載為紫外線燈管109，外接電源輸入該功率可調電源的電源電壓為380伏(V)的三相交流電。所述濾波器101用於對輸入的電源電壓進行濾波處理，並將處理後的電源電壓輸出給整流電路102。通過濾波器101可以減少或消除諧波的幹擾。所述整流電路102用於將經所述濾波器101處理後的電源電壓轉換為脈動直流電壓，並輸出給所述高頻調節電路103。由於整流電路102將濾波器101輸入的380V的三相交流電壓轉換為530V的脈動直流電壓後，需要將530V的脈動直流電壓輸入高頻調節電路103中的濾 波電容，而在功率可調電源開機瞬間，該濾波電容兩端的初始電壓為零，如果將530V的脈動直流電壓直接輸入該濾波電容，將會形成很大的瞬時衝擊電流，這將導致輸入熔斷器燒斷，因 此本實施例中整流電路102選用軟啟動的整流電路，根據控制電路108輸入的控制信號，使整流電路102輸出的電壓由零逐漸上升到530V。所述高頻調節電路103用於利用串聯諧振原理，根據所述控制電路108輸入的控制信號，將輸入的所述脈動直流電壓轉換為交流電壓，並輸出給交流轉直流電路104 ;其中，所述交流電壓與所述功率可調電源需要輸出的功率相對應。高頻調節電路103在接收到530V的脈動直流電壓後，首先通過濾波電容將所述脈動直流電壓處理為直流電壓，然後根據控制電路108輸入的控制信號，將處理後的脈動直流電壓轉換為交流電壓。需要說明的是，所述串聯諧振原理是指在電阻、電感及電容所組成的串聯電路內，當容抗與感抗相等時，電路中的電壓與電流的相位相同，電路呈現純電阻性，電路的總阻抗最小，電路中的電流達到最大值，電路的輸出功率達到最大，這種現象叫串聯諧振。所述交流轉直流電路104用於將輸入的所述交流電壓轉換為直流電壓，並將輸出給逆變電路105。由於高頻調節電路103輸出的交流電壓的頻率較高，而紫外線燈管109工作電壓的頻率為60赫茲(Hz)。為了調節高頻調節電路103輸出的交流電壓的頻率，需要通過交流轉直流電路104 (AC/DC)將所述交流電壓轉換為直流電壓。交流轉直流電路104的類型很多，本實施例中交流轉直流電路104選用全波整流電路。所述逆變電路105用於根據所述控制電路108輸入的調節信號，將輸入的所述直流電壓轉換為紫外線燈管109所需頻率的交流電壓後輸出給所述紫外線燈管109。本實施例中逆變電路105選用全橋逆變電路105，控制電路108選用型號為TMS320F2808的數位訊號處理器(DSP)。根據控制電路108輸入的調節信號，該全橋逆變電路105將輸入的直流電壓轉換為頻率為60Hz的交流脈衝電壓以驅動紫外線燈管109正常工作。所述電壓檢測電路106和電流檢測電路107均與控制電路108及逆變電路105連接，用於檢測逆變電路105輸出的電壓和電流，並將檢測結果輸入控制電路108。通過電壓檢測電路106和電流檢測電路107，控制電路108可以實時獲取逆變電路105輸出的電壓和電流信息，並對所述電壓和電流信息進行分析，根據實際需要，向高頻調節電路103和逆變電路105發送控制信號，控制高頻調節電路103和逆變電路105的運行，從而調節功率可調電源的輸出功率。如圖2所示，所述高頻調節電路103包括第一金氧半場效電晶體Ql、第二金氧半場效電晶體Q2、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3及電感L，所述第三電容C3即為所述濾波電容。所述全波整流電路包括變壓器T、第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3及第四二極體D4，所述第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3及第四二極體D4構成全橋的整流橋堆。所述全橋逆變電路105包括第一絕緣柵雙極型電晶體Q3、第二絕緣柵雙極性電晶體Q4、第三絕緣柵雙極性電晶體Q5及第四絕緣柵雙極性電晶體Q6。所述軟啟動的整流電路包括第五二極體D5、第六二極體D6、第七二極體D7、第一晶閘管Q7、第二晶閘管Q8及第三晶閘管Q9。
其中，第五二極體D5的一端與第六二極體D6的一端、第七二極體D7—端、第一電容Cl的一端、第一金氧半場效電晶體Ql的漏極及第三電容C3的一端連接，第五二極體D5的另一端與第一晶閘管Q7的陰極及電源電壓輸入端連接，第六二極體D6的另一端與第二晶閘管Q8的陰極及電源電壓輸入端連接，第七二極體D7的另一端與第三晶閘管Q9的陰極及電源電壓輸入端連接，第一晶閘管Q7的陽極與第二晶閘管Q8的陽極、第三晶閘管Q9的陽極、第二電容C2的一端、第二金氧半場效電晶體Q2的源極及第三電容C3的另一端連接，第一晶閘管Q7的門極、第二晶閘管Q8的門極及第三晶閘管Q9的門極均與控制電路108連接，第一金氧半場效電晶體Ql的柵極和第二金氧半場效電晶體Q2的柵極均與控制電路108連接，第一金氧半場效電晶體Ql的源極與第二金氧半場效電晶體Q2的漏極及電感L的一端連接，第一電容Cl的另一端與變壓器T的第二抽頭及第二電容C2的另一端連接，電感L的另一端與變壓器T的第一抽頭連接；變壓器T的第三抽頭與全橋的第一輸入端連接，變壓器T的第四抽頭與全橋的第二輸入端連接；第一絕緣柵雙極性電晶體Q3的基極、第二絕緣柵雙極性電晶體Q4的基極、第三絕緣柵雙極性電晶體Q5的基極及第四絕緣柵雙極性電晶體Q6的基極均與控制電路108連接，第一絕緣柵雙極性電晶體Q3的集電極與第二絕緣柵雙極性電晶體Q4的發射極及紫外線燈管109的一端連接，第三絕緣柵雙極性電晶體Q5的集電極與第四絕緣柵雙極性電晶體Q6的發射極及紫外線燈管109的另一端連接，第一絕緣柵雙極性電晶體Q3的發射極與第三絕緣柵雙極性電晶體Q5的發射極及全橋的第一輸出端連接，第二絕緣柵雙極性電晶體Q4的集電極與第四絕緣柵雙極性電晶體Q6的集電極及全橋的第二輸出端連接。本發明的工作原理如下濾波器101對輸入的380V的三相交流電進行濾波處理後，軟啟動的整流電路根據控制電路108輸入的控制信號將380V的三相交流電壓轉換為530V的脈動直流電壓，第三電容C3將輸入的脈動直流電壓進行濾波處理，獲得直流電壓，並將該直流電壓輸出給第一金氧半場效電晶體Ql和第二金氧半場效電晶體Q2。數位訊號處理器(DSP)產生Gl、G2、G3、G4、G5及G6六組脈寬調製(PWM)控制信號，G1、G2、G3、G4、G5及G6對應輸入第一金氧半場效電晶體Ql的柵極、第二金氧半場效電晶體Q2的柵極、第一絕緣柵雙極性電晶體Q3的柵極、第二絕緣柵雙極性電晶體Q4的柵極、第三絕緣柵雙極性電晶體Q5的柵極、第四絕緣柵雙極性電晶體Q6的柵極。其中，Gl與G2的相位互補，相位相差180度；G3與G6同相位，G4與G5同相位，G3與G4相位相差180度，G5與G6相位相差180度。Gl和G2對應控制第一金氧半場效電晶體Ql和第二金氧半場效電晶體Q2的導通與關斷。G3、G4、G5及G6對應控制第一絕緣柵雙極性電晶體Q3、第二絕緣柵雙極性電晶體Q4、第三絕緣柵雙極性電晶體Q5及第四絕緣柵雙極性電晶體Q6的關斷，從而將輸入的直流電壓轉換為60Hz的交流脈衝電壓以驅動紫外線燈管109正常工作。另夕卜，為了使整流電路102的輸出電壓由零逐漸上升到530V，數位訊號處理器將三路控制信號G7、G8及G9對應輸入第一晶閘管Q7的門極、第二晶閘管Q8的門極及第三晶閘管Q9的門極，通過控制第一晶閘管Q7、第二晶閘管Q8及第三晶閘管Q9完成整流電路102的軟啟動。當第一金氧半場效電晶體Ql導通時，第二金氧半場效電晶體Q2處於截止狀態，此時電感L與第二電容C2構成一個諧振迴路；反之，當第一金氧半場效電晶體Ql處於截止狀態，第二金氧半場效電晶體Q2導通時，電感L與第一電容Cl構成一個諧振迴路。利用串聯諧振原理，數位訊號處理器通過脈寬調製 控制信號Gl和G2控制第一金氧半場效電晶體Ql和第二金氧半場效電晶體Q2的開關，當第一金氧半場效電晶體Ql或第
二金氧半場效電晶體Q2的開關頻率等於諧振迴路的固有頻率/o時，諧振迴路第
一電容Cl或第二電容C2的容抗與電感L的感抗相等，電路發生諧振，此時諧振電路呈現純阻性，諧振電路的總阻抗最小，等於紫外線燈管109的等效電阻，整個諧振電路的電流達到最大值，此時功率可調電源的輸出功率最大；反之，當數位訊號處理器控制第一金氧半場效電晶體Ql或第二金氧半場效電晶體Q2的開關頻率大於所述固有頻率時，功率可調電源的輸出功率將減小，這樣一來，通過控制第一金氧半場效電晶體Ql或第二金氧半場效電晶體Q2的開關頻率就能調節該功率可調電源輸出功率的大小。其中，L為電感L的電感量，C為第一電容Cl的電容量，第二電容C2的電容量與第一電容Cl的電容量相等。本發明通過由兩個金氧半場效電晶體、一個電感及一個電容構成的高頻調節電路103，利用串聯諧振原理，就完成了對電源的輸出功率的靈活調節，不僅電路結構簡單，而且電源功率易於擴展。上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種功率可調電源，其特徵在於，包括整流電路、高頻調節電路、交流轉直流電路、逆變電路及控制電路； 所述整流電路用於將輸入的電源電壓轉換為脈動直流電壓，並輸出給所述高頻調節電路； 所述高頻調節電路用於利用串聯諧振原理，根據所述控制電路輸入的控制信號，將輸入的所述脈動直流電壓轉換為交流電壓，並輸出給交流轉直流電路；其中，所述交流電壓與所述功率可調電源需要輸出的功率相對應； 所述交流轉直流電路用於將輸入的所述交流電壓轉換為直流電壓，並輸出給逆變電路； 所述逆變電路用於根據所述控制電路輸入的調節信號，將輸入的所述直流電壓轉換為負載所需頻率的交流電壓後輸出給所述負載。
2.根據權利要求I所述的功率可調電源，其特徵在於，所述整流電路為軟啟動的整流電路，用於根據控制電路輸入的控制信號，將輸入的電源電壓轉換為脈動直流電壓。
3.根據權利要求2所述的功率可調電源，其特徵在於，所述高頻調節電路包括第一金氧半場效電晶體(MOSFET)、第二金氧半場效電晶體、第一電容、第二電容、第三電容及電感； 其中，第一金氧半場效電晶體的柵極和第二金氧半場效電晶體的柵極均與控制電路連接，第一金氧半場效電晶體的漏極與第一電容的一端及第三電容的一端連接，第三電容的另一端與第二金氧半場效電晶體的源極及第二電容的一端連接，第一電容的另一端與交流轉直流電路及第二電容的另一端連接，第一金氧半場效電晶體的源極與第二金氧半場效電晶體的漏極及電感的一端連接，電感的另一端與交流轉直流電路連接。
4.根據權利要求3所述的功率可調電源，其特徵在於，所述交流轉直流電路為全波整流電路。
5.根據權利要求4所述的功率可調電源，其特徵在於，所述全波整流電路包括變壓器、第一二極體、第二二極體、第三二極體及第四二極體； 其中，第一二極體、第二二極體、第三二極體及第四二極體構成全橋的整流橋堆，變壓器的第一抽頭與電感的一端連接，變壓器的第二抽頭與第一電容的一端及第二電容的一端連接，變壓器的第三抽頭與全橋的第一輸入端連接，變壓器的第四抽頭與全橋的第二輸入端連接，全橋的第一輸出端和全橋的第二輸出端均與逆變電路連接。
6.根據權利要求5所述的功率可調電源，其特徵在於，所述逆變電路為全橋逆變電路。
7.根據權利要求6所述的功率可調電源，其特徵在於，所述全橋逆變電路包括第一絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)、第二絕緣柵雙極性電晶體、第三絕緣柵雙極性電晶體及第四絕緣柵雙極性電晶體； 其中，第一絕緣柵雙極性電晶體的基極、第二絕緣柵雙極性電晶體的基極、第三絕緣柵雙極性電晶體的基極及第四絕緣柵雙極性電晶體的基極均與控制電路連接，第一絕緣柵雙極性電晶體的集電極與第二絕緣柵雙極性電晶體的發射極及負載連接，第三絕緣柵雙極性電晶體的集電極與第四絕緣柵雙極性電晶體的發射極及負載連接，第一絕緣柵雙極性電晶體的發射極與第三絕緣柵雙極性電晶體的發射極及全橋的第一輸出端連接，第二絕緣柵雙極性電晶體的集電極與第四絕緣柵雙極性電晶體的集電極及全橋的第二輸出端連接。
8.根據權利要求7所述的功率可調電源，其特徵在於，所述控制電路選用型號為TMS320F2808的數位訊號處理器(DSP)。
9.根據權利要求8所述的功率可調電源，其特徵在於，還包括濾波器、電壓檢測電路及電流檢測電路； 所述濾波器與整流電路連接，用於對輸入的電源電壓進行濾波，並將濾波的電源電壓輸出給整流電路； 所述電壓檢測電路和電流檢測電路均與控制電路及逆變電路連接，用於檢測逆變電路輸出的電壓和電流，並將檢測結果輸出給控制電路。
全文摘要
本發明公開一種功率可調電源，包括整流電路、高頻調節電路、交流轉直流電路、逆變電路及控制電路。在控制電路的控制下，利用串聯諧振原理，通過高頻調節電路將整流電路輸出的脈動直流電壓轉換為所需的交流電壓，所述交流電壓經過交流轉直流電路和逆變電路處理後，獲得負載所需頻率的交流電壓，完成對電源輸出功率的調節。與傳統的功率可調電源相比，本發明的電路結構簡單，通過控制電路可以靈活調節電源的輸出功率，而且通過調節並聯高頻調節電路的數量就很容易完成對電源功率的擴展。
文檔編號H02M5/458GK102769390SQ20121026394
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者付宏博, 胡業磊 申請人:無錫藍天電子有限公司