一種模擬及數字混合雙環控制穩流電源裝置的製作方法

2023-10-06 14:13:59 2

專利名稱：一種模擬及數字混合雙環控制穩流電源裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電源技術領域，特別涉及粒子加速器磁鐵穩流電源技術。
背景技術：
在國內幾大加速器裝置中，目前正在逐步採用數位化電源取代模擬電源。如上海 光源大功率穩流電源使用瑞士 PSI開發的數字控制器，小功率電源採用與國內公司合作研 制的數字控制器。控制器由DSP和ADC兩塊控制卡組成，由於是純數位化的反饋環路，對數 字卡的技術要求很高，如AD的採樣速度與精度、PWM發生器的解析度、數字PI調整周期等， 因此數字卡價格昂貴；另外電源主迴路是按照穩流電源進行設計的，國內少數廠家小規模 定製，可靠性、電磁兼容性沒有嚴格的技術認證。

發明內容
本發明的目的旨在克服現有數字電源控制卡採集速度要求高、需要高分辨PWM發 生器、價格昂貴、接口繁瑣、開發周期慢和功率變換器部分特別定製、缺少技術認證等缺點， 提供一種能夠利用現有成熟器件、結構簡單、成本較低、可靠性好的模擬及數字混合雙環控 制穩流電源裝置。為實現以上目的本發明採取的技術方案是，一種模擬及數字混合雙環控制穩流電 源裝置，包括可調AC-DC開關穩壓電源、負載、電流傳感器、控制器和輔助電源，所述可調 AC-DC開關穩壓電源輸出端的電纜穿過電流傳感器與負載連接，電流傳感器的輸出端與控 制器的AD轉換器輸入端連接，控制器的DA轉換器輸出端與可調AC-DC開關穩壓電源的電 壓控制端連接。其技術效果是由於內環採用模擬反饋電壓環，故其不僅具有環路帶寬高、調整速 度快等特點，能夠抑制輸入電網波動等快變化，而且，電壓內環可以採用能夠獨立使用的可 控穩壓電源，穩壓電源可以採用業界成熟的PWM、移相PWM、諧振技術、大功率斬波技術等， 甚至可以採用商業化可調穩壓電源的成熟產品；同時，外環採用較慢的數字反饋電流環，其 不僅可抵禦溫度、負載引起的慢變化，而且由於電流調節外環因降低了速度要求及不需要 高解析度的PWM，故可以採用許多商業化的通用控制器來實現。因此，兩者結合，既能夠達到 良好的動態性能及靜態高穩定性的指標，又可以達到降低數字控制卡技術複雜程度、降低 成本，使電源符合諧波、電磁兼容標準、提高可靠性、減少控制器及整機開發時間的目的，同 時，還能夠兼顧模擬電源及數位化電源的優點。


圖1是本發明的電原理圖；圖2是測量得到的電源輸出電流40A時的穩定度曲線圖；圖3是一臺控制器同時控制兩個可調AC-DC開關穩壓電源的電原理圖。
具體實施例方式如圖1所示的125A/12V模擬及數字混合雙環控制穩流電源裝置，其可調AC-DC開 關穩壓電源1採用市售的商業穩壓電源，功率1500W，控制電壓0-5V，對應輸出電壓0-12V。 控制器採用小型高速PLC，其DA、AD轉換器解析度為1/12000。PID採樣周期為10ms。電流 傳感器採用霍爾電流傳感器LA 200-P。可調AC-DC開關穩壓電源的輸入端接入交流供電，其輸出端的電纜穿過霍爾電流 傳感器3與負載2連接。負載是磁鐵、線圈或充電電池。霍爾電流傳感器的輸出端與PLC 控制器的AD轉換器輸入端連接，PLC控制器的DA轉換器輸出端連接到可調AC-DC開關穩 壓電源的電壓控制端。輔助電源給PLC提供24V工作電壓，給電流傳感器提供正負15V工作電壓。其工作過程PLC控制器4的AD轉換器輸入端得到電流取樣後，與電流設定值進 行比較，並對兩者的差值進行PID運算，得到作用量，作用量經過PLC控制器的DA轉換，輸 出到AC-DC開關穩壓電源1的電壓控制端。PID計算程序不需要編寫，可以直接調用PLC提供的PID指令，該指令只要設置主 要參數即可，本例中比例帶設為300，積分時間設為10ms，微分環節不計算，僅進行PI調整。當輸出電流升高，取樣電流升高，進入AD的採樣值升高，和設定值比較後，PI的作 用量減小，即DA輸出電壓減小，電源輸出能力下降，反之，當輸出電流降低時，取樣降低，經 過PI運算，DA輸出電壓升高，電源輸出能力上升，達到穩流輸出的目的。圖2是測量得到的電源輸出電流40A時的穩定度曲線，測量儀器為Agilent34401 數字電壓表，測試位置為電流互感器LA 200-P的輸出端，45分鐘的電流穩定度為 2· 6Χ1(Γ4，PLC有各種通訊模塊可以選用，如RS232/422、乙太網等，可以方便地將多個穩流 電源進行組網控制。本發明的模擬及數字混合雙環控制穩流電源裝置，也可以採用一臺控制器同時控 制一個以上的可調AC-DC開關穩壓電源，以同時獲得多個穩流電源(見圖3)。
權利要求
一種模擬及數字混合雙環控制穩流電源裝置，包括可調AC DC開關穩壓電源、負載、電流傳感器、控制器和輔助電源，其特徵在於所述可調AC DC開關穩壓電源(1)輸出端的電纜穿過電流傳感器(3)與負載(2)連接，電流傳感器的輸出端與控制器(4)的AD轉換器輸入端連接，控制器的DA轉換器輸出端與可調AC DC開關穩壓電源的電壓控制端連接。
2.根據權利要求1所述的一種模擬及數字混合雙環控制穩流電源裝置，其特徵在於 所述電流傳感器(3)為霍爾傳感器或零磁通傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種模擬及數字混合雙環控制穩流電源裝置，其特徵在於 所述負載(2)是磁鐵、線圈或充電電池。
4.據權利要求1所述的一種模擬及數字混合雙環控制穩流電源裝置，其特徵在於所 述控制器(4)同時控制一個以上的可調AC-DC開關穩壓電源(1)。
全文摘要
本發明公開了一種模擬及數字混合雙環控制穩流電源裝置，包括可調AC-DC開關穩壓電源、負載、電流傳感器、控制器和輔助電源，可調AC-DC開關穩壓電源(1)輸出端的電纜穿過電流傳感器(3)與負載(2)連接，電流傳感器的輸出端與控制器(4)的AD轉換器輸入端連接，控制器的DA轉換器輸出端與可調AC-DC開關穩壓電源的電壓控制端連接。由於內環採用速度快的模擬電壓環；外環採用慢速數字反饋電流環，兩者結合，既能夠達到良好的動態性能及靜態高穩定性的指標，又可以達到降低數字控制卡技術複雜程度、降低成本，使電源符合諧波、電磁兼容標準、提高可靠性、減少控制器及整機開發時間的目的，還能夠兼顧模擬電源及數位化電源的優點。
文檔編號H02M7/21GK101958656SQ201010246748
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者尚雷 申請人:中國科學技術大學