CN104283434B - 无工频变压器供电的低功耗交流电源及线性适配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无工频变压器供电的低功耗交流电源及线性适配方法，包括直流功率部分、交流功率部分和数字及基准部分，直流功率部分为高频开关电源电路，高频开关电源电路将直流电压提供给交流功率部分；交流功率部分将直流功率部分输出的直流电压变为交流电压输出；数字及基准部分产生交流电压基准和直流电压基准，直流电压基准控制直流功率部分的直流电压输出线性适配于交流电压输出；直流功率部分的输出直流电压会跟随交流功率部分输出的交流电压变化而进行自动线性适配调节，减小了放大电路的功耗，提高了整机功率变换效率和输出精度。

Description

无工频变压器供电的低功耗交流电源及线性适配方法
技术领域
本发明涉及一种无工频变压器供电的低功耗交流电源，还涉及其中直流电压和交流电压之间的线性适配方法。
背景技术
目前，市场上面的交流电源现有技术基本以工频变压器供电给后级的放大电路的模式来实现，存在当交流电源输出的交流电压变低时，工频变压器的供电电压不会随之变化，能量会损耗在放大电路上，增加放大电路的功耗，且需要大体积的散热器对交流电源进行散热；同时还存在体积庞大，在有限的体积下不能做到提高输出更大的输出功率；另还存在交流电源整机的变换效率低，精度不高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无工频变压器供电的低功耗交流电源，解决使用工频变压器造成的交流电源大体积、大散热器和小功率输出的问题，同时还提供一种所述交流电源中直流电压和交流电压之间的线性适配方法，解决交流电源输出功率变换效率低、能耗高和精度低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种无工频变压器供电的低功耗交流电源，包括直流功率部分、交流功率部分和数字及基准部分，直流功率部分为高频开关电源电路，高频开关电源电路将直流电压提供给交流功率部分；交流功率部分将直流功率部分输出的直流电压变为交流电压输出；数字及基准部分产生交流电压基准和直流电压基准，直流电压基准控制直流功率部分的直流电压输出线性适配于交流电压输出，交流电压基准控制交流功率部分输出的交流电压的波形、频率、幅值和相位角参数。
直流功率部分包括第一整流滤波电路、直流转交流电路、第二整流滤波电路、第一取样电路和第一反馈控制电路；交流功率部分包括功率放大器、升压放大器、第二取样电路和第二反馈控制电路；数字及基准部分包括数字处理部分和参数输入部分；第一整流电路、直流转交流电路、第二整流滤波电路、功率放大器和升压变压器依次连接，参数输入部分连接数字处理部分，数字处理部分分别连接第一反馈控制电路和第二反馈控制电路，第二整流滤波电路的输出通过第一取样电路和第一反馈控制电路连接，升压变压器的初级通过第二取样电路和第二反馈控制电路连接。
数字处理部分包括处理器、直接数字式频率合成器、第一数字模拟转换器和第二数字模拟转换器，参数输入部分为显示按键处理模块，处理器分别连接直接数字式频率合成器、第一数字模拟转换器、第二数字模拟转换器和显示按键处理模块，第二数字模拟转换器连接直接数字式频率合成器，直接数字式频率合成器输出交流电压基准，第一数字模拟转换器输出直流电压基准。
本发明还提供一种无工频变压器供电的低功耗交流电源中直流电压和交流电压的线性适配方法，实现直流功率部分输出的直流电压和交流功率部分功率输出的交流电压成线性关系，公式为Vdc = f*Vdcmax，f = (Vac/Vacmax +m)，如果f > 1则f = 1，
其中：Vac为交流电源设定输出的交流电压， Vacmax为交流电源最大可设定输出的交流电压，Vdc为直流功率部分输出的直流电压，Vdcmax为直流功率部分最大可输出的直流电压，f为中间计算系数，m为经验值。
进一步在于经验值m包括m1、m2、m3或m4，公式
（1）如果Vac>250V, f = (Vac/Vacmax +m1)，如果f > 1，f = 1，则Vdc = f*Vdcmax；
（2) 如果Vac<=250V并且Vac>220V,f = (Vac/Vacmax +m2),如果f > 1,f = 1，则Vdc = f*Vdcmax；
（3) 如果Vac<=220V并且Vac>60V,f = (Vac/Vacmax + m3),如果f > 1,f = 1,Vdc = f*Vdcmax；
（4) 如果Vac<60V,f = (Vac/Vacmax + m4),如果f > 1,f = 1,则Vdc = f*Vdcmax。
其中m1为－0.06～－0.1，m2为0.03～0.07，m3为0.08～0.12，m4为0.13～0.17。
本发明的直流功率部分是将市电变为安全的可控直流电压，提供给交流功率部分，直流功率部分为高频开关电源电路，包括但不限于半桥电路、全桥电路等通用开关电源电路，直流功率部分的输出直流电压是根据直流电压基准值变化的，该直流电压基准是由数字及基准部分产生的。
交流功率部分包括模拟功率放大器和升压变压器，以及相关取样控制电路，交流功率部分将直流功率部分的直流电压变为交流电压输出，交流电压的波形、频率、幅值、相位角等参数是根据交流电压基准值变化的，该交流电压基准是由数字及基准部分产生的。
数字及基准部分包括参数输入和数字处理部分，参数输入是包括但不限于键盘、旋钮、模拟或数字通信等输入用户需求信息的电路。用户需求输入到数字处理部分后，数字处理部分根据用户对交流输出电压的要求，产生交流电压基准及与交流电压基准对应的直流电压基准。该直流电压基准控制直流功率部分的输出直流电压为一合适值，使其既可以满***流功率部分对输出交流电压的需求，又不会因为直流电压值太高而产生不必要的功率损耗，从而使整机达到较高的变换效率，降低温升及减小体积重量。
数字处理部分根据交流电源的输出交流电压来线性适配调节开关电源的输出直流电压，减小功放管上的压降，达到减少功耗。
本发明的有益效果是直流功率部分的输出直流电压会跟随交流功率部分输出的交流电压变化而进行自动线性适配调节，减小了放大电路的功耗，提高了整机功率变换效率和输出精度。
附图说明
图1为本发明无工频变压器供电的低功耗交流电源的原理示意图；
图2为本发明数字处理部分的原理示意图；
图3为本发明实施例线性适配方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例如图所述，本实施例提供一种无工频变压器供电的低功耗交流电源，包括直流功率部分、交流功率部分和数字及基准部分。
直流功率部分为高频开关电源电路，包括第一整流滤波电路、直流转交流电路、第二整流滤波电路、第一取样电路和第一反馈控制电路；交流功率部分包括功率放大器、升压放大器、第二取样电路和第二反馈控制电路；数字及基准部分包括数字处理部分和参数输入部分；第一整流电路、直流转交流电路、第二整流滤波电路、功率放大器和升压变压器依次连接，参数输入部分连接数字处理部分，数字处理部分分别连接第一反馈控制电路和第二反馈控制电路，第二整流滤波电路的输出通过第一取样电路和第一反馈控制电路连接，升压变压器的初级通过第二取样电路和第二反馈控制电路连接。
数字处理部分包括处理器、直接数字式频率合成器、第一数字模拟转换器和第二数字模拟转换器，参数输入部分为显示按键处理模块，处理器分别连接直接数字式频率合成器、第一数字模拟转换器、第二数字模拟转换器和显示按键处理模块，第二数字模拟转换器连接直接数字式频率合成器，直接数字式频率合成器输出交流电压基准，第一数字模拟转换器输出直流电压基准。
直流功率部分将直流电压即低压直流信号提供给交流功率部分，交流功率部分将直流功率部分输出的直流电压变为交流电压输出，数字及基准部分产生交流电压基准和直流电压基准，直流电压基准控制直流功率部分的直流电压输出并线性适配于交流电压输出，交流电压基准控制交流功率部分输出的交流电压的波形、频率、幅值和相位角等参数。
本实施例还提供一种无工频变压器供电的低功耗交流电源中直流电压和交流电压的线性适配方法，通过数字处理部分实现直流功率部分输出的直流电压和交流功率部分功率输出即交流电压输出成线性关系，处理器的具体运算公式是：
（1）如果Vac>250V, f = (Vac/Vacmax － 0.08)，如果f > 1，f = 1，则Vdc = f*Vdcmax；
（2) 如果Vac<=250V并且Vac>220V,f = (Vac/Vacmax + 0.05),如果f > 1,f =1，则Vdc = f*Vdcmax；
（3) 如果Vac<=220V并且Vac>60V,f = (Vac/Vacmax + 0.1),如果f > 1,f = 1,Vdc = f*Vdcmax；
（4) 如果Vac<=60V,f = (Vac/Vacmax + 0.15),如果f > 1,f = 1,则Vdc = f*Vdcmax；
其中：Vac为交流电源设定输出的交流电压， Vacmax为交流电源最大可设定输出的交流电压，Vdc为直流功率部分输出的直流电压，Vdcmax为直流功率部分最大可输出的直流电压，f为中间计算系数，m1为－0.08，m2为0.05，m3为0.1，m4为0.15。
以上述（1）中的公式为例，由公式f = (Vac/Vacmax - 0.08)及Vdc = f*Vdcmax;
得出Vdc = (Vac/Vacmax - 0.08)*Vdcmax=Vac/Vacmax*Vdcmax - 0.08 *Vdcmax，其中， Vac/Vacmax*Vdcmax是本方案的原理期望值，即直流功率部分的直流电压输出与交流输出成线性关系，而实际还需要调整，调整值为- 0.08 *Vdcmax，其中的系数-0.08是经验值，是通过测试结果调整该系数，该系数是以使得交流输出的波形不失真同时保证效率来确定的。
本实施例在功率输出部分还设有第三取样电路，包括电压取样、电流取样，取样电路通过A/D转换电路转换后将信号送到数字处理部分，显示电压有效值、电流有效值、电流峰值、频率及有用功率等参数。

Claims (6)

1.一种无工频变压器供电的低功耗交流电源中直流电压和交流电压的线性适配方法，为直流功率部分的输出直流电压和交流电压输出成线性关系，其特征在于：
Vdc = f*Vdcmax，f = (Vac/Vacmax +m)，如果f > 1则f = 1，
其中：Vac为交流电源设定输出的交流电压， Vacmax为交流电源最大可设定输出的交流电压，Vdc为直流功率部分输出的直流电压，Vdcmax为直流功率部分最大可输出的直流电压，f为中间计算系数，m为经验值，经验值m包括m1、m2、m3或m4。
2.根据权利要求1所述的线性适配方法，其特征在于：经验值m为m1、m2、m3或m4，
（1）如果Vac>250V, f = (Vac/Vacmax +m1)，如果f≥1，则Vdc = f*Vdcmax；
（2) 如果Vac≤250V并且Vac>220V,f = (Vac/Vacmax +m2),如果f≥1，则Vdc = f*Vdcmax；
（3) 如果Vac≤220V并且Vac>60V,f = (Vac/Vacmax + m3),如果f≥1,Vdc = f*Vdcmax；
（4) 如果Vac<60V,f = (Vac/Vacmax + m4),如果f≥1,则Vdc = f*Vdcmax。
3.根据权利要求2所述的线性适配方法，其特征在于：m1为－0.06～－0.1，m2为0.03～0.07，m3为0.08～0.12，m4为0.13～0.17。
4.采用权利要求1至3任一种线性适配方法的无工频变压器供电的低功耗交流电源，其特征在于：包括直流功率部分、交流功率部分和数字及基准部分，直流功率部分为高频开关电源电路，高频开关电源电路将直流电压提供给交流功率部分；交流功率部分将直流功率部分输出的直流电压变为交流电压输出；数字及基准部分产生交流电压基准和直流电压基准，直流电压基准控制直流功率部分的直流电压输出线性适配于交流电压输出，交流电压基准控制交流功率部分输出的交流电压的波形、频率、幅值和相位角参数。
5.根据权利要求4所述的无工频变压器供电的低功耗交流电源，其特征在于：直流功率部分包括第一整流滤波电路、直流转交流电路、第二整流滤波电路、第一取样电路和第一反馈控制电路；交流功率部分包括功率放大器、升压放大器、第二取样电路和第二反馈控制电路；数字及基准部分包括数字处理部分和参数输入部分；第一整流电路、直流转交流电路、第二整流滤波电路、功率放大器和升压变压器依次连接，参数输入部分连接数字处理部分，数字处理部分分别连接第一反馈控制电路和第二反馈控制电路，第二整流滤波电路的输出通过第一取样电路和第一反馈控制电路连接，升压变压器的初级通过第二取样电路和第二反馈控制电路连接。
6.根据权利要求5所述的无工频变压器供电的低功耗交流电源，其特征在于：数字处理部分包括处理器、直接数字式频率合成器、第一数字模拟转换器和第二数字模拟转换器，参数输入部分为显示按键处理模块，处理器分别连接直接数字式频率合成器、第一数字模拟转换器、第二数字模拟转换器和显示按键处理模块，第二数字模拟转换器连接直接数字式频率合成器，直接数字式频率合成器输出交流电压基准，第一数字模拟转换器输出直流电压基准。
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