CN108322060A - 一种基于pwm控制器的数字程控交流电源 - Google Patents

一种基于pwm控制器的数字程控交流电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PWM控制器的数字程控交流电源，包括依次相连的EMI滤波器、不控整流器、直流滤波器、开关管及交流滤波器，输入的交流电压经EMI滤波器过滤掉高频干扰信号后，经不控整流器和直流滤波器转变为直流电压，直流电压经开关管转变为交流电后，经交流滤波器输出交流电压，交流滤波器的输出端依次经采样反馈器、PWM控制器和隔离驱动器与开关管相连，开关管还连接有缓冲电路，缓冲电路用于使开关管的开关管工作在安全工作区内。本发明能够对输出电压进行调整，且能够使开关管工作在安全工作区内，降低器件的开关损耗和电磁干扰，保证交流电源安全可靠地供电。

Description

一种基于PWM控制器的数字程控交流电源
技术领域
本发明涉及电力电子装置领域，尤其涉及一种基于PWM的数字程控交流电源。
背景技术
近年来，随着各类电力电子装置的广泛应用，导致电网中的谐波污染日益严重，电能质量也随之下降，与此相反，由于各种高新技术设备不断投入使用，用户对电能质量的要求越来越高，人们希望得到轻度谐波污染甚至无谐波污染的电压稳定的电能供应。另外，实际中的各类工程项目对电源的具体参数要求存在差别，同一场合所要求的电源参数也可能不同，普通的交流电源都是固定输出信号，及时参数可调也很有限，不能满足负载要求。此外，交流电源中的开关管在闭合或断开的瞬间，会产生顺势浪涌电压和浪涌电流，从而造成器件的损耗和电磁干扰，以造成元器件的击穿，影响交流电源的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PWM的数字程控交流电源，能够对输出电压进行调整，且能够使开关管工作在安全工作区内，降低器件的开关损耗和电磁干扰，保证交流电源安全可靠地供电。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于PWM控制器的数字程控交流电源，包括依次相连的EMI滤波器、不控整流器、直流滤波器、开关管及交流滤波器，所述EMI滤波器用于对输入的交流电压进行低通滤波，将高频干扰信号阻隔掉，使允许设备正常工作时的频率信号进入设备，不控整流器用于将交流电压整流为直流电压，直流滤波器用于将平滑的电压或电流输入开关管，开关管用于将直流电变为交流电，交流滤波器用于对交流电压进行滤波，输入的交流电压经EMI滤波器过滤掉高频干扰信号后，经不控整流器和直流滤波器转变为直流电压，直流电压经开关管转变为交流电后，经交流滤波器输出交流电压，交流滤波器的输出端依次经采样反馈器、PWM控制器和隔离驱动器与开关管相连，所述开关管还连接有缓冲电路，缓冲电路用于使开关管的开关管工作在安全工作区内。
优选地，所述隔离驱动器包括光电耦合器及驱动芯片，所述光电耦合器的输入端经第一电位器与PWM控制器的输出端相连，光电耦合器的第一输出端经第一电阻与驱动芯片的7引脚相连，光电耦合器的第二输出端与驱动芯片的1引脚相连，驱动芯片的1引脚还经第二电位器接地，驱动芯片的2引脚依次经第二电阻及第二电容与驱动芯片的3引脚相连，所述第二电阻与第二电容的公共端还经第一二极管与驱动芯片的13引脚相连，驱动芯片的13引脚经第三电容与驱动芯片的11引脚相连，驱动芯片的13引脚还依次经第一二极管及第四电容与驱动芯片的5引脚相连，驱动芯片的5引脚接地，所述驱动芯片的4引脚经第三电位器与驱动芯片的3引脚相连，驱动芯片的12引脚经第二二极管与第一开关管的门极相连，第二二极管两端并联有第三电阻，第一开关管的门极经第四电阻与驱动芯片的11引脚相连，第一开关管的门极还依次经第三二极管和第四二极管与驱动芯片的11引脚相连，所述第一开关管的集电极连接电源正极，第一开关管的发射级与驱动芯片的11引脚相连，所述驱动芯片的1引脚与第二开关管的集电极相连，第二开关管的发射级接地，第二开关管的门极经第五二极管与驱动芯片的6引脚相连，第五二极管两端并联有第五电阻，第二开关管的门极还经第六电阻接地，第六电阻两端并联有由第六二极管及第七二极管组成的串联电路。
优选地，所述第四二极管及第七二极管均采用稳压二极管，所述第一开关管及第二开关管均采用IGBT。
优选地，所述缓冲电路包括电源、第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管，第一开关管的集电极连接电源正极，第一开关管的发射级经第二开关管连接电源负极，第一开关管的集电极还依次经第八二极管及第五电容连接电源负极，第八二极管两端并联有第七电阻，所述第一开关管的发射级依次经第一电感及第七电容与第三开关管的发射级相连，第七电容两端并联有第九电阻，所述第三开关管的发射级经第四开关管连接电源负极，第三开关管的集电极连接电源正极，第三开关管的集电极还依次经第九二极管及四六电容连接电源负极，第九二极管两端并联有第八电阻。
优选地，所述采样反馈器包括霍尔电压电流传感器和采样电阻。
优选地，所述驱动芯片采用IR21844S驱动芯片
本发明通过采集交流滤波器的输出电压和输出电流，利用PWM控制器产生PWM信号，经隔离驱动器驱动开关管的导通与闭合，从而调节输出电压的大小和频率；隔离驱动器采用光电耦合器，使弱电控制电路和强电控制电路不存在线路上的连接，从而实现对PWM控制器的保护；缓冲电路能够将开关管的热应力和电应力限制在安全工作区内，降低开关管的浪涌电压和浪涌电流，降低器件的开关损耗和电磁干扰，避免器件的击穿，提高电路的可靠性。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明所述隔离驱动器的电路原理图；
图3为本发明所述缓冲电路的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明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发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1至图3所示，本发明所述的一种基于PWM控制器的数字程控交流电源，包括依次相连的EMI滤波器、不控整流器、直流滤波器、开关管及交流滤波器，EMI滤波器用于对输入的交流电压进行低通滤波，将高频干扰信号阻隔掉，使允许设备正常工作时的频率信号进入设备，不控整流器用于将交流电压整流为直流电压，直流滤波器用于将平滑的电压或电流输入开关管，开关管用于将直流电变为交流电，交流滤波器用于对交流电压进行滤波，输入的交流电压经EMI滤波器过滤掉高频干扰信号后，经不控整流器和直流滤波器转变为直流电压，直流电压经开关管转变为交流电后，经交流滤波器输出交流电压，交流滤波器的输出端依次经采样反馈器、PWM控制器和隔离驱动器与开关管相连，采样反馈器包括霍尔电压电流传感器和采样电阻，采样反馈器用于采集交流滤波器的输出电压，经PWM控制器调节输出波形的占空比，从而调节输出电压的大小和频率，开关管还连接有缓冲电路，缓冲电路用于使开关管的开关管工作在安全工作区内。
隔离驱动器包括光电耦合器OSC1及驱动芯片IC1，在本实施例中，驱动芯片IC1采用IR21844S驱动芯片IC1，光电耦合器OSC1的输入端经第一电位器RP1与PWM控制器的输出端相连，光电耦合器OSC1的第一输出端经第一电阻R1与驱动芯片IC1的7引脚相连，光电耦合器OSC1的第二输出端与驱动芯片IC1的1引脚相连，驱动芯片IC1的1引脚还经第二电位器RP2接地，驱动芯片IC1的2引脚依次经第二电阻R2及第二电容C2与驱动芯片IC1的3引脚相连，第二电阻R2与第二电容C2的公共端还经第一二极管D1与驱动芯片IC1的13引脚相连，驱动芯片IC1的13引脚经第三电容C3与驱动芯片IC1的11引脚相连，驱动芯片IC1的13引脚还依次经第一二极管D1及第四电容C4与驱动芯片IC1的5引脚相连，驱动芯片IC1的5引脚接地，驱动芯片IC1的4引脚经第三电位器RP3与驱动芯片IC1的3引脚相连，驱动芯片IC1的12引脚经第二二极管D2与第一开关管Q1的门极相连，第二二极管D2两端并联有第三电阻R3，第一开关管Q1的门极经第四电阻R4与驱动芯片IC1的11引脚相连，第一开关管Q1的门极还依次经第三二极管D3和第四二极管D4与驱动芯片IC1的11引脚相连，第一开关管Q1的集电极连接电源正极VCC，第一开关管Q1的发射级与驱动芯片IC1的11引脚相连，驱动芯片IC1的1引脚与第二开关管Q2的集电极相连，第二开关管Q2的发射级接地，第二开关管Q2的门极经第五二极管D5与驱动芯片IC1的6引脚相连，第五二极管D5两端并联有第五电阻R5，第二开关管Q2的门极还经第六电阻R6接地，第六电阻R6两端并联有由第六二极管D6及第七二极管D7组成的串联电路，在本实施例中，第四二极管D4及第七二极管D7均采用稳压二极管，第一开关管Q1及第二开关管Q2均采用IGBT。
PWM控制器产生的PWM信号经光电耦合器OSC1隔离后发送至驱动芯片IC1，使得弱电控制电路和强电电路不存在线路上的连接，从而实现了对驱动芯片IC1和PWM控制器的保护，第一电位器EP1用于调节光电耦合器OSC1输入端的输入杜甫，以满足光电耦合器OSC1所需的输入电流，第二电位器RP2用于调节驱动芯片IC1的输入信号幅度，从而满足驱动芯片IC1的正常工作要求，第四二极管D4及第七二极管D7用于控制开关管的门极-射极电压，起到保护IGBT和驱动芯片IC1的目的。
缓冲电路包括电源U1、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4，第一开关管Q1的集电极连接电源U1正极，第一开关管Q1的发射级经第二开关管Q2连接电源U1负极，第一开关管Q1的集电极还依次经第八二极管D8及第五电容C5连接电源U1负极，第八二极管D8两端并联有第七电阻R7，第一开关管Q1的发射级依次经第一电感L1及第七电容C7与第三开关管Q3的发射级相连，第七电容C7两端并联有第九电阻R9，第三开关管Q3的发射级经第四开关管Q4连接电源U1负极，第三开关管Q3的集电极连接电源U1正极，第三开关管Q3的集电极还依次经第九二极管D9及四六电容C6连接电源U1负极，第九二极管D9两端并联有第八电阻R8。
当开关管管段后，第一电感L1中的能量分别通过第八电阻D8和第九电阻D9对第五电容C5和第六电容C6充电，直到第五电容C5和第六电容C6两端的端电压达到直流供电电压值；当开关管导通时，第五电容C5和第六电容C6分别经第七电阻R7和第八电阻R8放电，能量被第七电阻R7和第八电阻R8消耗，若没有缓冲电路，电感中的能量将完全被开关管消耗，因此，缓冲电路减轻了开关管的负担。
本发明能够对输出电压进行调整，且能够使开关管工作在安全工作区内，降低器件的开关损耗和电磁干扰，保证交流电源安全可靠地供电。

Claims (6)

1.一种基于PWM控制器的数字程控交流电源，其特征在于：包括依次相连的EMI滤波器、不控整流器、直流滤波器、开关管及交流滤波器，所述EMI滤波器用于对输入的交流电压进行低通滤波，将高频干扰信号阻隔掉，使允许设备正常工作时的频率信号进入设备，不控整流器用于将交流电压整流为直流电压，直流滤波器用于将平滑的电压或电流输入开关管，开关管用于将直流电变为交流电，交流滤波器用于对交流电压进行滤波，输入的交流电压经EMI滤波器过滤掉高频干扰信号后，经不控整流器和直流滤波器转变为直流电压，直流电压经开关管转变为交流电后，经交流滤波器输出交流电压，交流滤波器的输出端依次经采样反馈器、PWM控制器和隔离驱动器与开关管相连，所述开关管还连接有缓冲电路，缓冲电路用于使开关管的开关管工作在安全工作区内。
2.如权利要求1所述的一种基于PWM控制器的数字程控交流电源，其特征在于：所述隔离驱动器包括光电耦合器及驱动芯片，所述光电耦合器的输入端经第一电位器与PWM控制器的输出端相连，光电耦合器的第一输出端经第一电阻与驱动芯片的7引脚相连，光电耦合器的第二输出端与驱动芯片的1引脚相连，驱动芯片的1引脚还经第二电位器接地，驱动芯片的2引脚依次经第二电阻及第二电容与驱动芯片的3引脚相连，所述第二电阻与第二电容的公共端还经第一二极管与驱动芯片的13引脚相连，驱动芯片的13引脚经第三电容与驱动芯片的11引脚相连，驱动芯片的13引脚还依次经第一二极管及第四电容与驱动芯片的5引脚相连，驱动芯片的5引脚接地，所述驱动芯片的4引脚经第三电位器与驱动芯片的3引脚相连，驱动芯片的12引脚经第二二极管与第一开关管的门极相连，第二二极管两端并联有第三电阻，第一开关管的门极经第四电阻与驱动芯片的11引脚相连，第一开关管的门极还依次经第三二极管和第四二极管与驱动芯片的11引脚相连，所述第一开关管的集电极连接电源正极，第一开关管的发射级与驱动芯片的11引脚相连，所述驱动芯片的1引脚与第二开关管的集电极相连，第二开关管的发射级接地，第二开关管的门极经第五二极管与驱动芯片的6引脚相连，第五二极管两端并联有第五电阻，第二开关管的门极还经第六电阻接地，第六电阻两端并联有由第六二极管及第七二极管组成的串联电路。
3.如权利要求2所述的一种基于PWM控制器的数字程控交流电源，其特征在于：所述第四二极管及第七二极管均采用稳压二极管，所述第一开关管及第二开关管均采用IGBT。
4.如权利要求3所述的一种基于PWM控制器的数字程控交流电源，其特征在于：所述缓冲电路包括电源、第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管，第一开关管的集电极连接电源正极，第一开关管的发射级经第二开关管连接电源负极，第一开关管的集电极还依次经第八二极管及第五电容连接电源负极，第八二极管两端并联有第七电阻，所述第一开关管的发射级依次经第一电感及第七电容与第三开关管的发射级相连，第七电容两端并联有第九电阻，所述第三开关管的发射级经第四开关管连接电源负极，第三开关管的集电极连接电源正极，第三开关管的集电极还依次经第九二极管及四六电容连接电源负极，第九二极管两端并联有第八电阻。
5.如权利要求4所述的一种基于PWM控制器的数字程控交流电源，其特征在于：所述采样反馈器包括霍尔电压电流传感器和采样电阻。
6.如权利要求5所述的一种基于PWM控制器的数字程控交流电源，其特征在于：所述驱动芯片采用IR21844S驱动芯片。
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