CN111884519A - 获取恒压恒流电源的方法 - Google Patents

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黄敏
李亮
赵永浩
王永翔
李臻
郭薇
张瑞
马丹
李新杰
曹俊超
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Abstract

一种获取恒压恒流电源的方法，用于输出目标电压U1和目标电流I1的恒压恒流电源，包括：步骤1，获取t时刻的装置输入端瞬时电压差U′0、装置输入端瞬时电流I′0、装置输出端的瞬时电压U′1和装置输出端的瞬时电流I′1；步骤2，在t+1时刻调整装置的升压倍数
Figure DDA0002615956200000011
同时调整装置的截止功率为
Figure DDA0002615956200000012
以使在t+2时刻装置输出端的瞬时电压U′1趋近于目标电压U1，且装置输出端的瞬时电流I′1趋近于目标电流I1。即使可调功率式稳压装置输出端负载变化，也能维持输出端目标电压U1和目标电流I1的稳定。

Description

获取恒压恒流电源的方法
技术领域
本发明涉及调压电路技术领域，具体涉及一种获取恒压恒流电源的方法。
背景技术
目前，发电厂和变电站的供电设备一般采用直流操作电源供电。在交流电源正常时，交流电源浮充蓄电池，及维持直流操作电源电压；在交流电源故障时，蓄电池提供直流操作电源。
随着稳压稳流装置的使用，其对电压及电流的调节特性不能满足要求，表现为充电电流晃动。且多个整流模块之间的输出电流不均衡，输出电压不一致，进一步降低设备的使用寿命。
发明内容
发明人考虑提供一种获取恒压恒流电源的方法，以根据需要调整其输出电压和输出电流，使多个整流模块之间的输出电流维持均衡，且输出电压维持稳定。
本发明的目的是提供一种获取恒压恒流电源的方法，以获取可调节输出电压及输出电流的恒压恒流电源。
本发明的技术方案是：
一种获取恒压恒流电源的方法，用于输出目标电压U1和目标电流I1的恒压恒流电源，包括以下步骤：
步骤1，获取t时刻的可调功率式稳压装置的装置输入端瞬时电压差U′0、装置输入端瞬时电流I′0、装置输出端的瞬时电压U′1和装置输出端的瞬时电流I′1；
步骤2，在t+1时刻，调整所述可调功率式稳压装置的升压倍数
Figure BDA0002615956180000011
同时，调整所述可调功率式稳压装置的截止功率为
Figure BDA0002615956180000012
以使在t+2时刻的可调功率式稳压装置的装置输出端的瞬时电压U′1趋近于目标电压U1，且装置输出端的瞬时电流I′1趋近于目标电流I1。
优选的，所述可调功率式稳压装置具有装置输入端、装置输出端，所述装置输出端用于输出目标电压U1和目标电流I1的稳压稳流电源，包括：
装置输入端整流滤波电路，用于整流滤波装置输入端电压，输出稳压直流中间电压；
可调式变压电路，用于根据升压倍数指令调节其升压倍数；
可调式限流电路，用于根据限流指令调节其截止功率；
装置输出端整流滤波电路，用于整流滤波方波电源，输出稳压稳流电源；
PID调压调流电路，包括数据采集模块和控制处理模块；所述数据采集模块用于同步获取可调式变压电路输入端瞬时电压差U′0、可调式变压电路输入端瞬时电流I′0、装置输出端的瞬时电压U′1和装置输出端的瞬时电流I′1，所述控制处理模块用于同步输出升压倍数指令和限流指令。
优选的，所述可调式限流电路包括高频方波逆变模块，用于根据限流指令变换所述稳压直流中间电压为第一中间高频方波电源。
进一步的，所述可调式变压电路包括高频变压器，用于升压所述第一中间高频方波电源为第二中间高频方波电源。
优选的，所述装置输入端整流滤波电路选择Boost-PFC电路。
本发明的有益效果是：
1.通过采样可调功率式稳压装置的装置输入端瞬时电压差U′0、装置输入端瞬时电流I′0、装置输出端的瞬时电压U′1和装置输出端的瞬时电流I′1，调整可调功率式稳压装置的升压倍数
Figure BDA0002615956180000021
同时，调整所述可调功率式稳压装置的截止功率为
Figure BDA0002615956180000022
使可调功率式稳压装置的装置输出端的瞬时电压U′1趋近于目标电压U1，且装置输出端的瞬时电流I′1趋近于目标电流I1，这样，即使可调功率式稳压装置输出端负载变化，也能维持输出端目标电压U1和目标电流I1的稳定。
2.本发明的获取恒压恒流电源的方法使用的可调功率式稳压装置中，装置输入端整流滤波电路获得直流电源，以便于调整可调式变压电路的升压倍数，调整可调式限流电路的截止功率，降低PID调压调流电路的技术规格要求，从而降低可调功率式稳压装置的成本。
附图说明
图1为一种应用本发明的获取恒压恒流电源的方法的可调功率式稳压装置的电路原理图。
图2为一种应用本发明的获取恒压恒流电源的方法的可调功率式稳压装置的控制电路图。
附图标记说明，11-装置输入端整流滤波电路，12-可调式限流电路，14-装置输出端整流滤波电路，21-过零检测电路，22-装置输入端电流采样电路，23-装置输入端电压采样电路，24-装置输出端电流采样电路，25-装置输出端电压采样电路。
具体实施方式
下面结合附图，以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。
实施例1：一种获取恒压恒流电源的方法，用于输出目标电压U1和目标电流I1的恒压恒流电源，包括以下步骤：
步骤1，获取t时刻的可调功率式稳压装置的装置输入端瞬时电压差U′0、装置输入端瞬时电流I′0、装置输出端的瞬时电压U′1和装置输出端的瞬时电流I′1；
步骤2，在t+1时刻，调整所述可调功率式稳压装置的升压倍数
Figure BDA0002615956180000031
同时，调整所述可调功率式稳压装置的截止功率为
Figure BDA0002615956180000032
以使在t+2时刻的可调功率式稳压装置的装置输出端的瞬时电压U′1趋近于目标电压U1，且装置输出端的瞬时电流I′1趋近于目标电流I1。
其中，t时刻与t+1时刻之间相差一个单位时间，t+1时刻与t+2时刻之间相差一个单位时间，单位时间越短，装置输出端的瞬时电压U′1越能快速的趋近于目标电压U1，装置输出端的瞬时电压I′1越能快速的趋近于目标电流I1。
根据恒压恒流电源的输出目标电压U1及可调功率式稳压装置的装置输入端瞬时电压差U′0，可以计算可调功率式稳压装置的升压倍数
Figure BDA0002615956180000033
此处，升压仅表示一种倍数关系，并不必然表示
Figure BDA0002615956180000034
也可以是
Figure BDA0002615956180000035
根据装置输出端的瞬时电压U′1和装置输出端的瞬时电流I′1，可以计算可调功率式稳压装置输出端的负载等效的电阻
Figure BDA0002615956180000041
根据恒压恒流电源的输出目标电流I1及可调功率式稳压装置输出端的负载等效的电阻
Figure BDA0002615956180000042
可以计算可调功率式稳压装置输出端的负载功率
Figure BDA0002615956180000043
则可调功率式稳压装置需要截止的功率为
Figure BDA0002615956180000044
截止功率与允通功率具有确定的关系，以输入功率U′0·I′0为例，可调功率式稳压装置需要的截止功率为
Figure BDA0002615956180000045
则其允通功率为
Figure BDA0002615956180000046
实施例2：一种可调功率式稳压装置，其具有装置输入端、装置输出端，装置输出端用于输出目标电压U1和目标电流I1的稳压稳流电源，其可以用于实现实施例1中的获取恒压恒流电源的方法，包括：
装置输入端整流滤波电路，用于整流滤波装置输入端电压，输出稳压直流中间电压；
可调式变压电路，用于根据升压倍数指令调节其升压倍数；其中，升压倍数并不必然限定可调式变压电路的输出端的电压＞可调式变压电路的输入端的电压，其主要是用于清楚的表达可调式变压电路的输出端的电压与可调式变压电路的输入端的电压的倍数关系，也就是说可调式变压电路的输出端的电压可以≤可调式变压电路的输入端的电压。
可调式限流电路，用于根据限流指令调节其截止功率；
装置输出端整流滤波电路，用于整流滤波方波电源，输出稳压稳流电源；
PID调压调流电路，包括数据采集模块和控制处理模块；所述数据采集模块用于同步获取可调式变压电路输入端瞬时电压差U′0、可调式变压电路输入端瞬时电流I′0、装置输出端的瞬时电压U′1和装置输出端的瞬时电流I′1，控制处理模块用于同步输出升压倍数指令和限流指令。
优选的，可调式限流电路包括高频方波逆变模块，用于根据限流指令变换稳压直流中间电压为第一中间高频方波电源。
进一步的，可调式变压电路包括高频变压器，用于升压所述第一中间高频方波电源为第二中间高频方波电源。其中，升压倍数并不必然限定高频变压器的输出端的电压＞高频变压器的输入端的电压，其主要是用于清楚的表达高频变压器的输出端的电压与高频变压器的输入端的电压的倍数关系，也就是说高频变压器的输出端的电压可以≤高频变压器的输入端的电压。
图1示出了一种应用本发明的获取恒压恒流电源的方法的可调功率式稳压装置的电路原理图。图1中，装置输入端整流滤波电路11具有整流滤波效果，但其也具有升压效果；可调式限流电路12具有限流效果；高频变压器T1升压或降压根据需要设置；装置输出端整流滤波电路14具有整流滤波效果，图中装置输出端整流滤波电路14还包括稳压模块。装置输入端整流滤波电路11、可调式限流电路12、高频变压器T1和装置输出端整流滤波电路14整体上形成可调式变压电路。在图1中，装置输入端电流采样电路22采样的是装置输入端整流滤波电路11与可调式限流电路12之间的电流，装置输入端电压采样电路21采样的是装置输入端整流滤波电路11与可调式限流电路12之间的电压，这样可以避免装置输入端整流滤波电路11对测量的影响，此时，可调式限流电路12、高频变压器T1和装置输出端整流滤波电路14整体上形成可调式变压电路。
在图1中，装置输入端整流滤波电路11采用传统Boost-PFC电路，控制方法成熟可靠性高，在宽输入电压下仍然可以得到高的功率因数矫正，电路适应性强，并且输出电压较高。过零检测电路21用于检测交流电的过零点，以确定高压场效应管Q20的启闭时机。在可调式限流电路12中，应同时开通开关管T21、开关管T24，并截止开关管T22、开关管T23；或者，同时截止开关管T21、开关管T24，并开通开关管T22、开关管T23开通；或者，同时截止开关管T21、开关管T24、开关管T22、开关管T23。同时截止开关管T21、开关管T24、开关管T22、开关管T23的时刻就对应于截止功率。
图1中，芯片U10为差动比较器，芯片U11、芯片U12、芯片U13、芯片U14为运算放大器。
图2示出了一种应用本发明的获取恒压恒流电源的方法的可调功率式稳压装置的控制电路图。图2中，电阻R801与R802构成分压电路，以使稳压芯片LM1117-5.0输入端的电压不超过其额定电压，其输出端VCC为5V直流输出。图中，控制处理模块选择STM8105S型单片机，按键开关S871、按键开关S872、按键开关S873、按键开关S874、按键开关S875、按键开关S876、按键开关S877、按键开关S878构成控制处理模块的输入单元，STM8105S型单片机的引脚37配置为中断计时引脚，引脚19、引脚20、引脚21、引脚22配置为ADC功能引脚。根据需要，若STM8105S型单片机内置的AD转换器不能满足需要，可以采用更高分辨率的AD转换器。
使用图1和图2的电路时，应考虑元器件对电流及电压的内部损耗，使其整体上调整所述可调功率式稳压装置的升压倍数
Figure BDA0002615956180000061
同时，调整所述可调功率式稳压装置的截止功率为
Figure BDA0002615956180000062
对应于本发明，在t时刻，图2示出的可调功率式稳压装置内部损耗的功率为A0。可调功率式稳压装置内部损耗的功率可以这样获得：在未同时截止开关管T21、开关管T24、开关管T22、开关管T23使可调式限流电路形成截止功率时，此时，可调功率式稳压装置内部损耗的功率为A0＝U′0·I′0-U′1·I′1。使用可调式限流电路截止的功率约为
Figure BDA0002615956180000063
也就是说，在t时刻到t+2时刻间的两个时间单位中，同时截止开关管T21、开关管T24、开关管T22、开关管T23的时长约为两个时间单位的
Figure BDA0002615956180000064
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能地阐述本发明得发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施方式，均应属于为本发明隐含公开的内容。

Claims (5)

1.一种获取恒压恒流电源的方法，用于输出目标电压U1和目标电流I1的恒压恒流电源，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取t时刻的可调功率式稳压装置的装置输入端瞬时电压差U′0、装置输入端瞬时电流I′0、装置输出端的瞬时电压U′1和装置输出端的瞬时电流I′1，
步骤2，在t+1时刻，调整所述可调功率式稳压装置的升压倍数
Figure FDA0002615956170000011
同时，调整所述可调功率式稳压装置的截止功率为
Figure FDA0002615956170000012
以使在t+2时刻的可调功率式稳压装置的装置输出端的瞬时电压U′1趋近于目标电压U1，且装置输出端的瞬时电流I′1趋近于目标电流I1。
2.如权利要求1所述的获取恒压恒流电源的方法，其特征在于，所述可调功率式稳压装置具有装置输入端、装置输出端，所述装置输出端用于输出目标电压U1和目标电流I1的稳压稳流电源，包括：
装置输入端整流滤波电路，用于整流滤波装置输入端电压，输出稳压直流中间电压；
可调式变压电路，用于根据升压倍数指令调节其升压倍数；
可调式限流电路，用于根据限流指令调节其截止功率；
装置输出端整流滤波电路，用于整流滤波方波电源，输出稳压稳流电源；
PID调压调流电路，包括数据采集模块和控制处理模块；所述数据采集模块用于同步获取可调式变压电路输入端瞬时电压差U′0、可调式变压电路输入端瞬时电流I′0、装置输出端的瞬时电压U′1和装置输出端的瞬时电流I′1，所述控制处理模块用于同步输出升压倍数指令和限流指令。
3.如权利要求2所述的获取恒压恒流电源的方法，其特征在于，所述可调式限流电路包括高频方波逆变模块，用于根据限流指令变换所述稳压直流中间电压为第一中间高频方波电源。
4.如权利要求2所述的获取恒压恒流电源的方法，其特征在于，所述可调式变压电路包括高频变压器，用于升压所述第一中间高频方波电源为第二中间高频方波电源。
5.如权利要求2所述的获取恒压恒流电源的方法，其特征在于，所述装置输入端整流滤波电路选择Boost-PFC电路。
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