CN204216790U - 一种可编程扫描电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可编程扫描电源，属于电源电路技术领域。它解决了现有技术扫描电源输出功率管承受的功率较大,可靠性低的问题。本可编程扫描电源连接于包括：电磁干扰滤波器、带高功率校正全桥整流滤波单元、全桥降压单元和全桥逆变扫频单元，电磁干扰滤波器、全桥整流滤波单元、全桥推挽降压单元及全桥逆变扫频单元分别依次连接于交流市电与负载之间，还包括一控制单元，控制单元输入端连接于全桥逆变扫频单元与负载之间，第一输出端连接至全桥推挽降压单元以驱动全桥推挽降压单元实现高压直流电压转换为高频脉冲电压，第二输出端连接至全桥逆变扫频单元以驱动全桥逆变扫频单元实现输出特定电流峰值和周期的三角波。该电源具有强可靠性。

Description

一种可编程扫描电源

技术领域

本实用新型属于电源电路技术领域，涉及一种可编程扫描电源。

背景技术

目前扫描电源被广泛的运用日常生活、工业生产、科研及军事，例如，早期的显像管中的场扫描电源，工业中/高频感应加热器，医用核磁共振，辐照加速器，高频高压大功率电子辐照加速器(地那米加速器)磁化曲线测定等设备。扫描电源具有电流强度可调节，瞬间功率大，电气负载为电感线圈，并以此作为作用媒介施加到作用对象的特点。目前相关的扫描电源的产品类型丰富，并为社会发展带来极大的贡献。

中国专利文件公开了申请号为CN201410290525.的一种用于产生类三角波励磁电流的扫描电源，该电源连接在交流市电与负载之间，包括：一将交流市电的电压转换成一直流稳定电压的功率稳压器，一连接在所述功率稳压器与负载之间、并将直流稳定电压转换成输出电压的直流转换器；一产生类三角波信号的波形发生器以及控制电路。控制电路第一输入端连接至波形发生器以接收类三角波信号，第二输入端连接至负载以接收负载电流，输出端连接直流转换器以驱动直流转换器的输出电压，该电源解决了负载电流会随着负载变化而改变的缺陷。但此扫描电源还存在着以下缺陷：(1)输出功率管承受的功率较大,可靠性低；(2)电路保护仅考虑功率输出级出现事故的可能性,对扫描信号发生器的保护能力较弱。

发明内容

本实用新型针对现有的技术存在的扫描电源输出功率管承受的功率较大,可靠性低的问题，提出了一种可编程扫描电源，该扫描电源能有效抑制磁铁参数、环境变化等因素对扫描电流的影响、具有强可靠性。

本实用新型通过下列技术方案来实现：一种可编程扫描电源，连接于交流市电与负载之间，其特征在于，该扫描电源包括：一将交流市电输入电压进行滤波的电磁干扰滤波器；一将电磁干扰滤波器输出的电压进行整流滤波输出平滑高压直流电的带高功率校正全桥整流滤波单元；一将高压直流电转换成低压直流电的全桥降压单元；一将低压直流电进行逆变产生电流峰值和周期的三角波的全桥逆变扫频单元；所述电磁干扰滤波器、带高功率校正全桥整流滤波单元、全桥降压单元及全桥逆变扫频单元分别依次连接于交流市电与负载之间，该扫描电源包括还包括一控制单元，所述控制单元输入端连接于全桥逆变扫频单元与负载之间以接收电压、电流反馈信号，第一输出端连接至全桥降压单元以驱动全桥降压单元实现高压直流电压转换为高频脉冲电压，第二输出端连接至全桥逆变扫频单元以驱动全桥逆变扫频单元实现输出特定电流峰值和周期的三角波。

交流市电输入电压经电磁干扰滤波器进行电网滤波再通过带高功率校正全桥整流滤波单元得到平滑的高压直流电，高压直流电经过全桥降压单元把直流电压转换成高频交流电压并进行降压整流滤波后输出低压直流电，低压直流电经脉冲宽调制技术控制全桥逆变扫频单元进行逆变输出特定电流峰值和周期的三角波。同时将电源输出电流、电压经采样作为反馈量输入给控制单元，控制单元能够根据设定的参考波形与反馈电流、电压数据做比较后控制全桥降压单元和全桥逆变扫频单元输出与参考波形近似具有特定电流值和周期的三角波。从而实现三角波扫描电源电流输出。也由此构成一个闭环控制***。该扫描电源能有效抑制磁铁参数、环境变化等因素对扫描电流的影响、具有强可靠性。

在上述的可编程扫描电源中，所述控制单元包括电流电压检测反馈电路、PWM控制器、驱动电路以及辅助电源电路，所述电流电压检测反馈电路连接于全桥逆变扫频单元的输出端与负载之间并反馈给PWM控制器，所述辅助电源电路连接交流市电给PWM控制器及驱动电路供电，同时所述PWM控制器通过驱动电路分别连接全桥降压单元与全桥逆变扫频单元。PWM控制器接收电流、电压反馈信号及参考波形通过驱动单元控制全桥降压单元与全桥逆变扫频单元实现PWM脉冲控制。从而实现跟踪参考波形的输出稳定可靠电流达到的给负载供电的目的。

在上述的可编程扫描电源中，所述全桥降压单元包括全桥式由功率开关器件组成的功率变换器、降压器及辅助整流滤波电路，所述功率变换器、降压变压器和辅助整流滤波电路依次连接，且所述功率变换器的输入端连接带高功率校正全桥整流滤波单元，所述辅助整流滤波电路输出端连接全桥逆变扫频单元，上述控制单元的第一输出端连接功率变换器控制端。

这里功率变换器的作用是将高压直流电压转换为高频脉冲电压；高频脉冲电压经过降压变压器进行降压，降压变压器次级输出电压经辅助整流滤波电路将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压；控制单元将根据输出的电流电压取样反馈信号来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调且稳定。

在上述的可编程扫描电源中，所述带高功率校正全桥整流滤波单元包括高功率因数校正电路，所述高功率因数校正电路包括UCC28019功率因数校正芯片。这里通过增加功率因数校正来最大限度地减少电源线谐波。

在上述的可编程扫描电源中，所述PWM控制器上还连接有显示及输入单元。这里通过输入单元可进行选择不同的参考波形，并进行显示。

在上述的可编程扫描电源中，所述电流电压检测反馈电路包括霍尔电流传感器和电压检测器，所述霍尔传感器和电压检测器分别连接全桥逆变扫频单元的输出端和PWM控制器的输入端。

在上述的可编程扫描电源中，所述驱动电路包括栅极驱动光耦合器，上述PWM控制器通过栅极驱动光耦合器连接全桥降压单元和全桥逆变扫频单元。这里PWM控制器通过栅极驱动光耦合器驱动全桥降压单元和全桥逆变扫频单元功率开关器件，具有保护功率开关器件的作用。

在上述的可编程扫描电源中，所述PWM控制器为STM2系列微控制器。STM2系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核，以低电压实现高性能，有效延长电池供电设备的充电间。

与现有技术相比，本实用新型可编程扫描电源具有以下优点：

1、本实用新型通过主电路采用四象限变换器拓扑结构,高频调制波在负载电感作用下,输出低频扫描电流,达到给励磁线圈供电的目的。由于采用负反馈技术,输出电流将严格跟踪参考波形,从而有效抑制磁铁参数、环境变化等因素对扫描电流的影响。

2、本实用新型参考波形是一个可编程波形,能实现扫描电流和负载的最佳匹配。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图；

图2是本实用新型全桥逆变扫频单元电路图；

图3是本实用新型全桥降压单元电路图；

图中1、电磁干扰滤波器；2、带高功率校正全桥整流滤波单元；4、全桥降压单元；41、功率变换器；42、降压变压器；43、辅助整流滤波电路；5、全桥逆变扫频单元；6、控制单元；61、辅助电源电路；62、驱动电路；63、PWM控制器；64、电流电压检测反馈电路；65、显示及输入单元。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1-3所示，本可编程扫描电源连接于交流市电与负载之间，该扫描电源包括：一将交流市电输入电压进行滤波的电磁干扰滤波器1，一将电磁干扰滤波器1输出的电压进行整流滤波输出平滑高压直流电的带高功率校正全桥整流滤波单元2，一将高压直流电转换成低压直流电的全桥降压单元4，一将低压直流电进行逆变产生电流峰值和周期的三角波的全桥逆变扫频单元5，电磁干扰滤波器1、带高功率校正全桥整流滤波单元2、全桥降压单元4及全桥逆变扫频单元5分别依次连接于交流市电与负载之间，带高功率校正全桥整流滤波单元2包括高功率因数校正电路，高功率因数校正电路包括UCC28019功率因数校正芯片。这里通过增加功率因数校正来最大限度地减少电源线谐波。高功率因数校正电路也称为PFC电路。电磁干扰滤波器1简称EMI滤波器。EMI滤波器起到两个低通滤波器的作用：一个是衰减共模干扰，另一个是衰减差模干扰。EMI滤波器能在阻带范围内衰减射频能量，而让工频无衰减，或者很少的衰减，就能通过EMI电源滤波器。

该扫描电源包括还包括一控制单元6，控制单元6输入端连接于全桥逆变扫频单元5与负载之间以接收电压、电流反馈信号，第一输出端连接至全桥降压单元4以驱动全桥降压单元4实现高压直流电压转换为高频脉冲电压，第二输出端连接至全桥逆变扫频单元5以驱动全桥逆变扫频单元5实现输出特定电流峰值和周期的三角波。控制单元6还包括显示及输入单元65，通过PWM控制器63连接有显示及输入单元65。

功率因数指的是有效功率与总耗电量之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。大多数负载的电源在采用110至120V，60Hz的单相交流电供电时都会产生过量的电源线谐波。通过增加功率因数校正来最大限度地减少电源线谐波。

本申请采用的PFC电路由电感电容及UCC28019功率因数校正芯片等电子元器件组成，体积小、通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。

控制单元6包括电流电压检测反馈电路64、PWM控制器63、驱动电路62以及辅助电源电路61，电流电压检测反馈电路64连接于全桥逆变扫频单元5的输出端与负载之间并反馈给PWM控制器63，电流电压检测反馈电路64包括霍尔电流传感器和电压检测器，所述霍尔传感器和电压检测器分别连接全桥逆变扫频单元5的输出端和PWM控制器63的输入端。辅助电源电路61连接交流市电给PWM控制器63及驱动电路62供电，同时所述PWM控制器63通过驱动电路62分别连接功率变化器与全桥逆变扫频单元5。PWM控制器63为STM2系列微控制器。同时驱动电路62包括栅极驱动光耦合器。这里ACPL-2J芯片进行实现。

功率开关器件，如IGBT，MOSFET等都需要有充分的保护，以避免如欠压，缺失饱和，米勒效应，过载，短路等条件所造成的损害。本申请通过栅极驱动光耦合器进行驱动，不仅具有的高输出电流驱动能力，及开关速度快，而且也具有保护功率开关器件的功能。这些功率器件的保护功能包括欠压锁定，米勒效应，过载，短路，确保了整个电源的安全和稳定。

全桥降压单元4包括全桥式由功率开关器件组成的功率变换器41、降压变压器42及辅助整流滤波电路43，功率变换器41、降压变压器42和辅助整流滤波电路43依次连接，且所述功率变换器41的输入端连接带高功率校正全桥整流滤波单元2，所述辅助整流滤波电路43输出端连接全桥逆变扫频单元5，控制单元6的第一输出端连接功率变换器41控制端。将高压直流电压转换为高频脉冲电压；高频脉冲电压经过降压变压器42进行降压，降压变压器42次级输出电压经辅助整流滤波电路43将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压；控制单元6将根据输出的电流电压取样反馈信号来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调且稳定。功率开关器件为IGBT或是MOSFET管。MOSFET管全名为金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。IGBT全名绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

以下是本可编程扫描电源的工作原理：

交流市电输入电压经电磁干扰滤波器1进行电网滤波再通过带高功率校正全桥整流滤波单元2得到平滑的高压直流电，高压直流电经过全桥降压单元4把直流电压转换成高频交流电压并进行降压整流滤波后输出低压直流电，低压直流电经脉冲宽调制技术控制全桥逆变扫频单元5进行逆变输出特定电流峰值和周期的三角波。同时将电源输出电流、电压经采样作为反馈量输入给控制单元6，控制单元6能够根据设定的参考波形与反馈电流、电压数据做比较后控制全桥降压单元4和全桥逆变扫频单元5输出与参考波形近似具有特定电流值和周期的三角波。从而实现三角波扫描电源电流输出。也由此构成一个闭环控制***。

其中图2中的Q1、Q2、Q3、Q4是全桥逆变扫频单元的功率开关器件由PWM控制器进行脉宽调制。图3中Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10是全桥降压单元的功率开关器件,其中Q5、Q6、Q7、Q8组成功率变换器，T为降压变压器，Q9、Q10功率开关器件控制变压器次级电压的输出。

该扫描电源主电路采用四象限变换器拓扑结构,高频调制波在负载电感作用下,输出低频扫描电流,达到给励磁线圈供电的目的。由于采用负反馈技术,输出电流将严格跟踪参考波形,从而有效抑制磁铁参数、环境变化等因素对扫描电流的影响。参考波形是一个可编程波形,能实现扫描电流和加速器的最佳匹配。

同时本电源基于脉冲宽调制技术即PWM控制技术来实现电源电流输出。将电源输出电流用霍尔传感器采样作为反馈量,与参考波形给定值来做比较后得到控制量,控制量输入脉冲宽度调制控制器即PWM控制器63后,由PWM控制器63输出驱动脉冲,经驱动器放大后去驱动功率开关器件,由此构成一个闭环控制***。PWM控制器63的作用是将输出直流电压取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调且稳定。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电磁干扰滤波器1、带高功率校正全桥整流滤波单元2、全桥降压单元4、功率变换器41、降压变压器42、辅助整流滤波电路43、全桥逆变扫频单元5、控制单元6、辅助电源电路61、驱动电路62、PWM控制器63、电流电压检测反馈电路64、显示及输入单元65等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (8)

1.一种可编程扫描电源，连接于交流市电与负载之间，其特征在于，该扫描电源包括：一将交流市电输入电压进行滤波的电磁干扰滤波器(1)，一将电磁干扰滤波器(1)输出的电压进行整流滤波输出平滑高压直流电的带高功率校正全桥整流滤波单元(2)，一将高压直流电转换成低压直流电的全桥降压单元(4)，一将低压直流电进行逆变产生电流峰值和周期的三角波的全桥逆变扫频单元(5)，所述电磁干扰滤波器(1)、带高功率校正全桥整流滤波单元(2)、全桥降压单元(4)及全桥逆变扫频单元(5)分别依次连接于交流市电与负载之间，该扫描电源包括还包括一控制单元(6)，所述控制单元(6)输入端连接于全桥逆变扫频单元(5)与负载之间以接收电压、电流反馈信号，第一输出端连接至全桥降压单元(4)以驱动全桥降压单元(4)实现高压直流电压转换为高频脉冲电压，第二输出端连接至全桥逆变扫频单元(5)以驱动全桥逆变扫频单元(5)实现输出特定电流峰值和周期的三角波。

2.根据权利要求1所述的可编程扫描电源，其特征在于，所述控制单元(6)包括电流电压检测反馈电路(64)、PWM控制器(63)、驱动电路(62)以及辅助电源电路(61)，所述电流电压检测反馈电路(64)连接于全桥逆变扫频单元(5)的输出端与负载之间并反馈给PWM控制器(63)，所述辅助电源电路(61)连接交流市电给PWM控制器(63)及驱动电路(62)供电，同时所述PWM控制器(63)通过驱动电路(62)分别连接全桥降压单元(4)与全桥逆变扫频单元(5)。

3.根据权利要求1所述的可编程扫描电源，其特征在于，所述全桥降压单元(4)包括全桥式由功率开关器件组成的功率变换器(41)、降压器及辅助整流滤波电路(43)，所述功率变换器(41)、降压变压器(42)和辅助整流滤波电路(43)依次连接，且所述功率变换器(41)的输入端连接带高功率校正全桥整流滤波单元(2)，所述辅助整流滤波电路(43)输出端连接全桥逆变扫频单元(5)，上述控制单元(6)的第一输出端连接功率变换器(41)控制端。

4.根据权利要求1或2或3所述的可编程扫描电源，其特征在于， 所述带高功率校正全桥整流滤波单元(2)包括高功率因数校正电路，所述高功率因数校正电路包括UCC28019功率因数校正芯片。

5.根据权利要求2所述的可编程扫描电源，其特征在于，所述PWM控制器(63)上还连接有显示及输入单元(65)。

6.根据权利要求2所述的可编程扫描电源，其特征在于，所述电流电压检测反馈电路(64)包括霍尔电流传感器和电压检测器，所述霍尔传感器和电压检测器分别连接全桥逆变扫频单元(5)的输出端和PWM控制器(63)的输入端。

7.根据权利要求6所述的可编程扫描电源，其特征在于，所述驱动电路(62)包括栅极驱动光耦合器，上述PWM控制器(63)通过栅极驱动光耦合器连接全桥降压单元(4)和全桥逆变扫频单元(5)。

8.根据权利要求2所述的可编程扫描电源，其特征在于，所述PWM控制器(63)为STM32系列微控制器。