CN209030104U - 一种基于uc3854的能量回馈型交流电子负载 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电子负载技术，具体涉及一种基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，包括AC‑DC整流电路模块、功率因素校正模块、反激式升压电路模块、单片机控制模块和辅助电源模块；AC‑DC整流电路模块、功率因素校正模块、反激式升压电路模块依次连接，AC‑DC整流电路模块接***交流电压输入端，反激式升压电路模块输出为直流电压输出端，单片机控制模块控制反激式升压电路模块的输出电压，辅助电源模块分别连接AC‑DC整流电路模块输出端、功率因素校正模块、反激式升压电路模块和单片机控制模块。该交流电子负载能够步进调节逆变***输出的电流大小，通过有源功率因素校正，可使逆变电源输出端在连接上整流模块后的PF值高达0.99；能量回馈效率达到90%。
Description
技术领域
本实用新型属于电子负载技术领域，尤其涉及一种基于UC3854的能量回馈型交流电子负载。
背景技术
DC-AC逆变电源是一种把直流电源变成交流电源的电能变换装置，它在现代化生产中发挥着十分重要的作用，因此逆变电源的稳定性和可靠性成为逆变电源的一项重要评价标准。目前检测逆变电源使用最多的方法是对其进行老化测试，即使用逆变电源给阻性负载供电，使其在输出大功率电能的情况下工作，以其在此状况下的工作时间来评测逆变电源的稳定性。这种方法能够很直观地检测出逆变电源的工作状态，但是也浪费了大量的电能。
目前市场上已经有交流电子负载和能量回馈型交流电子负载，普通交流电子负载是利用电阻、电感和电容等器件模拟实际的阻性负载，并没有解决能量损耗的问题；而现有的能量回馈型交流电子负载大部分是将输出的能量以交流电压形式回馈到电网中，由于内部的处理电路复杂，损耗也有所增加，而且有些交流电子负载没有使用PFC技术，不仅回馈效率低，也对电网造成了污染。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能够将输出交流电压经过整流、功率因素校正和升压后变成直流电压回馈到逆变电源的输入端的装置，且能量回馈效率高，能量回馈时装置内部的电流可调。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，包括***交流电压输入端，直流电压输出端，还包括AC-DC整流电路模块、功率因素校正模块、反激式升压电路模块、单片机控制模块和辅助电源模块；AC-DC整流电路模块、功率因素校正模块、反激式升压电路模块依次连接，AC-DC整流电路模块接***交流电压输入端，反激式升压电路模块输出为直流电压输出端，单片机控制模块控制反激式升压电路模块的输出电压，辅助电源模块分别连接AC-DC整流电路模块输出端、功率因素校正模块、反激式升压电路模块和单片机控制模块。
在上述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载中，辅助电源模块包括+12V和+5V供电电路；+12V供电电路选用大电压差的降压电源芯片LT8631，其输入端接AC-DC整流电路模块的输出端，其输出端为功率因素校正模块和反激式升压电路模块供电；+5V供电电路选用Buck型降压芯片TPS5430芯片，其输入端接+12V供电电路的输出端，其输出端为单片机控制模块供电。
在上述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载中，AC-DC整流电路模块包括整流电路和滤波电路，整流电路包括同步整流芯片LT4320和第一、第二、第三、第四高功率开关管CSD19536，滤波电路为一个1000uF的电解电容C1并联在整流电路的输出端；AC-DC整流电路模块的输入端作为交流电子负载的输入端，输出端接功率因素校正模块的输入端。
在上述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载中，功率因素校正模块包括有源功率因素校正电路和升压电路模块；功率因素校正模块的输入端接AC-DC整流电路模块整流后的输出电压，其输出端接反激式升压电路模块的输入端。
在上述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载中，升压电路模块采用Boost升压拓扑结构，包括电感L1、高功率开关管Q1、滤波电容C1和续流二极管D1，其中，电感L1为EE55磁芯绕制成的电感值为2.5mH的电感，高功率开关管Q1选用型号为CSD19536开关管，续流二极管D1选用肖特基二极管MBR10100CT，滤波电容C1选用容值为1000uF的电容；有源功率因素校正电路以UC3854芯片为核心，将AC-DC整流电路模块整流后的输出电压以及功率因素矫正模块输出的直流电压经过分压后输入到UC3854芯片中，UC3854芯片输出驱动波形控制高功率开关管Q1，UC3854芯片采用+12V供电电路供电。
在上述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载中，单片机控制模块采用MSP430F6638超低功耗单片机，单片机内部产生PWM波驱动波形控制反激式升压电路模块的通断，通过按键步进调整PWM波的占空改变反激式升压电路模块输出电压，从而调节交流电子负载内的回馈电流；单片机采用+5V供电电路供电。
在上述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载中，反激式升压电路模块包括开关管控制电路和Boost升压主电路，开关管控制电路采用开关管控制芯片UCC27211，开关管控制芯片UCC27211采用+12V供电电路供电，开关管控制芯片UCC27211的LI输入端接单片机的一个IO口，LO输出端通过驱动电阻和保护电阻连接到Boost升压主电路；Boost升压主电路包括反向变压器T1、高功率开关管Q2以及续流二极管D2和滤波电容C4，输入电压正极接到反向变压器T1输入侧的同名端，输入侧的异名端通过高功率开关管Q2接地，反向变压器T1输出侧的异名端连接续流二极管D2后作为反激式升压电路模块的正极输出端，反向变压器T1的输出侧的同名端和滤波电容的负极连接作为反激式升压电路模块的负极输出端；高功率开关管Q2的栅极连接开关管控制芯片UCC27211的LO输出端，使高功率开关管Q2受单片机产生的驱动波形控制；Boost升压主电路的输入端接功率因素校正模块的输出端，Boost升压主电路的输出与前级隔离的直流电压，作为交流电子负载的输出。
在上述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载中，反向变压器T1采用型号为A125-399的环形磁芯绕制成的反向变压器，变压器匝数比为1:1，高功率开关管Q2选用型号为CSD19536的高功率开关管，续流二极管D2采用肖特基二极管MBR10100CT，滤波电容C4采用容值为1000uF的电容。
本发明的有益效果：本实用新型交流电子负载适用于DC-AC逆变电源的检测实验中，交流电压输入交流电子负载后，经过整流、功率因素校正和升压后，输出直流电压回馈到逆变电源的输入端实现能量回馈。功率因素校正使用基于UC3854的升压型有源功率因素校正方案，基本消除整流电路带来的谐波，提高能量回馈的效率；升压电路使用反激式Boost升压电路方案，将前级输入与后级输出隔离，使输出直流电压能够进行能量回馈，并且可以通过调节升压电路中开关管驱动波形的占空比来调节能量回馈时装置内的电流。经测试，此装置在接入整流电路后，逆变电源输出交流电压的PF值高达0.99，且能量回馈效率达到90％。
附图说明
图1为本实用新型的一个实施例***总体结构框图；
图2为本实用新型的一个实施例AC-DC整理电路模块电路图；
图3为本实用新型的一个实施例功率因素校正模块电路；
图4(a)为本实用新型的一个实施例开关管控制电路图，图4(b)为本实用新型的一个实施例反激式Boost升压电路图；
图5(a)为本实用新型的一个实施例+12V供电电路图，图5(b)为本实用新型的一个实施例+5V供电电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。
本实施例提供一种针对DC-AC逆变电源***，以直流电压形式进行回馈的、简易高效的交流电子负载，用于逆变电源的检测。将逆变电源***输出的交流电压经过整流、功率因素校正、升压后输入到逆变电源的输入端实现能量回馈。
本实施例通过以下技术方案来实现，一种基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，包括***交流电压输入端，直流电压输出端，还包括AC-DC整流电路模块、功率因素校正模块、反激式升压电路模块、单片机控制模块和辅助电源模块；逆变电源输出交流电压作为***交流电压输入端，AC-DC整流电路模块、功率因素校正模块、反激式升压电路模块依次连接，单片机控制电路控制反激式升压电路模块的输出电压，辅助电源模块为各模块中的芯片供电。
而且，AC-DC整流电路模块包括整流电路和滤波电路，整流电路为一个同步整流芯片LT4320和第一、第二、第三、第四高功率开关管CSD19536四个高功率开关管，滤波电路为一个1000uF的电解电容C1并联在整流电路的输出端；AC-DC整流电路模块的输入端作为交流电子负载的输入端，输出端接功率因素校正模块的输入端。
而且，功率因素校正模块包括有源功率因素校正芯片UC3854及其外部电路和升压电路模块；功率因素校正模块的输出端接反激式升压电路模块的输入端。
并且，升压电路模块使用Boost升压拓扑结构，包括电感L1、高功率开关管Q1、滤波电容C1和续流二极管D1，其中，电感L1为EE55磁芯绕制成的电感值为2.5mH的电感，高功率开关管Q1选用型号为CSD19536开关管，续流二极管D1选用肖特基二极管MBR10100CT，滤波电容C1选用容值为1000uF的电容；有源功率因素校正电路以UC3854芯片为核心，将AC-DC整流电路模块整流后的输出电压以及功率因素矫正模块输出的直流电压经过分压后输入到UC3854芯片中，UC3854芯片输出驱动波形控制高功率开关管Q1，UC3854芯片采用+12V供电电路供电。
而且，反激式升压电路模块反激式升压电路模块包括开关管控制电路和Boost升压主电路，开关管控制电路采用开关管控制芯片UCC27211，开关管控制芯片UCC27211采用+12V供电电路供电，开关管控制芯片UCC27211的LI输入端接单片机的一个IO口，LO输出端通过驱动电阻和保护电阻连接到Boost升压主电路；Boost升压主电路包括反向变压器、高功率开关管Q2以及续流二极管D2和滤波电容C4，输入电压正极接到反向变压器输入侧的同名端，输入侧的异名端通过高功率开关管Q2接地，变压器输出侧的异名端连接续流二极管D2后作为升压电路模块的正极输出端，变压器的输出侧的同名端和滤波电容的负极连接作为升压电路模块的负极输出端；高功率开关管Q2的栅极连接开关管控制芯片UCC27211的LO输出端，使高功率开关管Q2受单片机产生的驱动波形控制；Boost升压主电路的输入端接功率因素校正模块的输出端，Boost升压主电路的输出与前级隔离的直流电压，作为交流电子负载的输出。
并且，反向变压器T1采用型号为A125-399的环形磁芯绕制成的反向变压器，变压器匝数比为1:1，高功率开关管Q2选用型号为CSD19536的高功率开关管，续流二极管D2采用肖特基二极管MBR10100CT，滤波电容C4采用容值为1000uF的电容。
并且，开关管控制电路使用半桥驱动芯片UCC27211，并外加驱动电阻和保护电阻来驱动Boost升压主电路中的高功率开关管CSD19536，开关管控制电路受单片机控制模块产生的驱动波形控制。
而且，单片机控制模块采用MSP430F6638超低功耗单片机，单片机内部产生PWM波驱动波形控制Boost升压主电路中高功率开关管Q2的通断，通过按键步进调整PWM波的占空改变反激式升压电路模块输出电压，从而调节交流电子负载内的回馈电流。
而且，辅助电源模块包括+12V和+5V供电电路；+12V供电电路使用大电压差的降压电源芯片LT8631产生，其输入端接AC-DC整流电路模块的输出端，其输出端为UC3854芯片和UCC27211芯片供电；+5V辅助电源由Buck型降压芯片TPS5430芯片产生，其输入端接+12V辅助电源的输出端，其输出端为MSP430F6638单片机供电。
具体实施时，如图1所示，一种基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，包括***交流电压输入端AC IN，直流电压输出端DC OUT，还包括AC-DC整流电路模块1、功率因素校正模块2、反激式升压电路模块3、单片机控制模块4和辅助电源模块5；交流电子负载用于逆变电源的检测中，逆变电源输出交流电压作为***交流电压输入，AC-DC整流电路模块1、功率因素校正模块2、反激式升压电路模3块依次连接，单片机控制电路4控制反激式升压电路模块3的输出电压，辅助电源模块5为各模块中的芯片供电。
如图2所示，本实施例的AC-DC整流电路模块1包括整流电路21和滤波电路22，整流电路包括第一高功率开关管CSD19536 2101、第二高功率开关管CSD19536 2102、第三高功率开关管CSD19536 2103、第四高功率开关管CSD19536 2104和一个同步整流芯片LT86312105，滤波电路为一个容值为1000uF的电解电容C1并联在整流电路的输出端；AC INPUT作为***的交流电压输入端，DC OUTPUT为整流模块的输出端。
如图3所示，本实施例的功率因素校正模块2包括升压电路模块31和有源功率因素校正电路，其中，有源功率因素校正电路包括芯片UC3854 32及其外部电路；升压电路模块31包括有EE55磁芯绕制成的电感值为2.5mH的电感L1、型号为CSD19536的高功率开关管Q1、型号为MBR10100CT的肖特基二极管作为续流二极管D1以及容值为1000uF的电解电容作为滤波电容C1，有源功率因素校正电路以芯片UC3854 32为核心，将整流后的电压以及功率因素校正模块输出的直流电压经过分压后输入到芯片UC3854 32中，芯片UC3854 32输出驱动波形控制升压电路模块31中的高功率开关管Q1；功率因素校正模块的输入端接AC-DC整流电路模块1整流后的输出电压，其输出端接反激式升压电路模块3的输入端。
本实施例的反激式升压电路模块3包括开关管控制电路和Boost升压主电路。如图4(a)所示，开关管控制电路使用开关管控制芯片UCC27211 41，控制芯片使用+12V供电电路供电，LI输入端接单片机的一个IO口，LO输出端通过驱动电阻和保护电阻接到升压电路模块3中高功率开关管Q2的栅极，使高功率开关管Q2受单片机产生的驱动波形控制。图4(b)所示，Boost升压主电路包括反向变压器T1 42、高功率开关管CSD19536 43以及续流二极管D2和滤波电容C4，输入电压正极接到反向变压器T1 42输入侧的同名端，输入侧的异名端通过高功率开关管CSD19536 43接地，反向变压器T1 42输出侧的异名端连接续流二极管D2后作为Boost升压主电路的正极输出端，反向变压器T1 42的输出侧的同名端和滤波电容C4的负极连接作为Boost升压主电路的负极输出端；反激式升压电路模块3的输入端接功率因素校正模块的输出端，其输出端输出与前级隔离的直流电压，作为交流电子负载的输出端。
本实施例的辅助电源模块包括+12V供电电路和+5V供电电路，如图5(a)所示，其中+12V供电电路使用高压差降压电源芯片LT8631 51产生，芯片内部产生的基准电压为0.808V，则采用500K、12K和24K的电阻作为分压电阻，如图5(b)所示，+5V供电电路使用Buck型降压芯片TPS5430 52产生，芯片内部产生的基准电压为1.221V，则采用12K、270Ω和3.6K的电阻作为分压电阻；+12V供电电路为UC3854和UCC27211芯片供电，+5V供电电路为MSP430F6638单片机供电。
本实用新型交流电子负载用于逆变电源的检测，通过将逆变电源输出的交流电压经过整流、功率因素校正、升压后输入到逆变电源的输入端实现能量回馈。同时能够步进调节逆变***输出的电流大小，最大可将输出电流调至2.5A；采用升压型有源功率因素校正，使逆变电源输出端在连接上整流模块后的PF值高达0.99；采用反激式Boost升压电路将输入电压与输出电压隔离；能量回馈效率达到90％。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (8)
1.一种基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，包括***交流电压输入端，直流电压输出端，其特征是，还包括AC-DC整流电路模块、功率因素校正模块、反激式升压电路模块、单片机控制模块和辅助电源模块；AC-DC整流电路模块、功率因素校正模块、反激式升压电路模块依次连接，AC-DC整流电路模块接***交流电压输入端，反激式升压电路模块输出为直流电压输出端，单片机控制模块控制反激式升压电路模块的输出电压，辅助电源模块分别连接AC-DC整流电路模块输出端、功率因素校正模块、反激式升压电路模块和单片机控制模块。
2.如权利要求1所述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，其特征是，辅助电源模块包括+12V和+5V供电电路；+12V供电电路选用大电压差的降压电源芯片LT8631，其输入端接AC-DC整流电路模块的输出端，其输出端为功率因素校正模块和反激式升压电路模块供电；+5V供电电路选用Buck型降压芯片TPS5430芯片，其输入端接+12V供电电路的输出端，其输出端为单片机控制模块供电。
3.如权利要求1所述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，其特征是，AC-DC整流电路模块包括整流电路和滤波电路，整流电路包括同步整流芯片LT4320和第一、第二、第三、第四高功率开关管CSD19536，滤波电路为一个1000uF的电解电容C1并联在整流电路的输出端；AC-DC整流电路模块的输入端作为交流电子负载的输入端，输出端接功率因素校正模块的输入端。
4.如权利要求2所述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，其特征是，功率因素校正模块包括有源功率因素校正电路和升压电路模块；功率因素校正模块的输入端接AC-DC整流电路模块整流后的输出电压，其输出端接反激式升压电路模块的输入端。
5.如权利要求4所述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，其特征是，升压电路模块采用Boost升压拓扑结构，包括电感L1、高功率开关管Q1、滤波电容C1和续流二极管D1，其中，电感L1为EE55磁芯绕制成的电感值为2.5mH的电感，高功率开关管Q1选用型号为CSD19536开关管，续流二极管D1选用肖特基二极管MBR10100CT，滤波电容C1选用容值为1000uF的电容；有源功率因素校正电路以UC3854芯片为核心，将AC-DC整流电路模块整流后的输出电压以及功率因素矫正模块输出的直流电压经过分压后输入到UC3854芯片中，UC3854芯片输出驱动波形控制高功率开关管Q1，UC3854芯片采用+12V供电电路供电。
6.如权利要求2所述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，其特征是，单片机控制模块采用MSP430F6638超低功耗单片机，单片机内部产生PWM波驱动波形控制反激式升压电路模块的通断，通过按键步进调整PWM波的占空改变反激式升压电路模块输出电压，从而调节交流电子负载内的回馈电流；单片机采用+5V供电电路供电。
7.如权利要求6所述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，其特征是，反激式升压电路模块包括开关管控制电路和Boost升压主电路，开关管控制电路采用开关管控制芯片UCC27211，开关管控制芯片UCC27211采用+12V供电电路供电，开关管控制芯片UCC27211的LI输入端接单片机的一个IO口，LO输出端通过驱动电阻和保护电阻连接到Boost升压主电路；Boost升压主电路包括反向变压器T1、高功率开关管Q2以及续流二极管D2和滤波电容C4，输入电压正极接到反向变压器T1输入侧的同名端，输入侧的异名端通过高功率开关管Q2接地，反向变压器T1输出侧的异名端连接续流二极管D2后作为反激式升压电路模块的正极输出端，反向变压器T1的输出侧的同名端和滤波电容的负极连接作为反激式升压电路模块的负极输出端；高功率开关管Q2的栅极连接开关管控制芯片UCC27211的LO输出端，使高功率开关管Q2受单片机产生的驱动波形控制；Boost升压主电路的输入端接功率因素校正模块的输出端，Boost升压主电路的输出与前级隔离的直流电压，作为交流电子负载的输出。
8.如权利要求7所述的基于UC3854的能量回馈型交流电子负载，其特征是，反向变压器T1采用型号为A125-399的环形磁芯绕制成的反向变压器，变压器匝数比为1:1，高功率开关管Q2选用型号为CSD19536的高功率开关管，续流二极管D2采用肖特基二极管MBR10100CT，滤波电容C4采用容值为1000uF的电容。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190625 Termination date: 20191123 |
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