雙向可調(diào)交/直流廣適開(kāi)關(guān)電源的研制

毛君龍　范海涵　董和夫　李玉廷

【摘 要】采用兩個(gè)逆變橋，通過(guò)雙向同步變壓器相連接，實(shí)現(xiàn)電路復(fù)用，并利用觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)或正弦波觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)過(guò)切換電路的功能轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)雙向DC/DC功能，或?qū)崿F(xiàn)雙向正弦波逆變，能夠滿足多種用電條件，從而達(dá)到一機(jī)多用的目的。

【關(guān)鍵詞】雙向可調(diào)；廣適；開(kāi)關(guān)電源；同步整流

【Abstract】The two inverter bridge are connected by bidirectional synchronous transformer， realizing circuit multiplexing， and the use of trigger pulse generating circuit generates a trigger signal or sine wave trigger circuit produces a trigger signal， the switching circuit can realize bidirectional conversion function， DC/ DC function， or two-way sine wave inverter can meet various electricity conditions， so as to achieve the purpose of one machine with multifunction.

【Key words】Bidirectional adjustable； Wide adaptability； Switching power supply； Synchronous rectification

0 引言

現(xiàn)在市場(chǎng)所售直流開(kāi)關(guān)電源和交流逆變電源一般電壓為固定電壓，即使可以調(diào)節(jié)，也只能在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，而且電源變換為單方向的，即：交流變直流、直流變交流、直流變直流。而本裝置的設(shè)計(jì)可滿足多種情況下電源使用：（1）由220V交流電源可獲得0-50V可調(diào)直流電源，既可以直接使用，也可對(duì)蓄電池充電；（2）由220V交流電源可獲得可調(diào)交流電；（3）由蓄電池通過(guò)開(kāi)關(guān)電源可獲得0-50V可調(diào)直流電源；（4）由蓄電池通過(guò)逆變可獲得220V交流；（5）各種功能可自由切換。

此電源裝置可以滿足復(fù)雜用電的要求，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研工作、維修工作中可以得到很好的應(yīng)用，有較高研究?jī)r(jià)值，市場(chǎng)前景較好。

1 研究?jī)?nèi)容與方法

1.1 研究目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)一種電源裝置滿足多種電能使用條件，避免購(gòu)買多種電源造成浪費(fèi)，方便用戶使用，彌補(bǔ)電源市場(chǎng)供應(yīng)品種的不全。

1.2 研究?jī)?nèi)容：

（1）控制電路的設(shè)計(jì)制作，主要是觸發(fā)信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)節(jié)、保護(hù)信號(hào)與控制信號(hào)的采集與處理；

（2）切換電路的設(shè)計(jì)，主要是實(shí)現(xiàn)可靠性切換，采用單片機(jī)控制；

（3）電能變換主電路的設(shè)計(jì)、關(guān)鍵是參數(shù)計(jì)算、器件選用；

（4）電能變換電路的復(fù)用；

整機(jī)功率500W，直流電壓穩(wěn)壓精度0.5%，交流穩(wěn)壓精度1%，頻率50±0.5Hz。

1.3 研究方法

針對(duì)本項(xiàng)目成立專門研究小組，由3名2015級(jí)熱愛(ài)研究的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的同學(xué)組成。（1）研究小組各成員進(jìn)行分工合作，除平時(shí)按照分工各自研究外，每周至少一次召集研究小組成員進(jìn)行交流、討論，以便掌握研究的進(jìn)度和及時(shí)改進(jìn)方法；（2）根據(jù)研究?jī)?nèi)容及時(shí)搜集相關(guān)資料、擬定研制方案；（3）分析研究并設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路；（4）設(shè)計(jì)制作PCB板并選定開(kāi)關(guān)電源所用元器件；（5）反復(fù)調(diào)試并找出電路的最佳參數(shù)。

2 電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 裝置要實(shí)現(xiàn)的主要功能

（1）作為雙向DC-DC變換器使用：將一種電壓級(jí)別的電能經(jīng)過(guò)換能電路可以變換成另一種電壓級(jí)別的直流電能，電能變換電路采取高速低損耗開(kāi)關(guān)器件，其目的是提高電能變換效率，同時(shí)可以減小選用的器件體積，使裝置更加緊湊。

（2）作為DC-AC逆變電源功能：將一種電壓級(jí)別的直流電能，通過(guò)換能電路，采用脈沖等效原理和高頻開(kāi)關(guān)控制方式，變成50Hz、220V電能輸出或可調(diào)交流輸出。對(duì)于大多數(shù)電器，一般采取市電供電，采用輸出220V、50Hz時(shí)，可滿足在市電停電時(shí)，可以采用儲(chǔ)能裝置（蓄電池）供電，也可以作為不間斷電源使用。

（3）作為AC-DC逆變電源功能：將變成50Hz、220V電能作為輸入，通過(guò)換能電路，變成0-50V可調(diào)直流電源，可以調(diào)節(jié)到相應(yīng)電壓級(jí)別，可以直接使用，也可以對(duì)蓄能裝置儲(chǔ)能。

圖1為開(kāi)關(guān)電源的工作原理框圖，由電能輸入/輸出電路（2個(gè)）、雙向電能變換電路、采樣電路、控制信號(hào)電路、切換電路組成。電能輸入/輸出電路有2兩個(gè)，可以實(shí)現(xiàn)雙向換能、雙向電能變換電路有兩個(gè)H橋，既可以做逆變電路使用，也可以做同步整流橋使用，采樣電路主要采集電壓、電流、溫度等信號(hào)，以便實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和保護(hù)；控制信號(hào)電路主要是處理采集的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)合適的輸出電壓和電流以及使保護(hù)電路動(dòng)作；切換電路主要實(shí)現(xiàn)改變電源的工作模式，以便獲得所需要的電壓級(jí)別和電能形式。

2.2 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)整個(gè)裝置要實(shí)現(xiàn)的功能，將其分成若干個(gè)功能單元，針對(duì)每個(gè)單元的作用，設(shè)計(jì)出功能電路，并詳細(xì)計(jì)算出元件參數(shù)，確定元器件型號(hào)規(guī)格，采購(gòu)元器件，然后畫出原理圖，并根據(jù)元器件外形封裝畫出PCB圖。

2.3 裝置制作與調(diào)試

元器件準(zhǔn)備好后，將設(shè)計(jì)好的PCB進(jìn)行加工，焊接元件，逐個(gè)單元測(cè)試，達(dá)到要求后，進(jìn)行整體組裝并測(cè)試。

限，不在此一一列舉。

3 總結(jié)

通過(guò)設(shè)計(jì)、制作以及測(cè)試，指標(biāo)性能夠滿足設(shè)計(jì)要求，并有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)雙向換能；

（2）實(shí)現(xiàn)雙向可調(diào)；

（3）交、直流兼顧；

（4）主電路復(fù)用，逆變和整流功能通過(guò)電路切換實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)化且減少元器件使用；

（5）效率高、安全可靠、各種工作狀態(tài)可自由切換，適應(yīng)面廣。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]