一種多功能輸出開關(guān)電源

摘要：介紹了一種可以多功能寬范圍輸出的開關(guān)電源。詳述了電源的基本電路結(jié)構(gòu)和控制策略，介紹了電路多功能的實現(xiàn)，分析了電路中可能存在的問題并給出了解決方案。最后通過試驗驗證了此設(shè)計。關(guān)鍵詞：多功能輸出；直流電源；逆變器

Design of a Multifunctional Power Supply

MA Jie, LUB Zheng-yu

Abstract:A special design of wide range outputting and multifunctional power supply is presented. The topology of the circuit and its control strategy are described in detail. The implementation of the circuit multifunction is introduced. The problems existing in conventional circuits are analyzed and some solutions are given to solve these problems. At last the design is verified by experiment.

Keywords:Multifunctional output; DC power supply; Inverter

1 引言

近年來，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，高頻開關(guān)電源以其高效率、高性能、低重量、小體積，在以往使用線性電源的場合中也獲得日益廣泛的應(yīng)用[1]。在一些工業(yè)場合（例如，在電力系統(tǒng)繼電器檢測中）需要提供交流、直流電壓源和電流源，而且要求調(diào)節(jié)范圍廣，紋波低。如果采用多臺功能單一電源設(shè)備，體積和重量都會增加很多，不經(jīng)濟，也不能滿足工作的要求。因此研究開發(fā)多功能、寬范圍可調(diào)節(jié)的開關(guān)電源很有意義。

本電源系統(tǒng)采用開關(guān)電源技術(shù)和數(shù)字控制方案，可以作交流電壓源、直流電壓源、交流電流源和直流電流源，作為電壓源輸出調(diào)節(jié)范圍為1～250V，作為電流源調(diào)節(jié)范圍為1～30A，工作頻率在0～400Hz。輸出可選擇。

2 主電路結(jié)構(gòu)

電源主電路如圖1所示，分上下兩部分，上部分為電壓源部分，下部分為電流源部分，每部分采用兩級結(jié)構(gòu)，交流輸入整流濾波后，先經(jīng)過DC/DC變換，再通過逆變器輸出。其中DC/DC采用半橋電路用來提供穩(wěn)定的直流母線電壓，并隔離輸入級和輸出級。逆變部分采用了常規(guī)全橋逆變電路，適合于較大功率的應(yīng)用場合。輸出采用兩級LC濾波器濾除高頻紋波。Lc1、Lc2、Lc3是共模抑制器。電壓源前后級的高頻開關(guān)動作很容易引起兩級間的互相干擾，在母線電壓比較高的時候尤其明顯。因此在兩級之間串接共模抑制器Lc1，用來隔離其相互間干擾。Lc2,Lc3接在輸出端和負(fù)載之間的，作用和Lc1類似，用于抑制高頻共模分量通過負(fù)載。所不同的是電壓源前級DC/DC采用全橋整流，電流源采用全波整流。

圖 1 前 級 DC隔 離 電 源 與 逆 變 電 源

3 控制原理與結(jié)構(gòu)

對于DC/DC級的控制，本文采用SG3525控制芯片，簡單可靠，成本低。

后級逆變器采用了雙極性SPWM控制，如圖2所示。通過高頻三角波和基準(zhǔn)正弦波的比較得到控制開關(guān)管的PWM波形。正弦基準(zhǔn)信號的頻率與輸出正弦波相同，其幅度的變化可以調(diào)制開關(guān)的占空比D。幅度調(diào)制比ma定義為[2]

ma=Vsm/Vcm （1）

圖2 三 角 波 與 逆 變 器 開 關(guān) 控 制 波 形

式中：Vsm是正弦基準(zhǔn)信號峰值；

Vcm是三角波的峰值。

逆變輸出正弦電壓峰值Vom和直流母線電壓Vd的關(guān)系為

Vom=ma×Vd，ma≤1（2）