專利名稱：一種非隔離大功率任意脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于多行業(yè)及用途的大功率脈沖電源，具體涉及一種非隔離大功 率任意脈沖電源。
背景技術(shù)：
脈沖電源適用于電鍍金、銀、鎳、錫、合金，可明顯改善鍍層的功能性；用于防 護-裝飾性電鍍(如裝飾金)時，可使鍍層色澤均勻一致，亮度好，耐蝕性強；雙脈沖電源比 單脈沖電源電鍍更細致，光潔度更好。目前國內(nèi)也研制出具有交流不對稱脈沖輸出特性的 脈沖電源，主要有晶間管整流型電源，二極管整流型電源，兩極逆變調(diào)壓型電源和兩級斬波 型電源。其中晶閘管整流型電源及二極管整流型電源大部分主要由正負兩極變壓，晶閘管 或二極管整流，電容電感濾波，IGBT斬波等電路組成，相當于兩套電源交替工作，設(shè)備笨重， 成本高。兩極逆變調(diào)壓型電源主電路由輸入整流濾波電路、逆變調(diào)壓電路、輸出端整流濾 波電路、極性轉(zhuǎn)換電路等組成。也是分陰陽兩極組成，同樣是增加設(shè)備體積及成本。兩級斬 波型電源都是采用一級變壓處理，第二級斬波輸出，兩級都處于硬開關(guān)模式，效率低。所以 目前的脈沖電源，開關(guān)頻率低、體積龐大、成本高、工作效率低，達不到某些行業(yè)工藝要求。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種效率高、體積小而且脈沖頻率、脈沖占空比等電源 參數(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)的非隔離大功率任意脈沖電源。本實用新型的目的可以通過下述方案予以實現(xiàn)一種非隔離大功率任意脈沖電 源，包括主電路包括電源開關(guān)、輸入整流濾波電路、Boost升壓濾波電路、全橋PWM變換電 路、輸出濾波電路；工頻交流電網(wǎng)通過電源開關(guān)進入輸入整流濾波電路，之后輸出至Boost 升壓濾波電路，其后進入全橋PWM變換電路，經(jīng)輸出濾波電路后輸出；數(shù)字控制處理器數(shù)字控制處理器的工作電源由工頻交流電網(wǎng)通過控制電源提 供，數(shù)字控制處理器發(fā)出控制驅(qū)動信號給Boost升壓濾波電路和全橋PWM變換電路，全橋 PWM變換電路的輸出反饋至數(shù)字控制處理器；人機交互設(shè)備包括鍵盤、顯示器，與數(shù)字控制處理器上相應端口連接。所述輸入整流濾波電路采用三相二極管整流橋整流輸出連接電感、電容的二階低 通濾波電路組成。所述Boost升壓濾波電路采用高頻(大于20kHz) Boost結(jié)構(gòu)電路升壓。所述全橋PWM變換電路采用全橋式高頻(大于20kHz)逆變轉(zhuǎn)換電路，主要由四個 IGBT管組成橋的四臂，四個IGBT管兩兩串接后并聯(lián)接在Boost升壓濾波電路中的電容兩 端，輸出濾波電路與四個IGBT管分別連接。所述輸出濾波電路采用電感、電容組成的二階低通濾波，濾波對象是全橋PWM變 換電路輸出的高頻方波。[0012]本實用新型還包括電壓/電流信號調(diào)理電路，連接于全橋PWM變換電路與數(shù)字控 制處理器之間，對全橋PWM變換電路輸出電壓/電流進行調(diào)理采樣傳輸?shù)綌?shù)字控制處理器。作為對本實用新型的進一步改進，還包括故障保護電路，與數(shù)字控制處理器的相 關(guān)管腳連接。相對于現(xiàn)有的大功率脈沖電源，本實用新型有以下優(yōu)點(1)通過單級變換實現(xiàn)任意波形輸出，控制簡單，對數(shù)字控制處理器要求低；(2)電源采用非隔離變換方式，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，體積小；(3)電源工作在高頻狀態(tài)，系統(tǒng)動態(tài)響應性高，電源輸出精度和范圍比傳統(tǒng)電源有 顯著提高；(4)采用全數(shù)字化監(jiān)測控制，提供友好的人機交互界面，設(shè)置參數(shù)齊全，使用方便， 輸出波形實時控制，波形一致性好。
圖1為本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型系統(tǒng)主電路原理圖。圖3為本實用新型數(shù)字控制處理器外圍電路框圖。圖4為本實用新型全橋變換電路工作波形示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步的詳細說明。如圖1所示，非隔離大功率任意脈沖電源，包括主電路包括電源開關(guān)、輸入整流濾波電路、Boost升壓濾波電路、全橋PWM變換電 路、輸出濾波電路；工頻交流電網(wǎng)通過電源開關(guān)進入輸入整流濾波電路，之后輸出至Boost 升壓濾波電路，其后進入全橋PWM變換電路，經(jīng)輸出濾波電路后輸出；數(shù)字控制處理器數(shù)字控制處理器的工作電源由工頻交流電網(wǎng)通過控制電源提 供，數(shù)字控制處理器發(fā)出控制驅(qū)動信號給Boost升壓濾波電路和全橋PWM變換電路，全橋 PWM變換電路的輸出反饋至數(shù)字控制處理器；處理器可以選用具有上述功能的常用型號處 理器。人機交互設(shè)備包括鍵盤、顯示設(shè)備，與數(shù)字控制處理器連接。本實用新型中各功能電路與數(shù)字控制處理器通過數(shù)字控制處理器的外圍電路進 行連接，如圖3所示。其中，Boost升壓濾波電路通過Boost升壓驅(qū)動電路與數(shù)字控制處 理器的相應管腳連接；全橋PWM變換電路通過全橋PWM變換驅(qū)動電路與數(shù)字控制處理器的 PWM調(diào)制信號輸出端口連接；電壓/電流信號調(diào)理電路通過A/D轉(zhuǎn)換端口連接數(shù)字控制處 理器；顯示設(shè)備通過顯示驅(qū)動端口連接數(shù)字控制處理器，鍵盤通過鍵盤接口連接數(shù)字控制 處理器；故障保護電路直接與數(shù)字控制處理器的相應管腳連接。上述述的故障保護電路實時監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵器件部位的溫度、冷卻水流通狀況及系 統(tǒng)各種狀態(tài)，如欠壓、限流及限壓處理，一旦出現(xiàn)以上狀況，系統(tǒng)自動進入保護狀態(tài)，并燈光 報警。電壓/電流信號調(diào)理電路主要由常用霍爾電壓/電流傳感器及電壓/電流變換濾波 電路組成。
4[0030]本實用新型的調(diào)節(jié)控制方法如下工頻三相交流電經(jīng)輸入整流濾波電路變成低紋 波的直流電，然后由Boost升壓濾波電路變?yōu)楦邏旱图y波的直流電；然后通過高頻全橋PWM 變換電路調(diào)制成需要的高頻直流電或者交流電，電壓/電流信號調(diào)理電路對所述全橋PWM 變換電路輸出的電壓/電流信號進行信號調(diào)理采樣，然后A/D轉(zhuǎn)換后，提供給數(shù)字控制處理 器進行比較、計算處理并輸出PWM控制信號控制全橋PWM變換電路，再通過輸出濾波電路輸 出到負載，從而根據(jù)微弧氧化的工藝需要為負載提供所需的輸出電壓/電流波形；所述輸 出電壓/電流波形包括直流、直流脈沖、交流對稱、交流不對稱波形。如圖2所示，為本實用新型系統(tǒng)主電路原理圖，輸入整流濾波電路整流部分由二 極管DZ1-DZ6組成的三相二極管整流橋，濾波部分由電感Li、電容Cl組成的二階低通濾波 電路，整流濾波后接入Boost升壓濾波電路。輸出濾波電路為由電感L2、電容C5組成的二 階低通濾波電路。Boost升壓濾波電路包括IGBT管Q5、二極管DZ7和電容C2，二極管DZ7與電容C2 串聯(lián)后與IGBT管Q5并聯(lián)；Boost升壓濾波電路采用固定占空比升壓，將三相工頻整流濾波 電壓升至700V以上。全橋PWM變換電路包括IGBT管Q1-Q4，電容C3、C4、C5、電阻RL，電感L2。IGBT管 Ql與Q2串接、Q3與Q4串接后均并接于電容C2兩側(cè)；電容C3并接于Ql，C4并接于Q2 ；電 容C5與電阻RL并聯(lián)后與電感L2串接，一端接于Ql與Q2的串接點，另一端接于Q3與Q4 的串接點。全橋PWM變換電路采用全橋式高頻(大于20kHz)逆變轉(zhuǎn)換電路，其由四個IGBT 管以及并聯(lián)電容組成，四只IGBT管組成橋的四臂，所述輸出濾波電路與四個IGBT管分別連 接。全橋PWM變換電路的工作原理為數(shù)字控制處理器輸出PWM控制驅(qū)動信號首先控制Ql、 Q3高頻開通-關(guān)斷，Q2、Q4 —直關(guān)斷，而后Q1、Q3關(guān)斷一定時間，形成正向脈沖輸出，然后再 控制Q1、Q3高頻開通-關(guān)斷，再使Q1、Q3關(guān)斷一定時間，如此循環(huán)控制，達到多個正向脈沖 輸出，輸出PWM波形示意圖如圖4 ；當正向脈沖輸出完畢，延時一定時間反之控制Q2、Q4高 頻開通-關(guān)斷，Q1、Q3 —直關(guān)斷，循環(huán)控制可以得到多個不同電壓/電流負向脈沖。若是需要輸出直流波形或直流脈沖波形則全橋PWM變換電路的一對IGBT管處 于高頻開通_關(guān)斷狀態(tài)，另一對IGBT管一直處于關(guān)閉狀態(tài)，得到直流波形；若處于高頻開 通_關(guān)斷狀態(tài)的IGBT管，處于間歇工作狀態(tài)，即高頻開通_關(guān)斷一定時間，然后再關(guān)斷一定 時間，則得到直流脈沖波形。此時改變高頻開通-關(guān)斷狀態(tài)的IGBT管的占空比可以得到不 同的電壓/電流輸出。若是需要交流波形或交流不對稱波形，則需要全橋PWM變換電路的兩對IGBT管交 替處于高頻開通_關(guān)斷狀態(tài)。數(shù)字控制處理器輸出PWM控制驅(qū)動信號首先控制圖2中Q1、 Q3高頻開通-關(guān)斷，Q2、Q4 一直關(guān)斷，而后Ql、Q3關(guān)斷一定時間，形成正向脈沖輸出，然后 再控制Q1、Q3高頻開通-關(guān)斷，而后Q1、Q3關(guān)斷一段時間，如此循環(huán)控制，達到多個正向脈 沖輸出；當正向脈沖輸出完畢，延時一定時間反之控制Q2、Q4高頻開通-關(guān)斷，Ql、Q3 —直 關(guān)斷，循環(huán)控制可以得到多個不同電壓/電流負向脈沖，從而得到交流脈沖輸出；此時Q1、 Q3高頻開通_關(guān)斷的占空比與Q2、Q4高頻開通-關(guān)斷的占空比不同時則得到不對稱的交 流脈沖。以上輸出波形的方式中，若是電壓輸出則通過霍爾電壓傳感器，取得電壓信號，與數(shù)字控制處理器的給定電壓信號比較而控制全橋PWM變換電路的兩對IGBT管的工作，實現(xiàn) 對輸出電壓的控制；若是電流輸出則通過霍爾電流傳感器，取得電流信號，與數(shù)字控制處理 器的給定電流信號比較而控制全橋PWM變換電路的兩對IGBT管的工作，實現(xiàn)對輸出電流的 控制。當設(shè)定輸出是電壓輸出則通過霍爾電壓傳感器，取得電壓信號，與數(shù)字控制處理 器的給定電壓信號比較而控制全橋PWM變換電路的兩對IGBT管的工作，通過調(diào)節(jié)其中處于 高頻開通-關(guān)斷的IGBT管的占空比來控制電壓大小，從而實現(xiàn)對輸出電壓的控制；若是電 流輸出則通過霍爾電流傳感器，取得電流信號，與數(shù)字控制處理器的給定電流信號比較而 控制全橋PWM變換電路的兩對IGBT管的工作，通過調(diào)節(jié)其中處于高頻開通-關(guān)斷的IGBT 管的占空比來控制電流大小，實現(xiàn)對輸出電流的控制。輸出脈沖的頻率及占空比通過控制 處于高頻開通_關(guān)斷的IGBT管的工作時間和關(guān)斷時間來控制，如圖4所示。電壓/電流輸出的穩(wěn)定性相應通過電壓/電流負反饋控制來實現(xiàn)，控制方法采用 不同結(jié)構(gòu)的PID繼承控制方法。電壓/電流負反饋是電壓/電流信號調(diào)理電路對全橋PWM 變換電路輸出電壓/電流進行調(diào)理采樣輸送到數(shù)字控制處理器，與給定值比較，從而進行 電壓/電流負反饋控制。如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較佳實施 例，并非用來限定本實用新型的實施和保護范圍；即凡依本實用新型內(nèi)容所作的均等變化 與修飾，都為本實用新型權(quán)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求一種非隔離大功率任意脈沖電源，其特征在于，包括主電路包括電源開關(guān)、輸入整流濾波電路、Boost升壓濾波電路、全橋PWM變換電路、輸出濾波電路；工頻交流電網(wǎng)通過電源開關(guān)進入輸入整流濾波電路，之后輸出至Boost升壓濾波電路，其后進入全橋PWM變換電路，經(jīng)輸出濾波電路后輸出；數(shù)字控制處理器數(shù)字控制處理器的工作電源由工頻交流電網(wǎng)通過控制電源提供，數(shù)字控制處理器發(fā)出控制驅(qū)動信號給Boost升壓濾波電路和全橋PWM變換電路，全橋PWM變換電路的輸出反饋至數(shù)字控制處理器；人機交互設(shè)備包括鍵盤、顯示器，與數(shù)字控制處理器中的相應端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非隔離大功率任意脈沖電源，其特征在于所述輸入整流濾 波電路采用三相二極管整流橋整流連接電感、電容的二階低通濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非隔離大功率任意脈沖電源，其特征在于所述Boost升壓 濾波電路采用高頻Boost電路結(jié)構(gòu)升壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非隔離大功率任意脈沖電源，其特征在于所述全橋PWM變 換電路采用全橋式高頻逆變轉(zhuǎn)換電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非隔離大功率任意脈沖電源，其特征在于所述輸出濾波電 路采用電感、電容組成二階低通濾波電路，濾波對象是全橋PWM變換電路輸出的高頻方波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非隔離大功率任意脈沖電源，其特征在于還包括電壓/電 流信號調(diào)理電路，連接于全橋PWM變換電路與處理器之間，對全橋PWM變換電路輸出電壓/ 電流進行調(diào)理采樣傳輸?shù)綌?shù)字控制處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的非隔離大功率任意脈沖電源，其特征在于還包括 故障保護電路，故障保護電路與數(shù)字控制處理器連接。
專利摘要本實用新型公開了一種非隔離大功率任意脈沖電源，包括主電路包括電源開關(guān)、輸入整流濾波電路、Boost升壓濾波電路、全橋PWM變換電路、輸出濾波電路；市電通過電源開關(guān)進入輸入整流濾波電路，之后輸出依次經(jīng)Boost升壓濾波電路、全橋PWM變換電路，最后經(jīng)濾波電路后輸出；數(shù)字控制處理器數(shù)字控制處理器發(fā)出控制驅(qū)動信號給Boost升壓濾波電路和全橋PWM變換電路，全橋PWM變換電路的輸出反饋至處理器；人機交互設(shè)備包括鍵盤、顯示設(shè)備。本實用新型通過單級變換實現(xiàn)任意波形輸出，控制簡單，對處理器要求低；電源輸出精度和范圍比傳統(tǒng)電源有顯著提高；采用全數(shù)字化監(jiān)測控制，提供友好的人機交互界面。
文檔編號H02M9/06GK201663561SQ20102010130
公開日2010年12月1日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者向鍔, 李樹強, 杜貴平, 林仲帆 申請人:廣州電器科學研究院