一種供電控制系統(tǒng)及斯特林電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種供電控制系統(tǒng)及斯特林電機，屬于電機供電【技術領域】，系統(tǒng)包括：第一轉換單元，連接外部的電源輸入，用于根據輸入的直流電整流形成相應的交流電并輸出，以對所述斯特林電機進行供電；控制單元，連接所述第一轉換單元，用于根據預先設定的正弦波形，控制所述第一轉換單元輸出具有所述正弦波形的交流電。上述技術方案的有益效果是：任意調整輸出至斯特林供電系統(tǒng)的電源工作頻率，提升斯特林電機的工作頻率范圍。整個供電控制系統(tǒng)集成于一PCB供電板中，便于攜帶；可以頻繁寫入數據至單片機，從而任意調整輸出的電壓和頻率；無需手動調節(jié)電壓，避免調節(jié)電壓時出現意外；工作環(huán)境要求較低，不易受到外界環(huán)境因素的干擾。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機供電【技術領域】，尤其涉及一種供電控制系統(tǒng)及斯特林電機。 一種供電控制系統(tǒng)及斯特林電機

【背景技術】
[0002] 現在，自由浮筒式斯特林電機，也稱為第二代斯特林電機，摒棄了傳統(tǒng)的外部連接 旋轉電機，取而代之的是內置在同一個密封裝置的電磁機構。這種電機由于為直線電機，沒 有旋轉機構，傳統(tǒng)的變頻器等調速節(jié)能裝置無法應用。現有技術中，通常采用接觸式調壓器 驅動斯特林電機工作，但是接觸式調壓器具有較大的局限性：
[0003] 1)接觸式調壓器工作能量損耗大
[0004] 2)接觸式調壓器的工作頻率只能在50Hz/60Hz之間，限制斯特林電機的正常工作 頻率；
[0005] 3)現有的接觸式調壓器比較笨重，體積較大，不方便移動；
[0006] 4)長時間使用接觸式調壓器會使電刷磨損過多，從而導致缺損，更換電刷時由于 必須配備相同型號導致更換比較麻煩；
[0007] 5)接觸式調壓器需要手動調節(jié)到200+V的工作電壓，較易在調壓時出現意外，并 且調壓操作較不易上手；
[0008] 6)接觸式調壓器不能工作在嚴重振動和顛簸的環(huán)境中。


【發(fā)明內容】

[0009] 根據現有技術中存在的問題，現提供一種供電控制系統(tǒng)及斯特林電機的技術方 案，具體包括：
[0010] -種供電控制系統(tǒng)，適用于斯特林電機中；其中，包括：
[0011] 第一轉換單元，連接外部的電源輸入，用于根據輸入的直流電整流形成相應的交 流電并輸出，以對所述斯特林電機進行供電；
[0012] 控制單元，連接所述第一轉換單元，用于根據預先設定的正弦波形，控制所述第一 轉換單元輸出具有所述正弦波形的交流電。
[0013] 優(yōu)選的，該供電控制系統(tǒng)，其中，所述第一轉換單元為一 Η橋驅動電路；
[0014] 所述Η橋驅動電路進一步包括：
[0015] 四個開關模塊，包括
[0016] 第一開關模塊，輸入端接入一直流電輸入的正極；
[0017] 第二開關模塊，輸入端連接在所述第一開關模塊的輸出端，所述第二開關模塊的 輸入端連接所述直流電輸入的負極，所述第一開關模塊的輸出端和所述第二開關模塊的輸 入端之間設有一第一接入點；
[0018] 第三開關模塊，輸入端連接所述直流電輸入的正極，輸出端通過一第二接入點連 接所述第一接入點；
[0019] 第四開關模塊，輸入端連接所述第二接入點，輸出端連接所述直流電輸入的負 極；
[0020] 負載電阻，連接在所述第一接入點和所述第二接入點之間；
[0021] 所述第二接入點作為所述第一轉換單元的輸出端；
[0022] 所述直流電輸入連接所述電源輸入；
[0023] 所述控制單元根據預設的所述正弦波形控制四個所述開關模塊通斷的頻率，從而 控制從所述第二接入點輸出具有所述正弦波形的交流電。
[0024] 優(yōu)選的，該供電控制系統(tǒng)，其中，
[0025] 所述開關模塊進一步包括：
[0026] 二極管，輸出端連接所述開關模塊的所述輸入端，所述二極管的輸入端連接所述 開關模塊的所述輸出端；
[0027] 控制管，控制端接入所述控制單元，所述控制管的輸入端連接所述二極管的輸出 端，所述控制管的輸出端連接所述二極管的輸入端；
[0028] 所述控制單元通過控制所述控制管的通斷來控制相應的所述二極管開閉，從而控 制相應的所述開關模塊。
[0029] 優(yōu)選的，該供電控制系統(tǒng)，其中，所述第一轉換單元中還包括：
[0030] 濾波模塊，連接在所述負載電阻和所述第二接入點之間，用于對流經所述負載電 阻的電流進行濾波，并通過所述第一轉換單元的輸出端輸出經過濾波的交流電。
[0031] 優(yōu)選的，該供電控制系統(tǒng)，其中，還包括：
[0032] 第二轉換單元，連接在所述第一轉換單元與所述電源輸入之間，當所述電源輸入 為交流電輸入時將交流電轉換為直流電并輸入至所述第一轉換單元中。
[0033] 優(yōu)選的，該供電控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元中包括：
[0034] 設置模塊，供使用者預設所述正弦波形；
[0035] 指令生成模塊，連接所述設置模塊，用于根據所述正弦波形設置相應的控制時間 點，并在每個所述控制時間點上生成相應的控制指令；
[0036] 控制模塊，連接所述指令生成模塊，用于根據每個所述控制時間點上生成的所述 控制指令控制所述第一轉換單元開關的頻率，從而控制所述第一轉換單元輸出具有對應的 所述正弦波形的交流電。
[0037] 優(yōu)選的，該供電控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元采用SPWM調制方式控制所述第一 轉換單元輸出具有對應的所述正弦波形的交流電。
[0038] 優(yōu)選的，該供電控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元采用雙極性SPWM調制方式控制所 述第一轉換單元輸出具有對應的所述正弦波形的交流電。
[0039] 優(yōu)選的，該供電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元形成于一單片機中。
[0040] 優(yōu)選的，該供電控制系統(tǒng)，其特征在于，集成于一 PCB供電板中。
[0041] 上述技術方案的有益效果是：
[0042] 1)通過事先模擬正弦波形進行控制的SPWM控制方式，任意調整輸出至斯特林供 電系統(tǒng)的電源工作頻率，提升斯特林電機的工作頻率范圍。
[0043] 2)整個供電控制系統(tǒng)集成于一 PCB供電板中，便于攜帶；
[0044] 3)通過單片機控制輸出的電壓和頻率，可以頻繁寫入數據至單片機，從而任意調 整輸出的電壓和頻率；
[0045] 4)對于本發(fā)明之供電控制系統(tǒng)的操作比較簡單，無需手動調節(jié)電壓，避免調節(jié)電 壓時出現意外；
[0046] 5)本發(fā)明之供電控制系統(tǒng)集成于PCB供電板中，工作環(huán)境要求較低，不易受到外 界環(huán)境因素的干擾。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047] 圖1是本發(fā)明的較佳的實施例中，一種供電控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0048] 圖2是本發(fā)明的較佳的實施例中，Η橋驅動電路的電路示意圖。

【具體實施方式】
[0049] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其 他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0050] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。
[0051] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0052] 現有的自由浮筒式斯特林電機，普遍應用于致冷機或者熱泵中。所謂自由浮筒式 斯特林電機，在其下部有一組平面彈簧，斯特林電機中的活塞以一定頻率做往復運動，以帶 動彈簧運動，從而帶動整個致冷機或者熱泵進行工作。
[0053] 現有技術中，通常采用接觸式調壓器驅動斯特林電機往復運動。由于不同的平面 彈簧具有各自固有的彈簧頻率，而采用接觸式調壓器進行調壓時，會使得斯特林電機的頻 率比較單一，從而產生斯特林電機的工作頻率與相應平面彈簧的固有頻率不匹配的情況， 容易造成彈簧的疲勞化，影響斯特林電機的正常工作。
[0054] 而且，接觸式調壓器的調壓結果不夠精確，調壓范圍也較小，操作步驟較為復雜， 這些問題都會使得斯特林電機的工作電壓和工作頻率出現偏差，影響斯特林電機的正常工 作。
[0055] 為了解決上述問題，本發(fā)明的較佳的實施例中，提供一種應用于斯特林電機的供 電控制系統(tǒng)Α，具體如圖1所示，包括：
[0056] 第一轉換單元1，連接外部的一電源輸入2，用于將外部輸入的直流電轉換成具有 一定輸出頻率的交流電，進一步地，將該具有一定輸出頻率的交流電送入斯特林電機的供 電系統(tǒng)Β中作為斯特林電機的工作電流，以控制斯特林電機往復運動的工作頻率。
[0057] 控制單元3,連接上述第一轉換單元1，供使用者事先預設相應的正弦曲線，控制 單元3根據設定好的正弦曲線控制第一轉換單元1輸出具有對應正弦曲線的交流電。
[0058] 進一步地，本發(fā)明的較佳的實施例中，在上述第一轉換單元1和外部的電源輸入2 之間還包括：
[0059] 第二轉換單元4。本發(fā)明的較佳的實施例中，第二轉換單元4用于將外部的交流電 輸入轉換成相應的直流電輸入并送至上述第一轉換單元1中。
[0060] 進一步地，本發(fā)明的較佳的實施例中：
[0061] 當外部的電源輸入2輸入的為直流電時，無需轉換直接送至第一轉換單元1內；
[0062] 當外部的電源輸入2輸入的為交流電時，通過第二轉換單元4轉換成相應的直流 電并送至第一轉換單元1中。
[0063] 本發(fā)明的較佳的實施例中，上述第二轉換單元1中包括一交流轉直流電路。
[0064] 本發(fā)明的較佳的實施例中，交流轉直流電路的實現方式可以有多種，本發(fā)明的技 術方案所關注的為第二轉換單元4能夠將交流電轉換為直流電的功能，并非關注其內部具 體的電路結構，因此并不限定交流轉直流電路的電路實現方式。
[0065] 本發(fā)明的較佳的實施例中，如圖2所示，上述第一轉換單元1中包括一 Η橋驅動電 路。該Η橋驅動電路進一步包括：
[0066]四個開關模塊。本發(fā)明的較佳的實施例中，如圖2所示，每個開關模塊中包括： [0067] 二極管（D1-D4)。本發(fā)明的較佳的實施例中，每個二極管的輸出端（負極）與開關 模塊的輸入端連接，每個二極管的輸入端（正極）與開關模塊的輸出端連接；
[0068] 本發(fā)明的較佳的實施例中，二極管在電路中起到單向導通的作用。
[0069] 控制管（S1-S4)。本發(fā)明的較佳的實施例中，每個控制管均連接至上述控制單元 3 〇
[0070] 進一步地，本發(fā)明的較佳的實施例中，每個控制管的控制端（基極Β)連接上述控 制單元3,每個控制管的輸入端（發(fā)射極C)連接對應的開關模塊的輸入端，每個控制管的輸 出端（集電極Ε)連接對應的開關模塊的輸出端。
[0071] 本發(fā)明的較佳的實施例中，上述控制管為三極管，起到控制電流導通的作用。
[0072] 本發(fā)明的較佳的實施例中，仍然如圖2所示，在位于上半橋的一個第一開關模塊 與位于下半橋的對應的一個第三開關模塊之間設有一第一接入點Α，并在位于上半橋的一 個第二開關模塊和位于下半橋的對應的一個第四開關模塊之間設有一第二接入點Β ;則在 第一接入點Α和第二接入點Β之間串聯有一負載電阻R。本發(fā)明的較佳的實施例中，在第二 接入點B上設置整個第一轉換單元1 (即Η橋驅動電路）的輸出端。
[0073] 本發(fā)明的較佳的實施例中，在上述負載電阻R和第二接入點Β之間串聯有一濾波 模塊。進一步地，本發(fā)明的較佳的實施例中，濾波模塊為一濾波電感L，用于對通過負載電阻 R的電流進行濾波，并將經過濾波的交流電通過第二接入點Β輸出。
[0074] 綜上所述，本發(fā)明的較佳的實施例中，控制單元在一個控制時間點通過控制指令 控制上述控制管S1和S4打開，同時控制上述控制管S2和S3關閉；此時電流從直流電輸入 Vdc的正極流出，經由第一開關模塊、負載電阻R1和第四開關模塊流入Vdc的負極，以形成 一第一回路。此時負載電阻R1兩端的電壓V0等于Vdc的正電壓Vd。
[0075] 而在下一個控制時間點，控制單元通過控制指令控制上述控制管S1和S4關閉，同 時控制上述控制管S2和S3打開；此時電流從Vdc的正極流出，經由第二開關模塊、負載電 阻R1和第三開關模塊流入Vdc的負極，以形成一第二回路，此時負載電阻R1兩端的電壓V0 等于Vdc的負電壓_Vd。
[0076] 控制單元以一預定的頻率fs交替切換開關模塊S1、S4和S2、S3,從而在負載電阻 R1上獲得一具有交變方波波形的交流電電壓，該電壓的交變周期Ts = Ι/fs。這樣，就能將 原先輸入的直流電轉換成交流電。
[0077] 進一步地，本發(fā)明的較佳的實施例中，由于在負載電阻R1上獲得的交流電具有各 次諧波，因此采用濾波電感L對該交流電進行濾波，以得到一可以輸出的正弦波電壓。
[0078] 本發(fā)明的較佳的實施例中，在直流電輸入Vdc上并聯一電容C1，起到隔直通交的 作用。
[0079] 本發(fā)明的較佳的實施例中，如圖1所示，上述控制單元3實際采用PWM調制方式控 制第一轉換單元1的通斷。所謂PWM(Pulse Width Modulation,脈沖寬度調制）調制方式 根據相應載荷的變化來調制晶體管基極或M0S管柵極的偏置，來實現晶體管或M0S管導通 時間的改變，從而實現開關穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條 件變化時保持恒定，是利用微處理器的數字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技 術。
[0080] 因此，上述控制單元3中進一步包括：
[0081] 設置模塊31，本發(fā)明的較佳的實施例中，設置模塊31供使用者事先預設相應的正 弦波形。進一步地，本發(fā)明的較佳的實施例中，使用者根據供電針對的斯特林電機的工作頻 率和工作電壓，模擬設定相應的正弦波形。
[0082] 本發(fā)明的較佳的實施例中，上述設置正弦波形的過程可以通過內置程序自動生 成，使用者只需要輸入工作頻率和/或工作電壓即可。
[0083] 指令生成模塊32,連接上述設置模塊31。本發(fā)明的較佳的實施例中，指令生成模 塊32根據上述事先設定的正弦波形，設定相應的多個控制時間點，并在每個控制時間點上 生成相應的控制指令。進一步地，本發(fā)明的較佳的實施例中，可以在正弦波形的波峰以及 波谷的位置設置相應的控制時間點，并在例如對應波峰的控制時間點上設置開啟S1和S4 以及關閉S2和S3的控制指令，并在對應波谷的控制時間點上設置開啟S2和S3以及關閉 S1和S4的控制指令。則正弦波形中一個波峰與下一個波谷之間的時間間隔即為控制單元 3控制第一轉換單元1的時間間隔，其倒數也即輸入至斯特林電機的交流電頻率，因此可以 以此確定斯特林電機的工作頻率。
[0084] 控制模塊33，連接上述指令生成模塊32，用于根據指令生成磨塊42在每個控制時 間點上生成的相應的控制指令，控制第一轉換單元1中相應開關模塊的開閉，從而控制第 一轉換單元1將輸入的直流電轉換成具有相應正弦波形的交流電。
[0085] 本發(fā)明的較佳的實施例中，上述控制單元3采用的是SPWM(Sinusoidal PWM，正弦 脈寬調制）調制方式，是在PWM的基礎上改變了調制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦 規(guī)律排列，這樣輸出波形經過適當的濾波可以做到正弦波輸出。
[0086] 進一步地，本發(fā)明的較佳的實施例中，上述控制單元3采用以軟件形成SPWM調制 方式的軟件生成法對第一轉換單元1進行控制，即采用軟件來實現SPWM調制的方法。
[0087] 進一步地，本發(fā)明的較佳的實施例中，上述控制單元3采用雙極性的SPWM調制方 式對第一轉換單元1進行控制。
[0088] 本發(fā)明的較佳的實施例中，上述控制單元3形成于一單片機中。因此，本發(fā)明的目 的在于通過單片機中預設的程序，以相應斯特林電機的型號和工作頻率等參數設定相應的 正弦波形，并根據相應的正弦波形以軟件生成法的SPWM調制方式控制Η橋驅動電路實現將 直流電轉換成具有相應正弦波形的交流電并輸出至斯特林電機中，以作為斯特林電機正常 工作的供電。上述技術方案能夠使得對斯特林電機的供電可控，并可按照實際情況輸出最 適宜斯特林電機工作的交流電。采用軟件生成法的SPWM調制方式進行控制，其操作比較簡 便，無需手動調壓，從而避免相應事故的發(fā)生。
[0089] 本發(fā)明的較佳的實施例中，上述供電控制系統(tǒng)包括在一塊PCB供電板中。這樣的 設置使得該供電控制系統(tǒng)包括在PCB供電板中并可以方便攜帶，利于供電控制系統(tǒng)應用于 不同的斯特林電機中。同時由于供電控制系統(tǒng)由其中的單片機以預設程序進行控制，因此 只需要對其中的預設程序進行重新編程，即可以應用于不同型號的斯特林電機中。
[0090] 本發(fā)明的較佳的實施例中，還提供一種斯特林電機，其中包括上述供電控制系統(tǒng)。
[0091] 以上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護范 圍，對于本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內容所作出的 等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種供電控制系統(tǒng)，適用于斯特林電機中；其特征在于，包括： 第一轉換單元，連接外部的電源輸入，用于根據輸入的直流電整流形成相應的交流電 并輸出，以對所述斯特林電機進行供電； 控制單元，連接所述第一轉換單元，用于根據預先設定的正弦波形，控制所述第一轉換 單元輸出具有所述正弦波形的交流電。
2. 如權利要求1所述的供電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一轉換單元為一Η橋驅動電 路； 所述Η橋驅動電路進一步包括： 四個開關模塊，包括 第一開關模塊，輸入端接入一直流電輸入的正極； 第二開關模塊，輸入端連接在所述第一開關模塊的輸出端，所述第二開關模塊的輸入 端連接所述直流電輸入的負極，所述第一開關模塊的輸出端和所述第二開關模塊的輸入端 之間設有一第一接入點； 第三開關模塊，輸入端連接所述直流電輸入的正極，輸出端通過一第二接入點連接所 述第一接入點； 第四開關模塊，輸入端連接所述第二接入點，輸出端連接所述直流電輸入的負極； 負載電阻，連接在所述第一接入點和所述第二接入點之間； 所述第二接入點作為所述第一轉換單元的輸出端； 所述直流電輸入連接所述電源輸入； 所述控制單元根據預設的所述正弦波形控制四個所述開關模塊通斷的頻率，從而控制 從所述第二接入點輸出具有所述正弦波形的交流電。
3. 如權利要求2所述的供電控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述開關模塊進一步包括： 二極管，輸出端連接所述開關模塊的所述輸入端，所述二極管的輸入端連接所述開關 模塊的所述輸出端； 控制管，控制端接入所述控制單元，所述控制管的輸入端連接所述二極管的輸出端，所 述控制管的輸出端連接所述二極管的輸入端； 所述控制單元通過控制所述控制管的通斷來控制相應的所述二極管開閉，從而控制相 應的所述開關模塊。
4. 如權利要求2所述的供電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一轉換單元中還包括： 濾波模塊，連接在所述負載電阻和所述第二接入點之間，用于對流經所述負載電阻的 電流進行濾波，并通過所述第一轉換單元的輸出端輸出經過濾波的交流電。
5. 如權利要求1所述的供電控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 第二轉換單元，連接在所述第一轉換單元與所述電源輸入之間，當所述電源輸入為交 流電輸入時將交流電轉換為直流電并輸入至所述第一轉換單元中。
6. 如權利要求1所述的供電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元中包括： 設置模塊，供使用者預設所述正弦波形； 指令生成模塊，連接所述設置模塊，用于根據所述正弦波形設置相應的控制時間點，并 在每個所述控制時間點上生成相應的控制指令； 控制模塊，連接所述指令生成模塊，用于根據每個所述控制時間點上生成的所述控制 指令控制所述第一轉換單元開關的頻率，從而控制所述第一轉換單元輸出具有對應的所述 正弦波形的交流電。
7. 如權利要求6所述的供電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元采用SPWM調制方式 控制所述第一轉換單元輸出具有對應的所述正弦波形的交流電。
8. 如權利要求7所述的供電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元采用雙極性SPWM調 制方式控制所述第一轉換單元輸出具有對應的所述正弦波形的交流電。
9. 如權利要求1所述的供電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元形成于一單片機中。
10. 如權利要求1-9所述的供電控制系統(tǒng)，其特征在于，集成于一 PCB供電板中。
【文檔編號】H02P27/08GK104124911SQ201410361210
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權日:2014年7月25日
【發(fā)明者】丁律豐, 程路 申請人:寧波華斯特林電機制造有限公司