一种多功能输出开关电源

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1、一种多功能输出开关电源摘要：介绍了一种可以多功能宽范围输出的开关电源。详述了电源的基本电路结构和控制策略，介绍了电路多功能的实现，分析了电路中可能存在的问题并给出了解决方案。最后通过试验验证了此设计。关键词：多功能输出；直流电源；逆变器DesignofaMultifunctionalPowerSupplyMAJie,LU?Zheng-yu Abstract:Aspecialdesignofwide?rangeoutputtingandmultifunctionalpowersupplyispresented.Thetopologyoft

2、hecircuitanditscontrolstrategyaredescribedindetail.Theimplementationofthecircuitmultifunctionisintroduced.Theproblemsexistinginconventionalcircuitsareanalyzedandsomesolutionsaregiventosolvetheseproblems.Atlastthedesignisverifiedbyexperiment. Keywords:Multifunctionaloutpu

3、t;DCpowersupply;Inverter 　　1 引言   近年来，随着电力电子技术的不断发展，高频开关电源以其高效率、高性能、低重量、小体积，在以往使用线性电源的场合中也获得日益广泛的应用[1]。在一些工业场合（例如，在电力系统继电器检测中）需要提供交流、直流电压源和电流源，而且要求调节范围广，纹波低。如果采用多台功能单一电源设备，体积和重量都会增加很多，不经济，也不能满足工作的要求。因此研究开发多功能、宽范围可调节的开关电源很有意义。   本电源系统采用开关电源技术和数字控制方案，可以作交流电压源、直流电压源、交流电流源和直

4、流电流源，作为电压源输出调节范围为1～250V，作为电流源调节范围为1～30A，工作频率在0～400Hz。输出可选择。2 主电路结构   电源主电路如图1所示，分上下两部分，上部分为电压源部分，下部分为电流源部分，每部分采用两级结构，交流输入整流滤波后，先经过DC/DC变换，再通过逆变器输出。其中DC/DC采用半桥电路用来提供稳定的直流母线电压，并隔离输入级和输出级。逆变部分采用了常规全桥逆变电路，适合于较大功率的应用场合。输出采用两级LC滤波器滤除高频纹波。Lc1、Lc2、Lc3是共模抑制器。电压源前后级的高频开关动作很容易引起两级间

5、的互相干扰，在母线电压比较高的时候尤其明显。因此在两级之间串接共模抑制器Lc1，用来隔离其相互间干扰。Lc2,Lc3接在输出端和负载之间的，作用和Lc1类似，用于抑制高频共模分量通过负载。所不同的是电压源前级DC/DC采用全桥整流，电流源采用全波整流。图1 前级DC隔离电源与逆变电源3 控制原理与结构   对于DC/DC级的控制，本文采用SG3525控制芯片，简单可靠，成本低。   后级逆变器采用了双极性SPWM控制，如图2所示。通过高频三角波和基准正弦波的比较得到控制开关管的PWM波形。正弦基准信号的频率与输出正弦波相同，其幅度的变化

6、可以调制开关的占空比D。幅度调制比ma定义为[2]    ma=Vsm/Vcm  （1）图2 三角波与逆变器开关控制波形式中：Vsm是正弦基准信号峰值；     Vcm是三角波的峰值。   逆变输出正弦电压峰值Vom和直流母线电压Vd的关系为   Vom=ma×Vd，ma≤1（2）   图3是具体控制原理。为消除输出谐波，电路采用了电压、电流双环控制，其中，Vf为反馈电压，If为反馈电流。电压调节环的输出作为电流环的比较基准，电流环输出误差信号与三角波信号比较得到SPWM信号。由IR2110芯片构成驱动电路,由此输出相位互补的两路SPW

7、M信号分别驱动四个开关管。为防止上下桥臂直通，两路SPWM信号之间必须设置死区。保护电路起到监控Vf、If的作用，如果幅值超出阈值，保护电路将关闭驱动信号。图3 逆变级控制电路4 多功能输出的实现   在此电源系统中，电压源和电流源的控制采用同一控制电路，通过继电器切换到不同的工作模式。电压源工作时，继电器K1合，K2开（如图3所示），采用电压、电流双环调节控制，基准信号为正弦信号，输出交流电压；基准为直流电平，输出直流电压。电流源工作时，K1开，K2合，电压调节环变为跟随器，只通过电流环调节，基准为正弦信号，输出交流电流；基准为直流电

8、平，输出直流电流。电压源和电流源驱动信号切换是通过K3来实现的，在电压源工作方式，关断电流源的前级；在电流源工作方式，关断电压源的前级，这样可以防止干扰，提高电路的可靠程度。以上的K1、K2、K3是由数控电