雙向可調交/直流廣適開關電源的研制

毛君龍　范海涵　董和夫　李玉廷

【摘 要】采用兩個逆變橋，通過雙向同步變壓器相連接，實現電路復用，并利用觸發脈沖產生電路產生的觸發信號或正弦波觸發電路產生的觸發信號，經過切換電路的功能轉換，可實現雙向DC/DC功能，或實現雙向正弦波逆變，能夠滿足多種用電條件，從而達到一機多用的目的。

【關鍵詞】雙向可調；廣適；開關電源；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

現在市場所售直流開關電源和交流逆變電源一般電壓為固定電壓，即使可以調節，也只能在小范圍內調節，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。而本裝置的設計可滿足多種情況下電源使用：（1）由220V交流電源可獲得0-50V可調直流電源，既可以直接使用，也可對蓄電池充電；（2）由220V交流電源可獲得可調交流電；（3）由蓄電池通過開關電源可獲得0-50V可調直流電源；（4）由蓄電池通過逆變可獲得220V交流；（5）各種功能可自由切換。

此電源裝置可以滿足復雜用電的要求，特別是實驗教學、科研工作、維修工作中可以得到很好的應用，有較高研究價值，市場前景較好。

1 研究內容與方法

1.1 研究目標就是實現一種電源裝置滿足多種電能使用條件，避免購買多種電源造成浪費，方便用戶使用，彌補電源市場供應品種的不全。

1.2 研究內容：

（1）控制電路的設計制作，主要是觸發信號的產生、調節、保護信號與控制信號的采集與處理；

（2）切換電路的設計，主要是實現可靠性切換，采用單片機控制；

（3）電能變換主電路的設計、關鍵是參數計算、器件選用；

（4）電能變換電路的復用；

整機功率500W，直流電壓穩壓精度0.5%，交流穩壓精度1%，頻率50±0.5Hz。

1.3 研究方法

針對本項目成立專門研究小組，由3名2015級熱愛研究的電氣工程及其自動化專業的同學組成。（1）研究小組各成員進行分工合作，除平時按照分工各自研究外，每周至少一次召集研究小組成員進行交流、討論，以便掌握研究的進度和及時改進方法；（2）根據研究內容及時搜集相關資料、擬定研制方案；（3）分析研究并設計開關電源電路；（4）設計制作PCB板并選定開關電源所用元器件；（5）反復調試并找出電路的最佳參數。

2 電路設計與實現

2.1 裝置要實現的主要功能

（1）作為雙向DC-DC變換器使用：將一種電壓級別的電能經過換能電路可以變換成另一種電壓級別的直流電能，電能變換電路采取高速低損耗開關器件，其目的是提高電能變換效率，同時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：將一種電壓級別的直流電能，通過換能電路，采用脈沖等效原理和高頻開關控制方式，變成50Hz、220V電能輸出或可調交流輸出。對于大多數電器，一般采取市電供電，采用輸出220V、50Hz時，可滿足在市電停電時，可以采用儲能裝置（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，通過換能電路，變成0-50V可調直流電源，可以調節到相應電壓級別，可以直接使用，也可以對蓄能裝置儲能。

圖1為開關電源的工作原理框圖，由電能輸入/輸出電路（2個）、雙向電能變換電路、采樣電路、控制信號電路、切換電路組成。電能輸入/輸出電路有2兩個，可以實現雙向換能、雙向電能變換電路有兩個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，以便實現調節和保護；控制信號電路主要是處理采集的信號，實現合適的輸出電壓和電流以及使保護電路動作；切換電路主要實現改變電源的工作模式，以便獲得所需要的電壓級別和電能形式。

2.2 電路設計

根據整個裝置要實現的功能，將其分成若干個功能單元，針對每個單元的作用，設計出功能電路，并詳細計算出元件參數，確定元器件型號規格，采購元器件，然后畫出原理圖，并根據元器件外形封裝畫出PCB圖。

2.3 裝置制作與調試

元器件準備好后，將設計好的PCB進行加工，焊接元件，逐個單元測試，達到要求后，進行整體組裝并測試。

限，不在此一一列舉。

3 總結

通過設計、制作以及測試，指標性能夠滿足設計要求，并有以下創新點：

（1）實現雙向換能；

（2）實現雙向可調；

（3）交、直流兼顧；

（4）主電路復用，逆變和整流功能通過電路切換實現，電路簡化且減少元器件使用；

（5）效率高、安全可靠、各種工作狀態可自由切換，適應面廣。

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[責任編輯：朱麗娜]