一種高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源及供電方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源及供電方法，包括單片機控制單元，其特征在于：還包括功率因數(shù)校正電路、高頻變換器、整流濾波電路，交流電源接功率因數(shù)校正電路輸入端，功率因數(shù)校正電路的輸出端接高頻變換器輸入端，高頻變換器的控制端接單片機控制單元的PWM信號或PFW信號端，高頻變換器的輸出端接整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端即開關(guān)電源輸出端接負(fù)載；開關(guān)電源電壓輸出信號采集端和開關(guān)電源電流輸出信號采集端接單片機控制單元輸入端。
【專利說明】一種高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源及供電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源及供電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息化、工業(yè)化進程加快，各種二次電源應(yīng)運而生，二次能源的使用中仍然有許多地方存在使用效率低、功能單一和對電網(wǎng)有污染的可調(diào)節(jié)直流線性電源的情況，這種可調(diào)節(jié)直流線性電源在使用時，它比同樣數(shù)量級開關(guān)電源將要多耗費一倍的電功率，且這種電源由于電源電路簡單，沒有采用功率因數(shù)校正電路，在電源工作時會產(chǎn)生奇次諧波，奇次諧波將對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染或弓I入干擾。
[0003]電源是各種電子設(shè)備的心臟部分，其質(zhì)量好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性能，設(shè)備故障的百分之六十來之于電源。因此，電源越來越受到人們的重視?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品使用的電源一般有開關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源兩大類。線性穩(wěn)壓電源，就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，這種穩(wěn)壓電源的缺點是變換效率低，一般只有35%—60% ;開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可達70%—95%。因此，目前空間技術(shù)、計算機、通信、雷達、電視及家用電器多采用開關(guān)穩(wěn)壓電源。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，直流開關(guān)電源大部分是輸出電壓固定，或調(diào)節(jié)范圍?。浑m然有通過采用可控硅元件改變電網(wǎng)輸入電壓或利用繼電器采用改變高頻變壓器匝數(shù)的方法實現(xiàn)了開關(guān)電源輸出電壓寬范圍可調(diào)，但是這些方法不僅增加了電路的復(fù)雜程度，也將會在電源工作時，產(chǎn)生諧波干擾或加重對工作電路產(chǎn)生電磁干擾信號，影響電源可靠性。目前，可調(diào)開關(guān)電源幾乎都采用電位器調(diào)節(jié)電壓輸出，調(diào)節(jié)精度不夠可靠，易產(chǎn)生輸出跳變，使開關(guān)電源的質(zhì)量得不到保證。傳統(tǒng)的AC / DC變換采用二極管全橋整流，輸出端直接接大容量電容濾波器，造成交流電源輸入電流中含有大量諧波。諧波電流對電網(wǎng)有嚴(yán)重的危害，不僅會使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變，也會浪費大量的電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源，電路設(shè)計簡單合理，輸出調(diào)節(jié)范圍大，并能有效減少電源對電網(wǎng)的干擾。
[0006]基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明目具有兩個獨立的技術(shù)方案:
[0007]1.一種高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源，包括單片機控制單元，其特征在于:包括功率因數(shù)校正電路、高頻變換器、整流濾波電路，交流電源接功率因數(shù)校正電路輸入端，功率因數(shù)校正電路的輸出端接高頻變換器輸入端，高頻變換器的控制端接單片機控制單元的PWM信號或PFW信號端，高頻變換器的輸出端接整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端即開關(guān)電源輸出端接負(fù)載；開關(guān)電源電壓輸出信號采集端和開關(guān)電源電流輸出信號采集端接單片機控制單元輸入端。
[0008]單片機控制單元外接有按鍵，用于對開關(guān)電源恒壓模式和恒流模式進行切換，用于對開關(guān)電源輸出電壓值和電流值進行設(shè)定。[0009]聞頻變換器包括由功率開關(guān)管構(gòu)成的半橋電路和聞頻變壓器，半橋電路功率開關(guān)管的控制端接單片機控制單元的PWM信號或PFW信號端，半橋電路的輸出端接高頻變壓器，高頻變壓器的輸出端接整流濾波電路。
[0010]功率因數(shù)校正電路采用的是，基于單周期控制的電流連續(xù)型Boost有源功率因數(shù)校正電路。
[0011 ] 單片機控制單元外接有顯示器。
[0012]2.一種利用上述高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源的供電方法，其特征在于:交流電壓通過功率因數(shù)校正電路轉(zhuǎn)換為直流電壓，直流電壓輸入至高頻變換器，高頻變換器輸出高頻方波信號，高頻方波信號輸入至整流濾波電路；整流濾波電路輸出的電壓信號和電流信號即開關(guān)電源的輸出電壓信號和輸出電流信號，輸入至單片機控制單元，單片機控制單元根據(jù)采集的電壓信號、電流信號調(diào)整輸出的PMW信號，實現(xiàn)對高頻變換器輸出信號的控制，繼而實現(xiàn)開關(guān)電源恒壓輸出或恒流輸出控制。
[0013]單片機控制單元外接有按鍵，通過外設(shè)鍵盤的選擇對開關(guān)電源恒壓模式和恒流模式進行切換，并對開關(guān)電源輸出電壓或電流值進行設(shè)定。
[0014]當(dāng)開關(guān)電源輸出電壓超過額定電壓10%時，單片機控制單元自動關(guān)斷控制信號輸出，同時產(chǎn)生報警提示，實現(xiàn)過壓保護；當(dāng)開關(guān)電源輸出電流大于額定電流10%時，單片機控制單元自動關(guān)斷控制信號輸出，同時產(chǎn)生報警提示，實現(xiàn)過流保護。
[0015]本發(fā)明具有的有益效果:
[0016]本發(fā)明交流電壓通過功率因數(shù)校正電路轉(zhuǎn)換為直流電壓，直流電壓輸入至高頻變換器，高頻變換器輸出高頻方波信號，高頻方波信號經(jīng)整流濾波后輸出穩(wěn)定的電壓或電流信號，電路結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單合理，校正后開關(guān)電源功率因數(shù)可達0.98-0.99，能夠有效減少電源對電網(wǎng)的干擾。
[0017]本發(fā)明單片機控制單元通過軟件編程來實現(xiàn)PFM信號(輸出PWM信號)輸出，從而實現(xiàn)了對開關(guān)電源輸出信號的恒壓或恒流控制，輸出電壓或輸出恒流電流具有更寬的調(diào)節(jié)范圍。輸出電壓:(1.0?額定值)1.0V — 30V程控可調(diào)，輸出電流(0.1?額定值)0.1A-
3.0A程控可調(diào)。
[0018]本發(fā)明單片機控制單元外接有按鍵，單片機控制外接按鍵實現(xiàn)開關(guān)電源恒壓模式和恒流模式的切換，并對開關(guān)電源輸出電壓或恒流電流值進行設(shè)定，即工作電源可工作恒壓模式或恒流模式。本發(fā)明可通過顯示屏顯示電壓、電流的大小，同時還具有過壓保護、過流保護等功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的電路原理框圖；
[0020]圖2是本發(fā)明電源控制流程圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，交流電源(市電220V)接功率因數(shù)校正電路輸入端，功率因數(shù)校正電路的輸出端接高頻變換器輸入端，高頻變換器的控制端接單片機控制單元的PWM信號或PFff信號輸出端，高頻變換器的輸出端接整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端即開關(guān)電源輸出端接負(fù)載；開關(guān)電源電壓輸出信號采集端(電壓檢測電路輸出端)和開關(guān)電源電流輸出信號采集端(電流檢測電路輸出端)接單片機控制單元的輸入端。單片機控制單元外接有按鍵，用于對開關(guān)電源恒壓模式和恒流模式進行切換，用于對開關(guān)電源輸出電壓值和電流值進行設(shè)定，單片機控制單元外接有顯示器。實施時，高頻變換器包括由功率開關(guān)管構(gòu)成的半橋電路和聞頻變壓器，半橋電路功率開關(guān)管的控制端接單片機控制單兀的PWM fg號或PFW信號輸出端，半橋電路的輸出端接高頻變壓器，高頻變壓器的輸出端接整流濾波電路。功率因數(shù)校正電路采用的是，基于單周期控制的電流連續(xù)型Boost有源功率因數(shù)校正電路。
[0022]首先，通過功率因數(shù)校正電路將市電220V交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓；然后，利用單片機控制單元產(chǎn)生PFM或PWM信號控制半橋電路功率開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷，將直流電壓轉(zhuǎn)化成高頻方波，通過高頻變壓器改變高頻脈沖的伏值，再經(jīng)整流濾波得到穩(wěn)定的電壓或電流輸出，從而實現(xiàn)DC-DC變換。單片機控制單元進行輸出控制時，單片機控制單元根據(jù)采集的電壓信號、電流信號進行運算，根據(jù)運算結(jié)果調(diào)整輸出調(diào)制脈沖的寬度，電壓過高，PWM信號脈寬減少；反之增加，從而起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。開關(guān)電源輸出電壓為連續(xù)可調(diào)，開關(guān)電源每級0.1v的輸出電壓調(diào)節(jié)和每級0.1A的輸出電流調(diào)節(jié)。
[0023]單片機控制單元通過外設(shè)按鍵實現(xiàn)對開關(guān)電源恒壓模式和恒流模式進行切換，并對開關(guān)電源輸出電壓或電流值進行設(shè)定，顯示屏對工作狀態(tài)進行顯示。當(dāng)開關(guān)電源輸出電壓超過額定電壓10%時，單片機控制單元自動關(guān)斷控制信號輸出，同時產(chǎn)生報警提示，實現(xiàn)過壓保護；當(dāng)開關(guān)電源輸出電流大于額定電流10%時，單片機控制單元自動關(guān)斷控制信號輸出，同時產(chǎn)生報警提示，實現(xiàn)過流保護。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源，包括單片機控制單元，其特征在于:包括功率因數(shù)校正電路、高頻變換器、整流濾波電路，交流電源接功率因數(shù)校正電路輸入端，功率因數(shù)校正電路的輸出端接高頻變換器輸入端，高頻變換器的控制端接單片機控制單元的PWM信號或PFW信號端，高頻變換器的輸出端接整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端即開關(guān)電源輸出端接負(fù)載；開關(guān)電源電壓輸出信號采集端和開關(guān)電源電流輸出信號采集端接單片機控制單元輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源，其特征在于:單片機控制單元外接有按鍵，用于對開關(guān)電源恒壓模式和恒流模式進行切換，用于對開關(guān)電源輸出電壓值和電流值進行設(shè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源，其特征在于:高頻變換器包括由功率開關(guān)管構(gòu)成的半橋電路和高頻變壓器，半橋電路功率開關(guān)管的控制端接單片機控制單元的PWM信號或PFW信號端，半橋電路的輸出端接高頻變壓器，高頻變壓器的輸出端接整流濾波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源，其特征在于:功率因數(shù)校正電路采用的是，基于單周期控制的電流連續(xù)型Boost有源功率因數(shù)校正電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源，其特征在于:單片機控制單元外接有顯示器。
6.一種利用權(quán)利要求1所述高功率因數(shù)恒壓、恒流程控開關(guān)電源的供電方法，其特征在于:交流電壓通過功率因數(shù)校正電路轉(zhuǎn)換為直流電壓，直流電壓輸入至高頻變換器，高頻變換器輸出高頻方波信號，高頻方波信號輸入至整流濾波電路；整流濾波電路輸出的電壓信號和電流信號即開關(guān)電源的輸出電壓信號和輸出電流信號，輸入至單片機控制單元，單片機控制單元根據(jù)采集的電壓信號、電流信號調(diào)整輸出的PMW信號，實現(xiàn)對高頻變換器輸出信號的控制，繼而實現(xiàn)開關(guān)電源恒壓輸出或恒流輸出控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:單片機控制單元外接有按鍵，通過外設(shè)鍵盤的選擇對開關(guān)電源恒壓模式和恒流模式進行切換，并對開關(guān)電源輸出電壓或電流值進行設(shè)定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:當(dāng)開關(guān)電源輸出電壓超過額定電壓10%時，單片機控制單元自動關(guān)斷控制信號輸出，同時產(chǎn)生報警提示，實現(xiàn)過壓保護；當(dāng)開關(guān)電源輸出電流大于額定電流10%時，單片機控制單元自動關(guān)斷控制信號輸出，同時產(chǎn)生報警提示，實現(xiàn)過流保護。
【文檔編號】H02M7/02GK103746569SQ201410029437
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】蘆守平, 刁鳴, 張朝柱, 國強, 戚連剛, 魏佳童, 趙晨 申請人:哈爾濱工程大學(xué)