CN104167938A - 脉动电流稳定控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉动电流稳定控制系统，包括整流电路模块、滤波电路模块、高频逆变转换模块、高频变压器、高频整流电路和脉冲宽度调制模块，脉冲宽度调制模块使得在高频逆变转换模块和负载端之间形成一个稳定的控制环路，输入交流电依次经过整流、滤波、高频转换后，高频整流电路输出端的高频电流经传感器采样，通过脉宽控制单元输出高频驱动控制波形以驱动高频逆变转换模块的开关管工作占空比，从而在负载端产生稳定的脉动电流。本发明输出端不需要串接开关斩波，且电源输出不带电感和大容量电容，就可实现输出平均值稳定的脉动电流，提高了输入功率因数和整个系统的可靠性，大大节省了制造成本，将对谐波电流的影响减小。

Description

脉动电流稳定控制系统

技术领域

本发明涉及电流控制领域，具体涉及一种脉动电流稳定控制系统。

背景技术

在电流控制电路中，由于某种特定应用，电路负载端所需要电流是断续的或时大时小的脉冲电流波形。现有技术的脉动电流控制系统是通过一连串的电路，通过整流电路和LC滤波器将电网变为平滑的直流电，再通过电子开关的通断动作形成脉冲输出，即为了实现所述脉冲电流波形，现有技术是在直流电源输出端的负载上直接串联开关进行斩波，通过对所述电子开关的通断进行控制，使负载端出现脉冲电流。为了使出现的脉冲电流能够保持稳定状态，直流电源的输出端必需足够平滑，故在交流供电输入端使用大容量电容进行滤波，但是大容量电容的使用使得输入功率因数低，对电网谐波电流影响较大。同时串接的电子开关需承受较大峰值电流，因此必须采用参数余量较大的昂贵开关器件才能保证脉冲输出的可靠性，不可避免地增大了电源的制造成本。输出电压电流是通过LC滤波器和电子开关模块才输出到负载上，电子开关模块承载整体的电能量，所以耗材多发热量大，电子开关模块在大电流下易损坏，成本高且故障率高，使得直流电源的制造成本进一步加大。

发明内容

本发明的目的在于为了解决以上的不足，设计了一种脉动电流稳定控制系统，该系统可提供输出电流平均值稳定的脉动电流，其输入功率因数高，对谐波电流影响小，成本低且可靠性强。

为了实现本发明目的所采取的技术方案是：脉动电流稳定控制系统，包括依次连接的整流电路模块、滤波电路模块、高频逆变转换模块、高频变压器和高频整流电路；所述整流电路模块用于将交流输入电转换为直流电；所述滤波电路模块的输入端与所述整流电路模块的输出端连接，将所述直流电中的杂波滤除；所述高频逆变转换模块的输入端与所述滤波电路模块的输出端连接，高频逆变转换模块的输出端与所述高频变压器连接，经滤波后的直流电依次通过所述高频逆变转换模块和高频变压器后转变为高频交流方波电压；所述高频交流方波电压经过所述高频整流电路后转变为脉冲波形电压；还包括脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块的输入端与所述高频整流电路的输出端连接，所述脉冲宽度调制模块的输出端与所述高频逆变转换模块连接，在所述高频逆变转换模块和高频整流电路之间形成控制环路，通过所述脉冲宽度调制模块控制高频逆变转换模块的开关管工作占空比，从而在高频整流电路的输出端形成稳定的脉动电流。

优选的，所述脉冲宽度调制模块包括依次连接的传感器、RC积分滤波电路、比较器和脉宽控制单元；所述传感器一端与高频整流电路的输出端连接，传感器另一端与所述RC积分滤波电路串联，脉宽控制单元的输出端与所述高频逆变转换模块连接；

所述传感器对高频整流电路的高频输出电流进行取样，将所述高频输出电流转换为高频电压，并发送至所述RC积分滤波电路，所述高频电压被转变为平滑直流电压，然后经所述比较器反馈至所述脉宽控制单元，所述脉宽控制单元输出高频驱动控制波形以驱动高频逆变转换模块的开关管工作占空比。

优选的，所述传感器为分流器或者霍尔传感器。

优选的，所述比较器为电压比较器，电压比较器将接收到的所述平滑直流电压与比较器的基准电压比较后输出高电平或低电平。

优选的，所述高频逆变转换模块采用全桥逆变电路拓扑，通过所述脉冲宽度调制模块发送的高频驱动控制波形驱动所述全桥逆变电路拓扑的开关管工作占空比。

优选的，所述高频逆变转换模块采用半桥逆变电路拓扑、反激逆变电路拓扑、正激逆变电路拓扑或推挽逆变电路拓扑的其中一种。

优选的，所述整流电路模块为三相有源整流电路。

优选的，所述整流电路模块为三相全桥整流电路。

优选的，所述滤波电路模块为电解电容滤波电路或者LC滤波电路。

优选的，所述高频整流电路采用全桥整流电路或者全波整流电路。

本发明的有益效果在于：

1、本发明脉动电流稳定控制系统在高频逆变转换模块与高频整流电路输出端之间设置脉冲宽度调制模块，使得在高频逆变转换模块与控制系统的输出端之间形成控制环路，通过脉冲宽度调制模块输出的高频驱动控制波形来驱动高频逆变转换模块中开关管的工作占空比，即可实现在脉动电流控制系统的输出端形成稳定的脉动电流。

2、本发明控制系统的输出端不需要平滑波形，克服了传统脉动电流控制电路中供电输入端需使用大容量电容以满足直流电源输出端足够平滑的要求，由于电源输出端不需要平滑波形，故在供电输入端不需使用大容量的电容，只需使用小容量的电容即可对高频部分的纹波进行过滤，使得输入功率因数大大提高，将对电网谐波电流的影响减到最小。

3、本发明通过对高频整流电路输出端电流进行采样，并对采样信号进行转换与比较，使脉冲宽度调制模块中的脉宽控制单元输出高频驱动控制波形，以此调节控制高频逆变转换模块开关管的工作占空比，通过对输出电流的不断采样和控制环路的反馈，最终在控制系统的输出端形成平均值稳定的脉动电流。省去了现有技术中成本较高的滤波电感和大容量电容的使用，大大节省了电源制作成本。避免了传统脉动电流控制技术中昂贵的开关器件的使用，从而在提高电源可靠性和效率的同时，进一步节省了整个电源的制作成本。

附图说明

图1是本发明脉动电流稳定控制系统的结构框图；

图2是本发明脉动电流稳定控制系统的具体电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明：

参照附图1至附图2所示，脉动电流稳定控制系统，包括三相交流电输入端、整流电路模块1、滤波电路模块2、高频逆变转换模块3、高频变压器4、高频整流电路5、脉冲宽度调制模块7和负载6。

所述整流电路模块1与三相交流电输入端连接，将三相交流输入电转换为直流电，所述整流电路模块1可以是三相全桥整流电路，也可以是三相有源整流电路。所述滤波电路模块2的输入端与所述整流电路模块1的输出端连接，用于将所述直流电中的杂波滤除；滤波电路模块2可以采用电解电容滤波电路，也可以是LC滤波电路。

所述高频逆变转换模块3的输入端与所述滤波电路模块2的输出端连接，高频逆变转换电路3的输出端与所述高频变压器4连接，经滤波后的直流电依次通过所述高频逆变转换模块3和高频变压器4转变为高频交流方波电压。其中高频逆变转换模块3可以采用全桥逆变电路拓扑、半桥逆变电路拓扑、反激逆变电路拓扑、正激逆变电路拓扑或推挽逆变电路拓扑中的一种。所述高频交流方波电压经过所述高频整流电路5后转变为脉冲波形电压。所述高频整流电路5为全桥整流电路或全波整流电路，高频整流电路5的输出端连接所述负载6。

所述脉冲宽度调制模块7的结构可根据不同的PWM控制芯片及逆变电路而进行改进。在本实施例中，所述脉冲宽度调制模块7包括传感器71、RC积分滤波电路72、比较器73和脉宽控制单元74。所述传感器71可以是分流器或者霍尔传感器。所述传感器71一端与所述高频整流电路5输出端连接，传感器71另一端与所述RC积分滤波电路72串联。所述脉宽控制单元74的输出端与所述高频逆变转换模块3连接。所述传感器71对所述高频整流电路5的高频输出电流进行采样，将采样电流信号转换为高频电压方波信号并发送至所述RC积分滤波电路72，由于本发明中采样的信号是脉冲信号，取样后信号需作滤波处理才可送入脉宽控制器，如此脉冲波的电压或电流输出才稳定。RC积分滤波电路72发送电压信号至比较器73，经所述比较器73比较后反馈至所述脉宽控制单元74，所述脉宽控制单元74输出高频驱动控制波形至所述高频逆变转换模块3。在所述高频逆变转换模块3和所述负载6端之间形成稳定的控制环路，即通过所述脉冲宽度调制模块7控制所述高频逆变转换模块3的开关管工作占空比，在所述负载6端产生平均值稳定的脉动电流。

本发明的工作原理如下：

脉动电流稳定控制系统的电路输入端接入三相交流电，与交流电输入端连接的整流电路模块1将交流输入电转换为直流电，所得直流电进入与所述整流电路模块1的输出端连接的滤波电路模块2，所述滤波电路模块将直流电中不必要的杂波和噪音去除，对其进行平滑处理后成为直流电压，然后进入所述高频逆变转换模块3中。去除杂波后的直流电压通过所述高频逆变转换模块3转换为交流电压，将交流电压并加在高频变压器4原边两端，高频变压器4原边电压经电磁转换后，在副边输出所需电压。副边输出高频电压波形与原边两端得到的高频电压波形是一样的，两个电压幅值由原、副边匝数比确定。副边输出的高频电压经过与所述高频变压器4的输出端连接的高频整流电路5的整流后，成为只带正周期的脉冲波电压。高频变压器4将原边高压电压与输出电压相互隔离，提高电源输出安全性。

所述传感器71对从所述高频整流电路5输出端的高频输出电流Iout进行取样，将输出的高频电流形大信号转换为高频电压形小信号，因为Iout是脉动电流，取样得到的电压V为脉动电压。转换得到的高频小电压信号被传送至RC积分滤波电路72，RC积分滤波电路72首先将高频小电压信号通过RC积分滤波电路72的积分电路中电容的充放电转换成锯齿波，再通过RC积分滤波电路72中的滤波电路将锯齿波转换为一平滑直流电压信号。然后将此平滑直流电压信号输送至所述电压比较器73的反相输入端，电压比较器73将此平滑直流电压信号与比较器的基准电压信号相比较，相应输出高电平或低电平。然后将得到的电平信号输送到PWM脉宽控制单元74中，脉宽控制单元74根据比较器输出电压的大小，调节输出高频驱动控制波形，以此来控制所述高频逆变转换模块的开关管工作占空比。采用本实施例的技术方案，所述占空比的范围在0-48％之间。然后通过高频逆变转换模块、变压器隔离、输出整流转换后到达输出负载，如此在高频逆变转换模块3和负载6之间形成稳定的循环控制网络，以实现输出平均电流稳定的脉动占空比，通过不断对高频整流电路5输出端的输出电流进行采样，通过脉冲宽度调制模块的调制以及环路的不断反馈，最终在负载6端形成输出电流平均值稳定的脉动电流。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.脉动电流稳定控制系统，其特征在于，包括依次连接的整流电路模块、滤波电路模块、高频逆变转换模块、高频变压器和高频整流电路；

所述整流电路模块用于将交流输入电转换为直流电；所述滤波电路模块的输入端与所述整流电路模块的输出端连接，将所述直流电中的杂波滤除；所述高频逆变转换模块的输入端与所述滤波电路模块的输出端连接，高频逆变转换模块的输出端与所述高频变压器连接，经滤波后的直流电依次通过所述高频逆变转换模块和高频变压器后转变为高频交流方波电压；所述高频交流方波电压经过所述高频整流电路后转变为脉冲波形电压；

还包括脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块的输入端与所述高频整流电路的输出端连接，所述脉冲宽度调制模块的输出端与所述高频逆变转换模块连接，在所述高频逆变转换模块和高频整流电路之间形成控制环路，通过所述脉冲宽度调制模块控制高频逆变转换模块的开关管工作占空比，从而在高频整流电路的输出端形成稳定的脉动电流。

2.根据权利要求1所述的脉动电流稳定控制系统，其特征在于，所述脉冲宽度调制模块包括依次连接的传感器、RC积分滤波电路、比较器和脉宽控制单元；

所述传感器一端与高频整流电路的输出端连接，传感器另一端与所述RC积分滤波电路串联，脉宽控制单元的输出端与所述高频逆变转换模块连接；

所述传感器对高频整流电路的高频输出电流进行取样，将高频输出电流转换为高频电压，并发送至所述RC积分滤波电路，所述高频电压被转变为平滑直流电压，然后经所述比较器反馈至所述脉宽控制单元，所述脉宽控制单元输出高频驱动控制波形驱动高频逆变转换模块的开关管工作占空比。

3.根据权利要求2所述的脉动电流稳定控制系统，其特征在于，所述传感器为分流器或者霍尔传感器。

4.根据权利要求2所述的脉动电流稳定控制系统，其特征在于，所述比较器为电压比较器，电压比较器将接收到的所述平滑直流电压与比较器的基准电压比较后输出高电平或低电平。

5.根据权利要求1或2所述的脉动电流稳定控制系统，其特征在于，所述高频逆变转换模块采用全桥逆变电路拓扑，通过所述脉冲宽度调制模块发送的高频驱动控制波形驱动所述全桥逆变电路拓扑的开关管工作占空比。

6.根据权利要求1或2所述的脉动电流稳定控制系统，其特征在于，所述高频逆变转换模块采用半桥逆变电路拓扑、反激逆变电路拓扑、正激逆变电路拓扑或推挽逆变电路拓扑的其中一种。

7.根据权利要求1所述的脉动电流稳定控制系统，其特征在于，所述整流电路模块为三相有源整流电路。

8.根据权利要求1所述的脉动电流稳定控制系统，其特征在于，所述整流电路模块为三相全桥整流电路。

9.根据权利要求1所述的脉动电流稳定控制系统，其特征在于，所述滤波电路模块为电解电容滤波电路或者LC滤波电路。

10.根据权利要求1所述的脉动电流稳定控制系统，其特征在于，所述高频整流电路采用全桥整流电路或者全波整流电路。