CN109378983A - 一种电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源装置，包括处理器、高频逆变桥、高频变压器、整流电路、波形变换电路和波形变换驱动电路，高频逆变桥的控制端通过高频逆变驱动电路与处理器信号连接；高频逆变桥用于调整电源的输入波形，将直流波转化为交流波；高频变压器用于隔离电源装置的输入端和输出端，并将能量从原边传递到副边；整流电路用于调整输入电压的波形；波形变换驱动电路的输入端和输出端分别与处理器和波形变换电路的控制端电连接，波形变换驱动电路用于驱动波形变换电路；波形变换电路用于根据波形变换驱动电路的驱动信号将输入波形变换为所需的输出波形。该电源装置能输出电压和电流波形，精确控制波长的时长，满足较高的耐压测试，实现大功率输出，适应多种应用场景。

Description

一种电源装置

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种电源装置。

背景技术

电源是向电子设备提供功率的装置，广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、工控设备、计算机和电脑、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热等领域。

电源包括直流电源和交流电源，其中，直流电源用于提供穏恒电流的电源，交流电源用于提供稳定电压和频率的电源。用户根据领域的不同选择使用直流电源或交流电源。

由于应用场景不同，直流电源和交流电源均无法同时满足不同的应用场景，导致直流电源和交流电源的规格型号繁多。针对不同应用场景的直流电源就有数十种，如AC/DC电源、DC/DC电源、电台电源、通信电源和特种电源等。其中，AC/DC电源是从电网取得能量，经过高压整流滤波输出一个或几个稳定的直流电压。即使是简单的AC/DC电源，由于不同应用场景对输出的直流电压的波形、脉宽和幅值的要求不同，针对不同的应用场景也需要不同类型的AC/DC电源，导致用户不得不购买多种型号的电源以满足不同的需求。

市场上鲜有既能输出直流，又能输出交流的电源，更没有既适用于安全电压以下的小功率电源，又适用于安全电压以上的大功率电源，导致用户需要购买多种型号的电源才能满足不同的应用场景对电压或电流等方面的要求，这不仅使用不方便，而且直接增加了用户的成本。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电源装置，用以解决现有电源适应能力弱，给用户造成使用不便，成本增加的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种电源装置，所述电源装置包括处理器、高频逆变桥、高频变压器、整流电路、波形变换电路和波形变换驱动电路，所述高频逆变桥的控制端通过高频逆变驱动电路与所述处理器信号连接，所述高频逆变桥、高频变压器、整流电路和波形变换电路依次电连接；

所述高频逆变桥用于调整电源的输入波形，将直流波转变为交流波；

所述高频变压器用于隔离电源装置的输入端和输出端，同时将能量从原边传递到副边；

所述整流电路用于调整输入电压的波形；

所述波形变换驱动电路的输入端和输出端分别与所述处理器和所述波形变换电路的控制端电连接，所述波形变换驱动电路用于驱动所述波形变换电路；

所述波形变换电路用于根据所述波形变换驱动电路的驱动信号将输入波形变换为所需的输出波形。

其中，所述波形变换电路包括四个开关管，四个开关管的控制端与波形变换驱动电路的输出端电连接，第一开关管Q1和第三开关管Q3的第一端电连接所述整流电路的输出端Vo1，第一开关管Q1的第二端和第二开关管Q2的第一端电连接所述波形变换电路的输出端V-，第三开关管Q3的第二端和第四开关管Q4的第一端电连接所述波形变换电路的输出端V+；第二开关管Q2的第二端和第四开关管Q4的第二端电连接所述整流电路的输出端Vgnd。

其中，所述波形变换电路包括一个开关管，所述开关管的控制端电连接所述波形变换驱动电路的输出端，所述开关管的第一端电连接所述整流电路的输出端Vo1，所述开关管的第二端电连接所述波形变换电路的输出端V+，整流电路的输出端Vgnd作为所述波形变换电路的输出端V-。

其中，所述开关管为MOS管、IGBT管或三极管。

优选地，所述电源装置还包括电源电压采样单元，所述电源电压采样单元的输出端与所述处理器的输入端电连接，所述处理器根据所述电源电压采样单元获得的电源的电压值调节所述高频逆变桥的驱动。

优选地，所述电源装置还包括PFC电路和电压电流采样电路，PFC电路的输入端和输出端分别电连接电源和所述高频逆变桥的输入端，PFC电路的控制端电连接所述处理器；所述电压电流采样电路的输出端与所述处理器的输入端电连接，所述电压电流采样电路用于采集整流电路输出端的电压和电流，并将电压电流采样值传输至所述处理器；所述处理器依据所述电压电流采样值调整所述高频逆变桥的输出。

优选地，所述电源装置还包括EMI电路，所述EMI电路的输入端和输出端分别电连接电源和所述PFC电路的输入端，所述EMI用于降低电磁干扰。

优选地，所述电源装置还包括上位机，所述上位机的输出端与所述处理器的输入端电连接，所述上位机用于人机交互，向所述处理器输入参数。

其中，所述输入电源为市电或380V的动力电源。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例提供的电源装置通过处理器控制高频逆变桥，高频逆变桥将调整输入电源的波形，经整流电路整流后，再由波形变换电路变换输出所需波形，而且波形变换电路是由处理器通过波形变换驱动电路驱动，可以将波形变换电路输出的波形精确控制在毫秒级，而且处理器控制高频逆变桥的脉宽调制(PWM)部分，在波形变换电路的输入端获得正弦波或者方波的正半波，经波形变换电路变换后可以获得单独正向电压、单独负向电压、正向脉冲波形、负向脉冲波形、正向负向组合脉冲波形、正弦波上半部分、正弦波下半部分或者完整的正弦波，而且能够调节波形的时长，即通过处理器、高频逆变桥、整流电路和波形变换电路的相互配合获得精准地不同类型的电压和电流波形，从而满足不同的应用场景，扩大了电源装置的应用面，用户只需购买一台电源装置即可，既能够满足诸如机场对LED闪烁频率、时长、灯亮度、光强度的严格要求，又能满足电镀场合对正负向电压波形的要求。另外，该电源装置不仅能满足低功率的应用场景，又能通过高频变压器将电源装置的输入和输出隔离，从而使电源装置满足2000Vac或更高耐压测试，实现20kW以上的大功率输出。此外，该电源装置通过处理器控制波形时长，频率和波形数量，避免了人工干扰造成的偏差，提高了产品的性能和质量，同时提高了客户产品的品质和定位。

作为本发明实施例的一个优选实施例，处理器通过电源电压采样单元获得电源的电压值来调节高频逆变桥的输出，使波形变换电路的输入端获得更精准的输入波形，从而提高电源装置输出波形的精度。

作为本发明实施例的另一更优选实施例，电源装置设置PFC电路和电压电流采样电路，电压电流采样电路用于获得波形变换电路输入端的电压电流值，并将该电压电流值反馈至处理器，处理器根据反馈的电压电流值调整高频逆变桥的输出波形，进一步提高波形变换电路的输入端的输入波形的精度，从而进一步提高电源装置输出波形的精度。

作为本发明实施例的又一优选实施例，电源装置在电源和PFC电路之间设置EMI电路，利用EMI电路可以减少电源及周边其它电子产品对电源装置的干扰，同时降低该电源装置对电网的干扰。

作为本发明实施例的另一优选实施例，电源装置还包括上位机，上位机，用户通过上位机输入所需波形的参数，处理器按照用户输入的参数控制高频逆变桥、波形变换电路输出所需的波形，全程自动化控制，提高了效率和一致性，改善了产品的品质。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的电源装置的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的电源装置中波形变换电路的结构图。

图3为本发明实施例1提供的电源装置输出的正向直流电压的波形图。

图4为本发明实施例1提供的电源装置输出的负向直流电压的波形图。

图5为本发明实施例1提供的电源装置输出的正向脉冲直流电压的波形图。

图6为本发明实施例1提供的电源装置输出的负向脉冲直流电压的波形图。

图7为本发明实施例1提供的电源装置输出的正向脉冲和负向脉冲组合的直流电压的波形图。

图8为本发明实施例1提供的电源装置输出的正弦波的波形图。

图9为本发明实施例2提供的电源装置的结构示意图。

图中：1-处理器，2-高频逆变桥，3-高频变压器，4-整流电路，5-波形变换电路，6-波形变换驱动电路，7-高频逆变驱动电路，8-电源电压采样单元，9-PFC电路，10-电压电流采样电路，11-EMI电路，12-上位机，13-电源。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

本实施例提供一种电源装置。如图1所示，电源装置包括处理器1、高频逆变桥2、高频变压器3、整流电路4、波形变换电路5和波形变换驱动电路6，高频逆变桥2的控制端通过高频逆变驱动电路7与处理器1信号连接，高频逆变桥2、高频变压器3、整流电路4和波形变换电路5依次电连接。其中，

高频逆变桥2用于调整电源的输入波形，将直流波转化为交流波。本实施例中，电源采用市电或380V的动力电源，当然也可以采用其它类型的电源。本实施例以市电作为电源进行介绍。

高频变压器3用于隔离电源装置的输入端和输出端，同时将能量从原边传递到副边，从而使电源装置满足2000Vac或更高耐压测试，实现20kW以上的大功率输出。

整流电路4用于调整输入电压的波形。整流电路4可以采用本领域常用的整流电路，属于本领域的公知技术，在此不再详细赘述。

波形变换驱动电路6的输入端和输出端分别与处理器1和波形变换电路5的控制端电连接，处理器1向波形变换驱动电路6输出波形驱动信号，波形变换驱动电路6根据处理器1的驱动信号驱动波形变换电路5。

波形变换电路5用于根据波形变换驱动电路6的驱动信号将输入波形变换为所需的输出波形。

如图2所示，波形变换电路5包括四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4，四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4的控制端与波形变换驱动电路6的输出端电连接。其中，第一开关管Q1和第三开关管Q3的第一端电连接整流电路的输出端Vo1，第一开关管Q1的第二端和第二开关管Q2的第一端电连接波形变换电路的输出端V-，第三开关管Q3的第二端和第四开关管Q4的第一端电连接波形变换电路的输出端V+；第二开关管Q2的第二端和第四开关管Q4的第二端电连接整流电路的输出端Vgnd。

在本实施例中，开关管采用但不限于MOS管、IGBT管或三极管等开关器件。

优选地，电源装置还包括电源电压采样单元8，电源电压采样单元8的输出端与处理器1的输入端电连接，处理器1根据电源电压采样单元8获得的电源的电压值调节高频逆变桥2的驱动，使波形变换电路5的输入端得到更精准的输入波形，从而提高电源装置输出波形的精度。

进一步优选地，电源装置还包括PFC电路9和电压电流采样电路10，PFC电路9的输入端和输出端分别电连接电源和高频逆变桥2的输入端，PFC电路9的BUS电流采样输出端与处理器1电连接，用于将采集到的电流值传输至处理器1；电压电流采样电路10的输出端与处理器1的输入端电连接，电压电流采样电路10用于采集整流电路4输出端的电压和电流，并将电压电流采样值传输至处理器1；处理器1依据电压电流采样值调整高频逆变桥2的输出波形，进一步提高波形变换电路的输入端的输入波形的精度，从而进一步提高电源装置输出波形的精度。

作为本实施例的一个优选实施例，电源装置还包括EMI电路11，EMI电路11的输入端和输出端分别电连接电源和PFC电路9的输入端，利用EMI电路11可以减少电源及周边其它电子产品对电源装置的干扰，同时降低该电源装置对电网的干扰。

如图1所示，电源装置还包括上位机12，上位机12的输出端与处理器1的输入端电连接，上位机12用于人机交互，向处理器1输入参数，处理器1按照用户输入的参数控制高频逆变桥2、波形变换电路5输出所需的波形，全程自动化控制，提高了效率和一致性，改善了产品的品质。

本实施例提供的电源装置可以在保持开关电源特性的技术上获得诸多输出波形。比如：单独正电压、单独负电压、正向脉冲波、正负脉冲波和正弦波等波形。

下面具体介绍电源装置获得不同波形的控制过程。

如图3所示，当用户需要电源装置输出正向直流波形时，处理器1输出控制信号，通过波形变换驱动电路6使波形变换电路5中的第二开关管Q2和第三开关管Q3同时打开，波形变换电路5输出端V+对输出端V-输出单独的正向直流电压。

需要说明的是，在波形变换电路5的输出波形中，软起动时间t1、直流时间t2、输出电压V及输出脉冲数量均可通过上位机12设置。

如图4所示，当用户需要电源装置输出负向直流波形时，处理器1输出控制信号，通过波形变换驱动电路6使波形变换电路5中的第一开关管Q1和第四开关管Q4同时打开，波形变换电路5的输出端V+对输出端V-输出单独的负向直流电压。

需要说明的是，在波形变换电路5的输出波形中，软起动时间t1、直流时间t2、输出电压V-及输出脉冲数量n均可通过上位机12设置。

如图5所示，当用户需要电源装置输出正向脉冲直流电压波形时，处理器1输出控制信号，通过波形变换驱动电路6使波形变换电路5中的第二开关管Q2和第三开关管Q3同时打开，在满足需要输出电压的时间t1后，关闭第二开关管Q2和第三开关管Q3，当第二开关管Q2和第三开关管Q3的关闭时间达到t2后，再次打开第二开关管Q2和第三开关管Q3，输出下一个脉冲。波形变换电路5的输出端V+对输出端V-输出单独的正向脉冲直流电压，其中，在波形变换电路5的输出波形中的脉冲时间t1、关断时间t2及输出电压V均可通过上位机12设置。

如图6所示，当用户需要电源装置输出负向脉冲波形时，处理器1输出控制信号，通过波形变换驱动电路6使波形变换电路5中的第一开关管Q1和第四开关管Q4同时打开，在满足需要输出电压的时间t1后，关闭第一开关管Q1和第四开关管Q4；当关闭时间达到t2后，再次打开第一开关管Q1和第四开关管Q4，输出下一个脉冲。波形变换电路5的输出端V+对输出端V-输出单独的负向脉冲直流电压，其中，脉冲时间t1，关断时间t2及输出电压V均可通过上位机12设置。

如图7所示，当用户需要电源装置输出波形为正向脉冲和负向脉冲组合的直流电压时，处理器1输出控制信号，通过波形变换驱动电路6使波形变换电路5中的第二开关管Q2和第三开关管Q3同时打开，在输出电压的时间达到t1后，关闭第二开关管Q2和第三开关管Q3；当关闭时间达到t2后，再次打开第二开关管Q2和第三开关管Q3，按照以上方式输出正向脉冲，当正向脉冲输出个数达到预设的n个之后，在准备输出负向脉冲时，同时打开第一开关管Q1和第四开关管Q4，当输出电压的时间达到t3后，关闭第一开关管Q1和第四开关管Q4；当关闭时间达到t4后，再次同时打开第一开关管Q1和第四开关管Q4；如此循环，直到输出负向脉冲波形数量达到预设值n时关闭输出。波形变换电路5的输出端V+对输出端V-输出正向脉冲和负向脉冲组合的直流电压。以上第一开关管Q1和第四开关管Q4是同时打开或者关闭，第二开关管Q2和第三开关管Q3是同时打开或者关闭，且两组开关管不能同时打开。

如图8所示，当用户需要电源装置输出正弦波形时，处理器1控制高频逆变部分的PWM，在Vo1和Vgnd之间不断产生正弦波上半部分波形，同时在输入正弦波的上半周时间内，处理器1输出控制信号，通过波形变换驱动电路6使波形变换电路5中的第二开关管Q2和第三开关管Q3同时打开，此时输出端V+对输出端V-为上半周期的正弦波。在输入正弦波的负半周时间内，处理器1输出控制信号，通过波形变换驱动电路6使波形变换电路5中的第二开关管Q2和第三开关管Q3关闭，同时打开第四开关管Q4和第一开关管Q1，输出端V+对输出端V-为负向正弦波。通过第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4和第一开关管Q1的反复打开和关闭，最终在输出端V+和输出端V-之间形成稳定、连续的正弦波。

实施例2

本实施例提供另一种电源装置。如图9所示，电源装置包括处理器1、高频逆变桥2、高频变压器3、整流电路4、波形变换电路5和波形变换驱动电路6、PFC电路9、电压电流采样电路10和EMI电路11，高频逆变桥2的控制端通过高频逆变驱动电路7与处理器1信号连接，EMI电路11、PFC电路9、高频逆变桥2、高频变压器3、整流电路4和波形变换电路5依次电连接。其中，除波形变换电路5外，EMI电路11、PFC电路9、高频逆变桥2、高频变压器3和整流电路4的结构和作用于实施例1相同，在此不再赘述。

在本实施例中，波形变换电路5包括一个开关管Q，开关管Q的控制端电连接波形变换驱动电路6的输出端，开关管Q的第一端电连接整流电路4的输出端Vo1，开关管Q的第二端电连接波形变换电路5的输出端V+，整流电路4的输出端Vgnd作为波形变换电路5的输出端V-。

本实施例以三极管为例进行介绍，但这并不表示本实施例不能采用MOS管、IGBT管等其它开关器件。

开关管Q的基极电连接波形变换驱动电路6的输出端，开关管Q的集电极电连接整流电路4的输出端Vo1，开关管Q的发射极电连接波形变换电路5的输出端V+，整流电路4的输出端Vgnd作为波形变换电路5的输出端V-。

本实施例的波形变换电路5与实施例1中的波形开关变换电路5的工作原理相同，均是通过处理器1控制波形变换驱动电路6使波形驱动电路5中的开关管Q导通或关闭，从而获得不同的输出波形，因此在此不再赘述。

本实施例提供的电源装置通过处理器控制高频逆变桥，高频逆变桥将调整输入电源的波形，经整流电路整流后，再由波形变换电路变换输出所需波形，而且波形变换电路是由处理器通过波形变换驱动电路驱动，可以将波形变换电路输出的波形精确控制在毫秒级，而且处理器控制高频逆变桥的脉宽调制(PWM)部分，在波形变换电路的输入端获得正弦波或者方波的正半波，经波形变换电路变换后可以获得单独正向电压、单独负向电压、正向脉冲波形、负向脉冲波形、正向负向组合脉冲波形、正弦波上半部分、正弦波下半部分或者完整的正弦波，而且能够调节波形的时长，即通过处理器、高频逆变桥、整流电路和波形变换电路的相互配合获得精准地不同类型的电压和电流波形，从而满足不同的应用场景，扩大了电源装置的应用面，用户只需购买一台电源装置即可，既能够满足诸如机场对LED闪烁频率、时长、灯亮度、光强度的严格要求，又能满足电镀场合对正负向电压波形的要求。另外，该电源装置不仅能满足低功率的应用场景，又能通过高频变压器将电源装置的输入和输出隔离，从而使电源装置满足2000Vac或更高耐压测试，实现20kW以上的大功率输出。此外，该电源装置通过处理器控制波形时长，频率和波形数量，避免了人工干扰造成的偏差，提高了产品的性能和质量，同时提高了客户产品的品质和定位。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种电源装置，其特征在于，所述电源装置包括处理器、高频逆变桥、高频变压器、整流电路、波形变换电路和波形变换驱动电路，所述高频逆变桥的控制端通过高频逆变驱动电路与所述处理器信号连接，所述高频逆变桥、高频变压器、整流电路和波形变换电路依次电连接；

所述高频逆变桥用于调整电源的输入波形，将直流波转化为交流波；

所述高频变压器用于隔离电源装置的输入端和输出端，并将能量从原边传递到副边；

所述整流电路用于调整输入电压的波形；

所述波形变换驱动电路的输入端和输出端分别与所述处理器和所述波形变换电路的控制端电连接，所述波形变换驱动电路用于驱动所述波形变换电路；

所述波形变换电路用于根据所述波形变换驱动电路的驱动信号将输入波形变换为所需的输出波形。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述波形变换电路包括四个开关管，四个开关管的控制端与波形变换驱动电路的输出端电连接，第一开关管Q1和第三开关管Q3的第一端电连接所述整流电路的输出端Vo1，第一开关管Q1的第二端和第二开关管Q2的第一端电连接所述波形变换电路的输出端V-，第三开关管Q3的第二端和第四开关管Q4的第一端电连接所述波形变换电路的输出端V+；第二开关管Q2的第二端和第四开关管Q4的第二端电连接所述整流电路的输出端Vgnd。

3.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述波形变换电路包括一个开关管，所述开关管的控制端电连接所述波形变换驱动电路的输出端，所述开关管的第一端电连接所述整流电路的输出端Vo1，所述开关管的第二端电连接所述波形变换电路的输出端V+，整流电路的输出端Vgnd作为所述波形变换电路的输出端V-。

4.根据权利要求2或3所述的电源装置，其特征在于，所述开关管为MOS管、IGBT管或三极管。

5.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括电源电压采样单元，所述电源电压采样单元的输出端与所述处理器的输入端电连接，所述处理器根据所述电源电压采样单元获得的电源的电压值调节所述高频逆变桥的驱动。

6.根据权利要求5所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括PFC电路和电压电流采样电路，PFC电路的输入端和输出端分别电连接电源和所述高频逆变桥的输入端，PFC电路的信号输出端电连接所述处理器；所述电压电流采样电路的输出端与所述处理器的输入端电连接，所述电压电流采样电路用于采集整流电路输出端的电压和电流，并将电压电流采样值传输至所述处理器；所述处理器依据所述电压电流采样值调整所述高频逆变桥的输出。

7.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括EMI电路，所述EMI电路的输入端和输出端分别电连接电源和所述PFC电路的输入端，所述EMI用于降低电磁干扰。

8.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括上位机，所述上位机的输出端与所述处理器的输入端电连接，所述上位机用于人机交互，向所述处理器输入参数。

9.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述输入电源为市电或380V的动力电源。