双向可调交/直流广适开关电源的研制

毛君龙　范海涵　董和夫　李玉廷

【摘 要】采用两个逆变桥，通过双向同步变压器相连接，实现电路复用，并利用触发脉冲产生电路产生的触发信号或正弦波触发电路产生的触发信号，经过切换电路的功能转换，可实现双向DC/DC功能，或实现双向正弦波逆变，能够满足多种用电条件，从而达到一机多用的目的。

【关键词】双向可调；广适；开关电源；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

现在市场所售直流开关电源和交流逆变电源一般电压为固定电压，即使可以调节，也只能在小范围内调节，而且电源变换为单方向的，即：交流变直流、直流变交流、直流变直流。而本装置的设计可满足多种情况下电源使用：（1）由220V交流电源可获得0-50V可调直流电源，既可以直接使用，也可对蓄电池充电；（2）由220V交流电源可获得可调交流电；（3）由蓄电池通过开关电源可获得0-50V可调直流电源；（4）由蓄电池通过逆变可获得220V交流；（5）各种功能可自由切换。

此电源装置可以满足复杂用电的要求，特别是实验教学、科研工作、维修工作中可以得到很好的应用，有较高研究价值，市场前景较好。

1 研究内容与方法

1.1 研究目标就是实现一种电源装置满足多种电能使用条件，避免购买多种电源造成浪费，方便用户使用，弥补电源市场供应品种的不全。

1.2 研究内容：

（1）控制电路的设计制作，主要是触发信号的产生、调节、保护信号与控制信号的采集与处理；

（2）切换电路的设计，主要是实现可靠性切换，采用单片机控制；

（3）电能变换主电路的设计、关键是参数计算、器件选用；

（4）电能变换电路的复用；

整机功率500W，直流电压稳压精度0.5%，交流稳压精度1%，频率50±0.5Hz。

1.3 研究方法

针对本项目成立专门研究小组，由3名2015级热爱研究的电气工程及其自动化专业的同学组成。（1）研究小组各成员进行分工合作，除平时按照分工各自研究外，每周至少一次召集研究小组成员进行交流、讨论，以便掌握研究的进度和及时改进方法；（2）根据研究内容及时搜集相关资料、拟定研制方案；（3）分析研究并设计开关电源电路；（4）设计制作PCB板并选定开关电源所用元器件；（5）反复调试并找出电路的最佳参数。

2 电路设计与实现

2.1 装置要实现的主要功能

（1）作为双向DC-DC变换器使用：将一种电压级别的电能经过换能电路可以变换成另一种电压级别的直流电能，电能变换电路采取高速低损耗开关器件，其目的是提高电能变换效率，同时可以减小选用的器件体积，使装置更加紧凑。

（2）作为DC-AC逆变电源功能：将一种电压级别的直流电能，通过换能电路，采用脉冲等效原理和高频开关控制方式，变成50Hz、220V电能输出或可调交流输出。对于大多数电器，一般采取市电供电，采用输出220V、50Hz时，可满足在市电停电时，可以采用储能装置（蓄电池）供电，也可以作为不间断电源使用。

（3）作为AC-DC逆变电源功能：将变成50Hz、220V电能作为输入，通过换能电路，变成0-50V可调直流电源，可以调节到相应电压级别，可以直接使用，也可以对蓄能装置储能。

图1为开关电源的工作原理框图，由电能输入/输出电路（2个）、双向电能变换电路、采样电路、控制信号电路、切换电路组成。电能输入/输出电路有2两个，可以实现双向换能、双向电能变换电路有两个H桥，既可以做逆变电路使用，也可以做同步整流桥使用，采样电路主要采集电压、电流、温度等信号，以便实现调节和保护；控制信号电路主要是处理采集的信号，实现合适的输出电压和电流以及使保护电路动作；切换电路主要实现改变电源的工作模式，以便获得所需要的电压级别和电能形式。

2.2 电路设计

根据整个装置要实现的功能，将其分成若干个功能单元，针对每个单元的作用，设计出功能电路，并详细计算出元件参数，确定元器件型号规格，采购元器件，然后画出原理图，并根据元器件外形封装画出PCB图。

2.3 装置制作与调试

元器件准备好后，将设计好的PCB进行加工，焊接元件，逐个单元测试，达到要求后，进行整体组装并测试。

限，不在此一一列举。

3 总结

通过设计、制作以及测试，指标性能够满足设计要求，并有以下创新点：

（1）实现双向换能；

（2）实现双向可调；

（3）交、直流兼顾；

（4）主电路复用，逆变和整流功能通过电路切换实现，电路简化且减少元器件使用；

（5）效率高、安全可靠、各种工作状态可自由切换，适应面广。

【参考文献】

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[4]楊春华.正弦波逆变电源的研究与设计[D].东华大学，2009.

[5]EGS002正弦波逆变器使用手册[Z].2011.

[责任编辑：朱丽娜]