專利名稱：Pwm斬波數(shù)控交流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PWM斬波數(shù)控交流電源。
背景技術(shù)：
交流穩(wěn)壓電源是能為負載提供穩(wěn)定交流電源的電子裝置，又稱交流穩(wěn)壓器。由于市電供電壓因各種原因而不穩(wěn)定，特別是有些供電場所電壓波動幅度很大，從而影響用電設(shè)備的正常工作，還可能造成用電設(shè)備損壞，而交流穩(wěn)壓器是一種能夠使用電設(shè)備的工作電壓基本穩(wěn)定的穩(wěn)壓設(shè)備。交流穩(wěn)壓電源作為交流供電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，在當(dāng)今的生產(chǎn)生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。常有的交流穩(wěn)壓電源有:參數(shù)調(diào)整型、自耦調(diào)整型、開關(guān)型交流穩(wěn)壓電源。采用不同的方案會有不同的輸出功效，因此對于穩(wěn)壓電源自身的損耗問題，也引起了人們的重視。交流穩(wěn)壓電源一般都包括三角波發(fā)生電路、PWM波產(chǎn)生電路和同步檢查與控制電路?，F(xiàn)有的三角波產(chǎn)生電路常常采用由比較器構(gòu)成的方波比較電路，再利用積分電路產(chǎn)生三角波。但該方案產(chǎn)生波形粗糙，幅值不穩(wěn)定，電路調(diào)節(jié)復(fù)雜，從而使得穩(wěn)壓電源輸出不穩(wěn)定，輸入輸出的一致性比較差。現(xiàn)有的PWM波產(chǎn)生電路中，其脈寬調(diào)制信號通常由專用集成芯片SG3525產(chǎn)生，通過單片機控制芯片的參考電壓，產(chǎn)生輸出受單片機控制的脈沖寬度調(diào)制波，但是單片機控制電壓、頻率變化范圍較窄?，F(xiàn)有的同步檢查與控制電路中，利用二進制繞組的不同串聯(lián)方式把二進制繞組中電壓值Uo最小的繞組電壓作為調(diào)整電壓，以得到最高調(diào)整電壓為的調(diào)整電壓范圍因為二進制變壓器成本高，制作麻煩，不易操作，使得穩(wěn)壓電源的制造成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種PWM斬波數(shù)控交流電源，以提高電源輸入輸出的一致性和輸出電源的穩(wěn)定性、降低成本。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案。PWM斬波數(shù)控交流電源，其結(jié)構(gòu)特點是，包括三角波發(fā)生電路、PWM波產(chǎn)生電路、同步檢查及控制電路、單片機、電源電路、顯示電路、隔離及驅(qū)動電路和斬波電路；所述三角波發(fā)生電路與所述PWM波產(chǎn)生電路相連接，三角波發(fā)生電路將生成的三角波輸入至PWM波產(chǎn)生電路；所述PWM波產(chǎn)生電路與所述單片機和同步檢查及控制電路相連接，PWM波產(chǎn)生電路在單片機的控制下產(chǎn)生PWM波并將PWM波輸入至同步檢查及控制電路；所述同步檢查及控制電路與所述隔離及驅(qū)動電路相連接，同步檢查及控制電路產(chǎn)生與220V工頻頻率相同且相位相同和相差180度的兩路矩形波；所述隔離及驅(qū)動電路與所述斬波電路相連接，隔離及驅(qū)動電路用于隔離電源的強電和弱電控制部分并驅(qū)動斬波電路的絕緣柵雙極型晶體管；所述斬波電路與所述顯示電路相連接，用于根據(jù)PWM波產(chǎn)生單相正弦波交流電；所述顯示電路與單片機和斬波電路相連接，顯示電路用于實時顯示所述斬波電路輸出的交流電壓。所述三角波發(fā)生電路包括運算放大器U1、運算放大器U2、電阻Rl R5、電容Cl和二極管Dl ;所述三角波發(fā)生電路和所述PWM波產(chǎn)生電路之間還設(shè)置有分壓電路和加法電路。所述PWM波產(chǎn)生電路包括電壓比較器U4和上拉電阻R12。所述同步檢查及控制電路包括降壓電路、比較電路和緩沖電路；所述降壓電路包括降壓變壓器Tl ;所述比較電路包括比較器U5、比較器U6、電阻R13和電阻R14 ;所述緩沖電路包括三極管Q1、三極管Q2、電阻R15 R18。所述隔離及驅(qū)動電路包括或非門U7、或非門U8、電阻R19 R24、光電耦合器U9、光電耦合器UI O、三極管Q3和三極管Q4。所述斬波電路包括隔離變壓器T2、絕緣柵雙極型晶體管Q5、絕緣柵雙極型晶體管Q6、二極管D2、二極管D3、電感L1、電容C3和電阻R29。所述電源電路包括整流橋D4、整流橋D5、變壓器T3、電容ClO C12、電容C14 C19、電阻R25 R28、穩(wěn)壓器Ull U13。本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源還具有以下技術(shù)特點。所述電壓比較器U4為雙電壓比較器集成電路LM393。所述比較器U5和比較器U6為雙電壓比較器LM393AD。所述穩(wěn)壓器Ull為降壓型線性穩(wěn)壓器LM337，穩(wěn)壓器U12為可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器LM317，穩(wěn)壓器U13為三端穩(wěn)壓集成電路LM7805。所述單片機U14為微控制器AT89S52。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源，采用運算放大器和二極管等組件構(gòu)成三角波發(fā)生電路，電路結(jié)構(gòu)簡單容易焊接，輸出波形穩(wěn)定可調(diào)，可靠性高；采用比較器電路作為PWM波產(chǎn)生電路，單片機輸出的直流電壓經(jīng)LM393構(gòu)成的比較器電路產(chǎn)生PWM波，該方案精確度高，頻率比范圍寬，可由單片機直接控制；同步檢查及控制電路包括降壓電路、比較電路和緩沖電路，輸入交流電壓為220V，經(jīng)過同步變壓器T后，通過比較器LM393和模擬反向器分別形成兩路互為倒相的方波，寬度為180度，分別對應(yīng)正弦波的正半周和負半周輸出，電路結(jié)構(gòu)簡單，制作容易且成本低。利用單片機作為控制器，將輸入為220V工頻市電，控制為步進0.5V可調(diào)穩(wěn)定交流輸出，且輸出頻率與輸出保持一致,輸出電壓穩(wěn)定。輸出電壓按單片機系統(tǒng)可增可減，輸出電流達220mA，以提高帶輸出負載能力，同時要求交流電壓的輸出實時顯示；與現(xiàn)有的交流電源相比，電路結(jié)構(gòu)更為簡單，制造成本更低。


圖1為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的三角波產(chǎn)生電路的電路圖。圖3為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的分壓電路的電路圖。圖4為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的加法電路的電路圖。圖5為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的PWM波產(chǎn)生電路的電路圖。圖6為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的同步檢查及控制電路的電路圖。圖7為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的隔離及驅(qū)動電路的電路圖。圖8為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的斬波電路的電路圖。
圖9為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的電源電路的電路圖。圖10為本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源的顯示電路和單片機系統(tǒng)的電路圖。以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施例方式參見圖1，PWM斬波數(shù)控交流電源，包括三角波發(fā)生電路、PWM波產(chǎn)生電路、同步檢查及控制電路、單片機、電源電路、顯示電路、隔離及驅(qū)動電路和斬波電路；所述三角波發(fā)生電路與所述PWM波產(chǎn)生電路相連接，三角波發(fā)生電路將生成的三角波輸入至PWM波產(chǎn)生電路；所述PWM波產(chǎn)生電路與所述單片機和同步檢查及控制電路相連接，PWM波產(chǎn)生電路在單片機的控制下產(chǎn)生PWM波并將PWM波輸入至同步檢查及控制電路；所述同步檢查及控制電路與所述隔離及驅(qū)動電路相連接，同步檢查及控制電路產(chǎn)生與220V工頻頻率相同且相位相同和相差180度的兩路矩形波；所述隔離及驅(qū)動電路與所述斬波電路相連接，隔離及驅(qū)動電路用于隔離電源的強電和弱電控制部分并驅(qū)動斬波電路的絕緣柵雙極型晶體管；所述斬波電路與所述顯示電路相連接，用于根據(jù)PWM波產(chǎn)生單相正弦波交流電；所述顯示電路與單片機和斬波電路相連接，顯示電路用于實時顯示所述斬波電路輸出的交流電壓。首先由三角波發(fā)生電路產(chǎn)生三角波并傳送給PWM波產(chǎn)生電路，PWM波產(chǎn)生電路單片機提供的控制電壓和三角波發(fā)生電路輸出的三角波進行比較，可在不同控制電壓的情況下得到不同占空比的PWM波。PWM波傳送至同步檢查及控制電路，由同步檢查及控制電路產(chǎn)生兩路矩形波:其中一路頻率和相位都與220V工頻的頻率和相位相同，另一路的頻率與220V工頻的頻率相同，但相位與220V工頻的相位相差180度。兩路矩形波和PWM波都輸入至隔離及驅(qū)動電路，由隔離及驅(qū)動電路隔離強電和弱電部分，并輸出兩路驅(qū)動信號來驅(qū)動斬波電路中的兩個絕緣柵雙極型晶體管Q5和Q6。斬波電路對輸入的交流電進行處理，在其電阻R29上得到完整的經(jīng)過調(diào)制的單相正弦波交流電，該交流電的有效值通過隔離及驅(qū)動電路提供的兩路調(diào)節(jié)脈沖的占空比進行改變。斬波電路將單相正弦波交流電的電壓值通過液晶顯示器進行顯示，顯示電路同時還由單片機來控制。電源電路外接220V交流電，將220V交流電降壓、整流濾波后獲得的低壓直流電提供給單片機，以作為單片機的外部電源驅(qū)動單片機。所述三角波發(fā)生電路包括運算放大器U1、運算放大器U2、電阻Rl R5、電容Cl和二極管Dl ;所述三角波發(fā)生電路和所述PWM波產(chǎn)生電路之間還設(shè)置有分壓電路和加法電路。三角波產(chǎn)生電路如圖2所示，其采用滯回比較器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波，該部分主要由Ul結(jié)合外圍電路構(gòu)成，產(chǎn)生的矩形波通過U2、R2和Cl構(gòu)成的積分電路產(chǎn)生三角波。三角波產(chǎn)生電路產(chǎn)生的三角波輸入由電容C2、電阻R6和R7構(gòu)成的分壓電路，該分壓電路如圖3所示。由分壓電路通過高精度電阻R6和R7進行分壓，對該三角波進行衰減，電容C2為耦合電容。所述分壓電路將衰減后的三角波輸入由運算放大器U3、電阻R8 Rll構(gòu)成的加法電路。加法電路是由運放U3構(gòu)成的同相加法電路，該加法電路如圖4所示。通過該同相加法電路，衰減后的三角波疊加了直流分量V2。加法電路將疊加了直流分量三角波傳送給PWM波產(chǎn)生電路。所述PWM波產(chǎn)生電路包括電壓比較器U4和上拉電阻R12。
如圖5所示的比較器電路即為PWM波產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生PWM波，通過單片機提供的控制電壓和輸出的三角波進行比較，可在不同控制電壓的情況下得到不同占空比的PWM波，R12為上拉電阻。脈寬調(diào)制信號先由振蕩電路產(chǎn)生三角波，由于該三角波可能含有直流分量，故通過耦合電容把它轉(zhuǎn)化為純交流，為了考慮100%脈沖寬度調(diào)制，需先經(jīng)分壓電路減小峰峰值后由加法電路抬高三角波幅值，使其峰值達到5V，然后通過LM393構(gòu)成的比較電路產(chǎn)生可100%調(diào)制的PWM波。電壓比較器U4選用雙電壓比較器集成電路LM393。所述同步檢查及控制電路包括降壓電路、比較電路和緩沖電路；所述降壓電路包括降壓變壓器Tl ;所述比較電路包括比較器U5、比較器U6、電阻R13和電阻R14 ;所述緩沖電路包括三極管Q1、三極管Q2、電阻R15 R18。同步檢查及控制電路如圖6所示，其主要作用即是產(chǎn)生與220V工頻頻率相同，且相位相同和相差180度的兩路矩形波。該電路由降壓電路、比較電路和緩沖電路構(gòu)成。圖6中Tl為降壓變壓器，把220V工頻降低為12V交流。圖6中的兩虛線的中間部分為比較電路，比較器U5、比較器U6選用雙電壓比較器LM393AD，R13和R14為上拉電阻，降壓輸出分別接比較器的同相和反向輸入端進行過零比較，可獲得相位相差180度的兩路矩形波，且其中一路矩形波和輸入交流相位相同。兩路矩形波中，其中一路頻率和相位都與220V工頻的頻率和相位相同，另一路的頻率與220V工頻的頻率相同，但相位與220V工頻的相位相差180度。虛線最右側(cè)為緩沖電路，為三極管構(gòu)成的開關(guān)電路。所述隔離及驅(qū)動電路包括或非門U7、或非門U8、電阻R19 R24、光電耦合器U9、光電耦合器UI O、三極管Q3和三極管Q4。隔離及驅(qū)動電路如圖7所示，其主要為了隔離強電和弱電控制部分，并驅(qū)動斬波電路的兩個絕緣柵雙極型晶體管Q5和Q6。電路輸入為PWM和同步檢查及控制電路的輸出，通過P麗和同步檢查及控制電路的輸出分別進行或非操作，在U7和U8輸出可得到50HZ矩形波調(diào)制的波形，僅高電平被調(diào)制。調(diào)制過得兩路輸出通過U9和UlO光電耦合器隔離輸出，然后通過Q3和Q4增加驅(qū)動能力驅(qū)動斬波電路中的IGBT- Q5和Q6。圖7中，虛線左側(cè)部分的電路起隔離功能，虛線右側(cè)部分的電路齊驅(qū)動作用。所述斬波電路包括隔離變壓器T2、絕緣柵雙極型晶體管Q5、絕緣柵雙極型晶體管Q6、二極管D2、二極管D3、電感L1、電容C3和電阻R29。斬波電路如圖8所示，其中T2為I比I變壓器，起隔離作用。Q5和Q6為IGBT，D2和D3為快恢復(fù)的保護二極管。D2與Q5并聯(lián)，D3與Q6并聯(lián)。當(dāng)輸入交流電處于正半周時，經(jīng)隔離及驅(qū)動電路的Q3集電極輸出的方波信號施加于Q5的柵極和源極，交流電經(jīng)Q5、L1、D3、R29構(gòu)成回路。當(dāng)輸入交流電處于負半周時，隔離及驅(qū)動電路的Q4集電極輸出的方波信號加于Q6的柵極和源極，交流電經(jīng)Q6、L1、D2、R29構(gòu)成回路。從而，在R29上得到一完整的經(jīng)過調(diào)制的單相正弦波交流電，有效值通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比進行改變。所述電源電路包括整流橋D4、整流橋D5、變壓器T3、電容ClO C12、電容C14 C19、電阻R25 R28、穩(wěn)壓器Ull U13。電源電路如圖9所示，220V交流電經(jīng)變壓器T3降壓為18V，然后經(jīng)整流橋和濾波電容整流濾波后輸入至穩(wěn)壓器，其中Ull優(yōu)選降壓型線性穩(wěn)壓器LM337，U12優(yōu)選可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器LM317，U13優(yōu)選三端穩(wěn)壓集成電路LM7805。Ull和U12構(gòu)成的調(diào)壓電路通過改變電阻R25和R26可實現(xiàn)電壓在正負20V可調(diào)。這個20V內(nèi)可調(diào)的直流電壓為其余各電路提供電源。+5V電壓通過U13直接穩(wěn)壓得到。U13為單片機提供穩(wěn)定的+5V直流電壓，以驅(qū)動單片機系統(tǒng)。顯示電路和單片機系統(tǒng)如圖10所示，包括電容C20 C22、電阻R30、單片機U14、A/D轉(zhuǎn)換器U15、D/A轉(zhuǎn)換器U16、液晶顯示器IXD1。圖10的電路由單片機最小系統(tǒng)、數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和顯示電路等構(gòu)成。其中:單片機U14采用AT89S52 ；U15為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC549，可實現(xiàn)交流輸出的采樣進而實現(xiàn)閉環(huán)動態(tài)控制；U16為TLC5615為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，通過按鍵實現(xiàn)數(shù)字量的加減，可使單片機控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)5V內(nèi)不同電壓的輸出，調(diào)制PWM波。顯示電路使用液晶顯示器IXD1，顯示設(shè)置值可實際值。本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源，利用單片機控制系統(tǒng)，將輸入為220V工頻市電，控制為步進0.5V可調(diào)穩(wěn)定交流輸出，且輸出頻率與輸出保持一致，輸出電壓穩(wěn)定。輸出電壓按單片機系統(tǒng)可增可減，輸出電流達220mA，以提高帶輸出負載能力，同時要求交流電壓的輸出實時顯示；與現(xiàn)有的交流電源相比，電路結(jié)構(gòu)更為簡單，制造成本更低。
權(quán)利要求
1.PWM斬波數(shù)控交流電源，其特征是，包括三角波發(fā)生電路、PWM波產(chǎn)生電路、同步檢查及控制電路、單片機U14、電源電路、顯示電路、隔離及驅(qū)動電路和斬波電路；所述三角波電路與所述PWM波產(chǎn)生電路相連接，三角波發(fā)生電路將生成的三角波輸入至PWM波產(chǎn)生電路；所述PWM波產(chǎn)生電路與所述單片機和同步檢查及控制電路相連接，PWM波產(chǎn)生電路在單片機的控制下產(chǎn)生PWM波并將PWM波輸入至同步檢查及控制電路；所述同步檢查及控制電路與所述隔離及驅(qū)動電路相連接，同步檢查及控制電路產(chǎn)生與220V工頻頻率相同且相位相同和相位差180°的兩路矩形波；所述隔離及驅(qū)動電路與所述斬波電路相連接，隔離及驅(qū)動電路用于隔離電源的強電和弱電控制部分并驅(qū)動斬波電路的絕緣柵雙極型晶體管；所述斬波電路與所述顯示電路相連接，用于根據(jù)PWM波產(chǎn)生單相正弦波交流電；所述顯示電路與單片機和斬波電路相連接，顯示電路用于實時顯示所述斬波電路輸出的交流電壓； 所述三角波發(fā)生電路包括運算放大器U1、運算放大器U2、電阻Rl R5、電容Cl和二極管Dl ;所述三角波發(fā)生電路和所述PWM波產(chǎn)生電路之間還設(shè)置有分壓電路和加法電路； 所述PWM波產(chǎn)生電路包括電壓比較器U4和上拉電阻R12 ； 所述同步檢查和控制電路包括降壓電路、比較電路和緩沖電路；所述降壓電路包括降壓變壓器Tl ;所述比較電路包括比較器U5、比較器U6、電阻R13和電阻R14 ;所述緩沖電路包括三極管Q1、三極管Q2、電阻R15 R18。
所述隔離與驅(qū)動電路包括或非門U7、或非門U8、電阻R19 R24、光電耦合器U9、光電耦合器UlO、三極管Q3和三極管Q4。
所述斬波電路包括隔離變壓器T2、絕緣柵雙極型晶體管Q5、絕緣柵雙極型晶體管Q6、二極管D2、二極管D3、電感L1、電容C3和電阻R29。
所述電源電路包括整流橋D4、整流橋D5、變壓器T3、電容ClO C12、電容C14 C19、電阻R25 R28、穩(wěn)壓器Ull U13。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM斬波數(shù)控交流電源，其特征是，所述電壓比較器U4為雙電壓比較器集成電路LM393。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM斬波數(shù)控交流電源，其特征是，所述比較器U5和比較器U6為雙電壓比較器LM393AD。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM斬波數(shù)控交流電源，其特征是，所述穩(wěn)壓器Ull為降壓型線性穩(wěn)壓器LM337，穩(wěn)壓器U12為可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器LM317，穩(wěn)壓器U13為三端穩(wěn)壓集成電路LM7805。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM斬波數(shù)控交流電源，其特征是，所述單片機U14為微控制器 AT89S52。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種PWM斬波數(shù)控交流電源，包括三角波發(fā)生電路、PWM波產(chǎn)生電路、同步檢查及控制電路、單片機、電源電路、顯示電路、隔離及驅(qū)動電路和斬波電路；三角波發(fā)生電路與PWM波產(chǎn)生電路相連接；PWM波產(chǎn)生電路與單片機和同步檢查及控制電路相連接；同步檢查及控制電路與隔離及驅(qū)動電路相連接；隔離及驅(qū)動電路與斬波電路相連接；斬波電路與顯示電路相連接；顯示電路與單片機和斬波電路相連接。本發(fā)明的PWM斬波數(shù)控交流電源，具有電源輸入輸出的一致性好、輸出穩(wěn)定性高、電路簡單、成本低等優(yōu)點。
文檔編號H02M5/293GK103117662SQ201310075330
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者丁健, 汪俊, 張錦, 蘇和堂, 趙玉霞 申請人:滁州學(xué)院