专利名称：一种用于无输入整流交流电子负载或高频电源的功率电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电气设备技术领域，涉及一种测量仪器的检测电路，具体涉及一种用 于无输入整流交流电子负载或无输入整流高频电源的功率电路。
背景技术：
目前国内外的交流电子负载，种类繁多，但还停留在对交流电进行测试时必须使 用输入整流管、功率电阻、体积庞大的电抗器基础上去做测试设备的功率回路。以前的方法 最致命缺陷就是对要设置的功能很不灵活，很难在一个基本结构上去实现多种功能，体积 又相当的庞大对使用场地和设计的灵活性有很大的限制。另外现在的电源也都需要输入整流元件，导致整流接点损耗始终无法彻底排除。 此反馈型作为电源输入端的功率电路时，只有线路的阻抗损耗，完全没有整流元件的接点 损耗，在提倡绿色环保、低碳技术的今天，此结构离绿色低碳技术更近了一步。还有目前专用的ALC控制芯片还无法做到在允许很宽范围输入时达到输出幅度 一直保持不变，而且在输出幅度很低时芯片所含的直流成份也比较高，不能直接使用在高 端的设备中。此专用电路有电压电流基准波形设置灵活、稳定、在纯交流输入时输出的直流 量可以灵活调整的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中功率电路设计复杂、电子元件多、体积庞大等 不足之处，提供一种用于无输入整流元件交流电子负载或无输入整流元件高频电源的功率 电路。本发明实现其目的采用的技术方案是一种用于无输入整流元件交流电子负载或 无输入整流元件高频电源的功率电路，所述功率电路包括由两个相同的基本功率单元连接 组成的一个一级交流功率单元，所述一级交流单元中的两个基本功率单元的输入端分别作 为被测电压的输入端，两基本功率单元的另一端作为公共连接端连接在一起。所述一级功率单元中还配合一个具有专用的ALC自动电平控制电路的模拟单元， 所述ALC自动电平控制电路中包含一个被测试交直流电压输入端、一个可编辑直流基准输 入端、一个分压基准信号输出端、一个固定输出幅度的交流或直流基准信号输出端、两个缓 冲器U1、U2、一个多挡位缓冲单元、反馈交流有效值转换直流单元、误差比较单元TO、误差 正负分离电路U3、U4、输入增益调整单元Q3、Q4。所述功率电路包括由两个或两个以上所述一级交流功率单元连接形成的二级交 流功率单元。所述二级交流功率单元中，每个一级交流功率单元的两输入端首尾顺序连接，即 形成闭合型多相二级交流功率单元。或者，所述二级交流功率单元中，每个一级交流功率单元的其中一个输入端连接， 另一端独立，即形成开放型多相二级交流功率单元。
上述技术方案中，所述基本功率单元为消耗型功率单元，其包含有一个被测试交 流相电压或直流正极电压输入端、一个基本功率电路公共连接端、一个电流控制功率级以 及与之对应的一个基准和模式切换端，其还包括一个或一个以上与所述电流控制功率级串 联的平均分压控制功率级，且每个平均分压控制功率级分别设有对应的隔离基准电压传感 电路单元。或者，所述基本功率单元为PFC回馈型功率单元，其包含有一个被测试交流相电 压或直流正极电压输入端、一个基本功率电路公共连接端、一个一级开关管、一个PFC专用 芯片、一个负半周控制功率管、一个一级升压电感。或者，所述基本功率单元为反激电源回馈型功率单元，其包含有一个被测试交流 相电压或直流正极电压输入端、一个基本功率电路公共连接端、一个一级开关管、一个PWM 专用芯片、一个负半周控制功率管、一个一级隔离变压器。本发明采用上述技术方案后，通过设置两个完全相同的基本功率单元形成一级交 流功率单元，以及通过若干个一级交流功率单元的组合来实现单相、多相输入交流电压、多 组直流输入电压的检测，避免使用输入整流元件，应用在检测设备中能使检测设备具有功 能强大、设置灵活、体积小、绿色环保、测试电压范围宽、没有输入整流管的接点损耗(在低 压大电流交流测试有更大的优势)等特点。本发明的优点主要体现在1).符合21世纪环保产品的总体要求，损耗接点少低压时效率高，是一种不需要 输入整流元件的真正交直流电子负载。2).提供了多种在开发时很灵活的终端功率回路装置，可以用此装置进行与软件 的配合，灵活设置自己的功能要求。3).本发明功率电路可从根本上减小了产品的体积，没有了占据很大空间的电抗 器和功率电阻。4).可以很灵活的实现恒流模式、恒阻模式、恒压模式、恒功率、整流模式、脉冲模 式、容性负载模式、感性负载模式、短路模式、直流防反接、人为编辑的任意加载模式等等。5).交流电压加载频率范围宽(0 2. 5KHz)，可以加载任意输入交流波形(比如 正弦波、方波、三角波、锯齿波等)。6).在实现消耗型时可以通过增加串联功率管级数的方式提高输入承受电压范围。7).消耗型可以测试0. 1 500VRms或更宽范围的测试电压，直接用增加功率管串 联方式来提高输入电压的测试范围。8).消耗型通过串联两级功率电路控制可以有效防止电路在建立测试状态之前的 振荡现象，这样可以适应测试各种模式工作的电源。9).很方便的通过硬件实现功率电路软启动，减少了被测试电压接入时对功率回 路的大电流冲击。10).专用的自动电平控制ALC电路保证了在稳定电压幅度的基础上，电压波形完 全与输入电压波形一致，然后可以通过单片机对此基准信号随意的进行编辑工作电流波形 (及PF、CF值等)或加载电压波形。
图1是本发明一级交流功率单元的原理框图；图2是本发明一种二级交流功率单元的原理框图；图3是本发明另一种二级交流功率单元的原理框图；图4是本发明ALC自动电平控制电路的电路原理图；图5是本发明一种消耗型基本功率单元的电路原理图；图6是本发明一种PFC回馈型基本功率单元的电路原理图；图7是本发明一种反激回馈型基本功率单元的电路原理图。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。首先，如图1所示，一种用于无输入整流交流电子负载或无输入整流高频电源的 功率电路，所述功率电路包括由两个相同的基本功率单元10连接组成的一级功率单元1， 所述一级功率单元1中的两个基本功率单元10的输入端分别作为被测电压的输入端，两基 本功率单元10的另一端作为公共连接端连接在一起。所述一级功率单元1中还包括一 ALC 自动电平控制电路11，再结合图4所示，所述ALC自动电平控制电路11中包含一个被测试 交直流电压输入端119、一个可编辑直流基准输入端117、一个分压基准信号输出端112、一 个固定输出幅度的交流或直流基准信号输出端118、两个缓冲器Ul、U2、一个多挡位缓冲单 元1110、反馈交流有效值转换直流单元1111、误差比较单元TO、误差正负分离电路U3、U4、 输入增益调整单元Q3、Q4。ALC自动电平控制电路11的工作过程如下将被测电压的信号经过电阻分压送入 缓冲器U1，然后分两路输出，一路送U2去实现实时均衡串联功率分压，一路送多挡位控制 的缓冲单元1110。多挡位缓冲器的信号送入放大电路Ql、Q2，然后分别由上下增益受控晶 体管Ql、Q2负责将正负半周的信号送入下一级Q5 Q8，将正负半周的交流信号合并完整 周期的信号继续分两路输出。一路作为交流或直流基准信号送入固定输出幅度的交流或直 流基准信号输出端118，另一路送入有效值转直流高精度转换电路单元1111。在有效值转 换为直流后将送入下一级误差比较单元U5与键盘设置的电压作比较，然后将比较的差值 由误差正负分离电路U3、U4送入输入增益调整单元Q3、Q4的正和负电压的负反馈端，由此 电压去调整Ql、Q2的增益，最后达到输出稳定的目的。ALC自动电平控制电路11主要是给功率电路提供在0 5KHz以内幅度稳定的 基准信号，为了保证在0 5KHz范围内信号幅度一致，所以将ALC电路的带宽提升到了 200KHZ，并且采用的是直流偶合方式，有效的避免了非线性偶合元件对不同频率输出幅度 的影响。本发明中，所述的基本功率单元10可以为如图5所示只能做电子负载的消耗型基 本功率单元，其包含有一个被测试交流相电压或直流正极电压输入端G1、一个基本功率电 路公共连接端HI、一个电流控制功率级Q11以及与之对应的一个基准和模式切换端A1，其 还包括一个或一个以上与所述电流控制功率级Q11串联的平均分压控制功率级Q12、Q13， 且每个平均分压控制功率级Q12、Q13分别设有对应的隔离基准电压传感电路单元B1、C1。上述基本功率单元由一级电流控制功率Q11或增加一级至多级串联功率管(如Q12、Q13)组成一个单元，在开发低压功率电路时可以只用一级电流控制功率管Q1担任工 作；在开发更高电压的功率电路时可以由多级平均分压控制功率管Q12、Q13与电流控制级 Q11串联组成回路来担任工作。在每一级平均分压控制功率级Q12、Q13都有隔离的基准信号输入和模式切换单 元电路(图5中的基准和模式切换、隔离基准电压传感电路单元)，专用分压或恒压基准负 责将基准送到每一级串联功率电路按比例进行分压调整。分压、恒压基准信号及切换电路 主要在不同模式下对基准信号的切换及编辑，而隔离电压传感单元电路主要是将编辑好的 基准电压幅度信号同时隔离传送给每一级串联功率电路单元，然后按不同的模式进行平均 分压，以达到每一级承受功率相等。在不需要串联功率电路单元时就不会用到分压基准和 隔离电压传感电路，此时直接将编辑好的基准送入第一级电流控制功率Q11或Q11 Q13 电路去实现各种工作模式。将两个图5所示的基本功率单元的基本功率电路公共连接端HI连接在一起即组 成如图1所示的一级交流回路功率单元1，其为一个单相交流回路或两组直流功率电路，分 别由两个G1端输入单相交流或G1端与公共连接端输入两组直流正极电压，可以再配合具 有专用ALC自动电平控制电路11的模拟单元以及执行单片机、指令单片机、通讯接口、键 盘、显示模块等硬件设置构成一完整的检测模块。或者，以图1中所示的一级交流回路功率单元1为基础单元，将若干个一级交流功 率单元1连接，可形成如图2所示的闭合型多相二级交流功率单元，其是由每个一级交流交 流回路功率单元1的两输入端首尾顺序连接而成；也可形成如图3所示的开放型多相二级 交流功率单元，其是由每个一级交流回路功率单元1的其中一个输入端连接、另一端独立 而形成。采用图5所示基本功率单元所形成的检测电路的优点是可以很宽范围的测试交 流输入电压，为科研机构、研发部门生产等提供了很方便的测试。本发明中，所述的基本功率单元10可以为如图6所示的一种PFC回馈型基本功率 单元，其包含有一个被测试交流相电压或直流正极电压输入端G2、一个基本功率电路公共 连接端H2、一个一级开关管Q21、一个PFC专用芯片、一个负半周控制功率管Q22、一个一级 升压电感L21。其工作原理是将交流正半周电压或直流正极电压由PFC电路稳压输出给 下一级直流转交流回路提供工作的母线电压，同时负半周的相同结构PFC稳压输出与这路 进行并联输出。同理将两个图6所示的基本功率单元的基本功率电路公共连接端H2连接在一起 即组成如图1所示的一级交流功率单元1，其为一个单相交流回路或两组直流功率电路，分 别由两个G2端输入单相交流或G2端与公共连接端输入两组直流正极电压，再配合具有ALC 自动电平控制电路11的模拟单元以及执行单片机、指令单片机、通讯接口、键盘、显示模块 等硬件设置构成一完整的检测模块。或者，若干个采用图6所示的基本功率单元10连接组成的一级个交流功率单元1 连接，可形成如图2所示的闭合型多相二级交流回路功率单元，其是由每个一级功率单元 1的两输入端首尾顺序连接而成；也可形成如图3所示的开放型多相二级交流回路功率单 元，其是由每个一级交流回路功率单元1的其中一个输入端连接、另一端独立而形成。采用图6所示的回馈型基本功率单元所设计的检测电路的优点是可以实现功率
6大效率高，适合于长期老化测试和对供电设备冲击性能等测试。本发明中，所述的基本功率单元10可以为如图7所示的另一种反激回馈型基本功 率单元，其包含有一个被测试交流相电压或两组与公共连接端H3之间输入直流正极电压 输入端G3、一个基本功率电路公共连接端H3、一个一级开关管Q31、一个PWM专用芯片、一个 负半周控制功率管Q32、一个一级隔离变压器T31。其主要工作原理是将交流正半周电压 或直流正极电压由一级隔离变压器T31整流稳压后传输给下一级直流转交流回路提供工 作的母线电压，同时负半周输出相同结构的稳压输出与这路进行并联输出。同理将两个图7所示的基本功率单元的基本功率电路公共连接端H3连接在一起 即组成如图1所示的一级交流回路功率单元1，其为一个单相交流回路或两组直流功率电 路，分别由两个G3端输入单相交流或两组与公共连接端H3之间输入直流正极电压输入端 G3，再配合具有ALC自动电平控制电路11以及执行单片机、指令单片机、通讯接口、键盘、显 示模块等硬件设置构成一完整的检测模块。或者，若干个采用图7所示的基本功率单元10连接组成的一级功率单元1连接， 可形成如图2所示的闭合型多相二级交流功率单元，其是由每个一级功率单元1的两输入 端首尾顺序连接而成；也可形成如图3所示的开放型多相二级交流功率单元，其是由每个 一级交流功率单元1的其中一个输入端连接、另一端独立而形成。采用图7所示的回馈型基本功率单元所设计的检测电路的优点是在测量较小功 率固定电压回馈型时可以做到更小体积，实现更高效率。
权利要求
1.一种用于无输入整流交流电子负载或高频电源的功率电路，其特征在于所述功率 电路包括由两个相同的基本功率单元(10)连接组成的一个一级交流功率单元(1)，所述一 级交流功率单元(1)中的两个基本功率单元(10)的输入端(G)分别作为被测电压的输入 端，两基本功率单元(10)的另一端(H)作为公共连接端连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种用于无输入整流交流电子负载或高频电源的功率电路， 其特征在于所述一级交流功率单元(1)还配合具有一 ALC自动电平控制电路(11)的模拟 单元，所述ALC自动电平控制电路(11)中包含一个被测试交直流电压输入端(119)、一个 输入差分放大单元(Q1、Q2)、一个可编辑直流基准输入端(117)、一个分压基准信号输出端 (112)、一个固定输出幅度的交流或直流基准信号输出端(118)、两个缓冲器(U1、U2)、一个 多挡位缓冲单元(1110)、反馈交流有效值转换直流单元(1111)、误差比较单元⑴5)、误差 正负分离电路(U3、U4)、输入增益调整单元(Q3、Q4)。
3.根据权利要求2所述的一种用于无输入整流交流电子负载或高频电源的功率电路， 其特征在于所述功率电路包括由两个或两个以上所述一级交流功率单元(1)连接形成的 二级交流功率单元(2)。
4.根据权利要求3所述的一种用于无输入整流交流电子负载或高频电源的功率电路， 其特征在于所述二级交流回路功率单元(2)中，每个一级交流功率单元(1)的两输入端首 尾顺序连接，即形成闭合型多相二级交流功率单元。
5.根据权利要求3所述的一种用于无输入整流交流电子负载或高频电源的功率电路， 其特征在于所述二级交流功率单元(2)中，每个一级交流功率单元(1)的其中一个输入端 连接，另一端独立，即形成开放型多相二级交流功率单元。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种用于无输入整流交流电子负载或高频 电源的功率电路，其特征在于所述基本功率单元(10)为消耗型功率单元，其包含有一个 被测试交流相电压或直流正极电压输入端(G1)、一个基本功率电路公共连接端(HI)、一个 电流控制功率级(Q11)以及与之对应的一个基准和模式切换端(A1)，其还包括一个或一个 以上与所述电流控制功率级(Q11)串联的平均分压控制功率级(Q12、Q13)，且每个平均分 压控制功率级(Q12、Q13)分别设有对应的隔离基准电压传感电路单元(B1、C1)。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种用于无输入整流交流电子负载或高 频电源的功率电路，其特征在于所述基本功率单元(10)为PFC控制回馈型功率单元，其 包含有一个被测试交流相电压或直流正极电压输入端(G2)、一个基本功率电路公共连接端 (H2)、一个一级开关管(Q21)、一个PFC专用芯片、一个负半周控制功率管(Q22)、一个一级 升压电感(L21)。
8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种用于无输入整流交流电子负载或高 频电源的功率电路，其特征在于所述基本功率单元(10)为反激电源回馈型功率单元，其 包含有一个被测试交流相电压或直流正极电压输入端(G3)、一个基本功率电路公共连接端 (H3)、一个一级开关管(Q31)、一个PWM专用芯片、一个负半周控制功率管(Q32)、一个一级 隔离变压器(T31)。
全文摘要
本发明属于电气设备技术领域，涉及一种用于无输入整流交流电子负载或无输入整流高频电源的功率电路，所述功率电路包括由两个相同的基本功率单元连接组成的一级交流功率单元，所述一级交流功率单元中的两个基本功率单元的输入端分别作为被测电压的输入端，两基本功率单元的另一端作为公共连接端连接在一起。在检测电路中使用本发明可避免使用输入整流管等元件，应用在检测设备和电源中具有功能强大、设置灵活、体积小、绿色环保、测试电压范围宽、没有输入整流元件的接点损耗和阀值电压以下没电流等缺点，实现了真正直接输入交流而不用输入整流元件的交流电子负载或无输入整流元件高频电源功率电路的目的。
文档编号H02M1/00GK102005904SQ20101050866
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者陈帮云 申请人:陈帮云