专利名称：Pwm斩波数控交流电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种PWM斩波数控交流电源。
背景技术：
交流稳压电源是能为负载提供稳定交流电源的电子装置，又称交流稳压器。由于市电供电压因各种原因而不稳定，特别是有些供电场所电压波动幅度很大，从而影响用电设备的正常工作，还可能造成用电设备损坏，而交流稳压器是一种能够使用电设备的工作电压基本稳定的稳压设备。交流稳压电源作为交流供电系统中的重要环节，在当今的生产生活中得到了越来越广泛的应用。常有的交流稳压电源有:参数调整型、自耦调整型、开关型交流稳压电源。采用不同的方案会有不同的输出功效，因此对于稳压电源自身的损耗问题，也引起了人们的重视。交流稳压电源一般都包括三角波发生电路、PWM波产生电路和同步检查与控制电路。现有的三角波产生电路常常采用由比较器构成的方波比较电路，再利用积分电路产生三角波。但该方案产生波形粗糙，幅值不稳定，电路调节复杂，从而使得稳压电源输出不稳定，输入输出的一致性比较差。现有的PWM波产生电路中，其脉宽调制信号通常由专用集成芯片SG3525产生，通过单片机控制芯片的参考电压，产生输出受单片机控制的脉冲宽度调制波，但是单片机控制电压、频率变化范围较窄。现有的同步检查与控制电路中，利用二进制绕组的不同串联方式把二进制绕组中电压值Uo最小的绕组电压作为调整电压，以得到最高调整电压为的调整电压范围因为二进制变压器成本高，制作麻烦，不易操作，使得稳压电源的制造成本较高。
发明内容
本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种PWM斩波数控交流电源，以提高电源输入输出的一致性和输出电源的稳定性、降低成本。本发明为解决技术问题采用以下技术方案。PWM斩波数控交流电源，其结构特点是，包括三角波发生电路、PWM波产生电路、同步检查及控制电路、单片机、电源电路、显示电路、隔离及驱动电路和斩波电路；所述三角波发生电路与所述PWM波产生电路相连接，三角波发生电路将生成的三角波输入至PWM波产生电路；所述PWM波产生电路与所述单片机和同步检查及控制电路相连接，PWM波产生电路在单片机的控制下产生PWM波并将PWM波输入至同步检查及控制电路；所述同步检查及控制电路与所述隔离及驱动电路相连接，同步检查及控制电路产生与220V工频频率相同且相位相同和相差180度的两路矩形波；所述隔离及驱动电路与所述斩波电路相连接，隔离及驱动电路用于隔离电源的强电和弱电控制部分并驱动斩波电路的绝缘栅双极型晶体管；所述斩波电路与所述显示电路相连接，用于根据PWM波产生单相正弦波交流电；所述显示电路与单片机和斩波电路相连接，显示电路用于实时显示所述斩波电路输出的交流电压。所述三角波发生电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻Rl R5、电容Cl和二极管Dl ;所述三角波发生电路和所述PWM波产生电路之间还设置有分压电路和加法电路。所述PWM波产生电路包括电压比较器U4和上拉电阻R12。所述同步检查及控制电路包括降压电路、比较电路和缓冲电路；所述降压电路包括降压变压器Tl ;所述比较电路包括比较器U5、比较器U6、电阻R13和电阻R14 ;所述缓冲电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R15 R18。所述隔离及驱动电路包括或非门U7、或非门U8、电阻R19 R24、光电耦合器U9、光电耦合器UI O、三极管Q3和三极管Q4。所述斩波电路包括隔离变压器T2、绝缘栅双极型晶体管Q5、绝缘栅双极型晶体管Q6、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C3和电阻R29。所述电源电路包括整流桥D4、整流桥D5、变压器T3、电容ClO C12、电容C14 C19、电阻R25 R28、稳压器Ull U13。本发明的PWM斩波数控交流电源还具有以下技术特点。所述电压比较器U4为双电压比较器集成电路LM393。所述比较器U5和比较器U6为双电压比较器LM393AD。所述稳压器Ull为降压型线性稳压器LM337，稳压器U12为可调节三端正电压稳压器LM317，稳压器U13为三端稳压集成电路LM7805。所述单片机U14为微控制器AT89S52。与已有技术相比，本发明有益效果体现在:本发明的PWM斩波数控交流电源，采用运算放大器和二极管等组件构成三角波发生电路，电路结构简单容易焊接，输出波形稳定可调，可靠性高；采用比较器电路作为PWM波产生电路，单片机输出的直流电压经LM393构成的比较器电路产生PWM波，该方案精确度高，频率比范围宽，可由单片机直接控制；同步检查及控制电路包括降压电路、比较电路和缓冲电路，输入交流电压为220V，经过同步变压器T后，通过比较器LM393和模拟反向器分别形成两路互为倒相的方波，宽度为180度，分别对应正弦波的正半周和负半周输出，电路结构简单，制作容易且成本低。利用单片机作为控制器，将输入为220V工频市电，控制为步进0.5V可调稳定交流输出，且输出频率与输出保持一致,输出电压稳定。输出电压按单片机系统可增可减，输出电流达220mA，以提高带输出负载能力，同时要求交流电压的输出实时显示；与现有的交流电源相比，电路结构更为简单，制造成本更低。
图1为本发明的PWM斩波数控交流电源的结构框图。图2为本发明的PWM斩波数控交流电源的三角波产生电路的电路图。图3为本发明的PWM斩波数控交流电源的分压电路的电路图。图4为本发明的PWM斩波数控交流电源的加法电路的电路图。图5为本发明的PWM斩波数控交流电源的PWM波产生电路的电路图。图6为本发明的PWM斩波数控交流电源的同步检查及控制电路的电路图。图7为本发明的PWM斩波数控交流电源的隔离及驱动电路的电路图。图8为本发明的PWM斩波数控交流电源的斩波电路的电路图。
图9为本发明的PWM斩波数控交流电源的电源电路的电路图。图10为本发明的PWM斩波数控交流电源的显示电路和单片机系统的电路图。以下通过具体实施方式
，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施例方式参见图1，PWM斩波数控交流电源，包括三角波发生电路、PWM波产生电路、同步检查及控制电路、单片机、电源电路、显示电路、隔离及驱动电路和斩波电路；所述三角波发生电路与所述PWM波产生电路相连接，三角波发生电路将生成的三角波输入至PWM波产生电路；所述PWM波产生电路与所述单片机和同步检查及控制电路相连接，PWM波产生电路在单片机的控制下产生PWM波并将PWM波输入至同步检查及控制电路；所述同步检查及控制电路与所述隔离及驱动电路相连接，同步检查及控制电路产生与220V工频频率相同且相位相同和相差180度的两路矩形波；所述隔离及驱动电路与所述斩波电路相连接，隔离及驱动电路用于隔离电源的强电和弱电控制部分并驱动斩波电路的绝缘栅双极型晶体管；所述斩波电路与所述显示电路相连接，用于根据PWM波产生单相正弦波交流电；所述显示电路与单片机和斩波电路相连接，显示电路用于实时显示所述斩波电路输出的交流电压。首先由三角波发生电路产生三角波并传送给PWM波产生电路，PWM波产生电路单片机提供的控制电压和三角波发生电路输出的三角波进行比较，可在不同控制电压的情况下得到不同占空比的PWM波。PWM波传送至同步检查及控制电路，由同步检查及控制电路产生两路矩形波:其中一路频率和相位都与220V工频的频率和相位相同，另一路的频率与220V工频的频率相同，但相位与220V工频的相位相差180度。两路矩形波和PWM波都输入至隔离及驱动电路，由隔离及驱动电路隔离强电和弱电部分，并输出两路驱动信号来驱动斩波电路中的两个绝缘栅双极型晶体管Q5和Q6。斩波电路对输入的交流电进行处理，在其电阻R29上得到完整的经过调制的单相正弦波交流电，该交流电的有效值通过隔离及驱动电路提供的两路调节脉冲的占空比进行改变。斩波电路将单相正弦波交流电的电压值通过液晶显示器进行显示，显示电路同时还由单片机来控制。电源电路外接220V交流电，将220V交流电降压、整流滤波后获得的低压直流电提供给单片机，以作为单片机的外部电源驱动单片机。所述三角波发生电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻Rl R5、电容Cl和二极管Dl ;所述三角波发生电路和所述PWM波产生电路之间还设置有分压电路和加法电路。三角波产生电路如图2所示，其采用滞回比较器构成的多谐振荡器产生矩形波，该部分主要由Ul结合外围电路构成，产生的矩形波通过U2、R2和Cl构成的积分电路产生三角波。三角波产生电路产生的三角波输入由电容C2、电阻R6和R7构成的分压电路，该分压电路如图3所示。由分压电路通过高精度电阻R6和R7进行分压，对该三角波进行衰减，电容C2为耦合电容。所述分压电路将衰减后的三角波输入由运算放大器U3、电阻R8 Rll构成的加法电路。加法电路是由运放U3构成的同相加法电路，该加法电路如图4所示。通过该同相加法电路，衰减后的三角波叠加了直流分量V2。加法电路将叠加了直流分量三角波传送给PWM波产生电路。所述PWM波产生电路包括电压比较器U4和上拉电阻R12。
如图5所示的比较器电路即为PWM波产生电路，用于产生PWM波，通过单片机提供的控制电压和输出的三角波进行比较，可在不同控制电压的情况下得到不同占空比的PWM波，R12为上拉电阻。脉宽调制信号先由振荡电路产生三角波，由于该三角波可能含有直流分量，故通过耦合电容把它转化为纯交流，为了考虑100%脉冲宽度调制，需先经分压电路减小峰峰值后由加法电路抬高三角波幅值，使其峰值达到5V，然后通过LM393构成的比较电路产生可100%调制的PWM波。电压比较器U4选用双电压比较器集成电路LM393。所述同步检查及控制电路包括降压电路、比较电路和缓冲电路；所述降压电路包括降压变压器Tl ;所述比较电路包括比较器U5、比较器U6、电阻R13和电阻R14 ;所述缓冲电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R15 R18。同步检查及控制电路如图6所示，其主要作用即是产生与220V工频频率相同，且相位相同和相差180度的两路矩形波。该电路由降压电路、比较电路和缓冲电路构成。图6中Tl为降压变压器，把220V工频降低为12V交流。图6中的两虚线的中间部分为比较电路，比较器U5、比较器U6选用双电压比较器LM393AD，R13和R14为上拉电阻，降压输出分别接比较器的同相和反向输入端进行过零比较，可获得相位相差180度的两路矩形波，且其中一路矩形波和输入交流相位相同。两路矩形波中，其中一路频率和相位都与220V工频的频率和相位相同，另一路的频率与220V工频的频率相同，但相位与220V工频的相位相差180度。虚线最右侧为缓冲电路，为三极管构成的开关电路。所述隔离及驱动电路包括或非门U7、或非门U8、电阻R19 R24、光电耦合器U9、光电耦合器UI O、三极管Q3和三极管Q4。隔离及驱动电路如图7所示，其主要为了隔离强电和弱电控制部分，并驱动斩波电路的两个绝缘栅双极型晶体管Q5和Q6。电路输入为PWM和同步检查及控制电路的输出，通过P丽和同步检查及控制电路的输出分别进行或非操作，在U7和U8输出可得到50HZ矩形波调制的波形，仅高电平被调制。调制过得两路输出通过U9和UlO光电耦合器隔离输出，然后通过Q3和Q4增加驱动能力驱动斩波电路中的IGBT- Q5和Q6。图7中，虚线左侧部分的电路起隔离功能，虚线右侧部分的电路齐驱动作用。所述斩波电路包括隔离变压器T2、绝缘栅双极型晶体管Q5、绝缘栅双极型晶体管Q6、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C3和电阻R29。斩波电路如图8所示，其中T2为I比I变压器，起隔离作用。Q5和Q6为IGBT，D2和D3为快恢复的保护二极管。D2与Q5并联，D3与Q6并联。当输入交流电处于正半周时，经隔离及驱动电路的Q3集电极输出的方波信号施加于Q5的栅极和源极，交流电经Q5、L1、D3、R29构成回路。当输入交流电处于负半周时，隔离及驱动电路的Q4集电极输出的方波信号加于Q6的栅极和源极，交流电经Q6、L1、D2、R29构成回路。从而，在R29上得到一完整的经过调制的单相正弦波交流电，有效值通过调节脉冲的占空比进行改变。所述电源电路包括整流桥D4、整流桥D5、变压器T3、电容ClO C12、电容C14 C19、电阻R25 R28、稳压器Ull U13。电源电路如图9所示，220V交流电经变压器T3降压为18V，然后经整流桥和滤波电容整流滤波后输入至稳压器，其中Ull优选降压型线性稳压器LM337，U12优选可调节三端正电压稳压器LM317，U13优选三端稳压集成电路LM7805。Ull和U12构成的调压电路通过改变电阻R25和R26可实现电压在正负20V可调。这个20V内可调的直流电压为其余各电路提供电源。+5V电压通过U13直接稳压得到。U13为单片机提供稳定的+5V直流电压，以驱动单片机系统。显示电路和单片机系统如图10所示，包括电容C20 C22、电阻R30、单片机U14、A/D转换器U15、D/A转换器U16、液晶显示器IXD1。图10的电路由单片机最小系统、数模、模数转换芯片和显示电路等构成。其中:单片机U14采用AT89S52 ；U15为模数转换芯片TLC549，可实现交流输出的采样进而实现闭环动态控制；U16为TLC5615为数模转换芯片，通过按键实现数字量的加减，可使单片机控制数据转换芯片实现5V内不同电压的输出，调制PWM波。显示电路使用液晶显示器IXD1，显示设置值可实际值。本发明的PWM斩波数控交流电源，利用单片机控制系统，将输入为220V工频市电，控制为步进0.5V可调稳定交流输出，且输出频率与输出保持一致，输出电压稳定。输出电压按单片机系统可增可减，输出电流达220mA，以提高带输出负载能力，同时要求交流电压的输出实时显示；与现有的交流电源相比，电路结构更为简单，制造成本更低。
权利要求
1.PWM斩波数控交流电源，其特征是，包括三角波发生电路、PWM波产生电路、同步检查及控制电路、单片机U14、电源电路、显示电路、隔离及驱动电路和斩波电路；所述三角波电路与所述PWM波产生电路相连接，三角波发生电路将生成的三角波输入至PWM波产生电路；所述PWM波产生电路与所述单片机和同步检查及控制电路相连接，PWM波产生电路在单片机的控制下产生PWM波并将PWM波输入至同步检查及控制电路；所述同步检查及控制电路与所述隔离及驱动电路相连接，同步检查及控制电路产生与220V工频频率相同且相位相同和相位差180°的两路矩形波；所述隔离及驱动电路与所述斩波电路相连接，隔离及驱动电路用于隔离电源的强电和弱电控制部分并驱动斩波电路的绝缘栅双极型晶体管；所述斩波电路与所述显示电路相连接，用于根据PWM波产生单相正弦波交流电；所述显示电路与单片机和斩波电路相连接，显示电路用于实时显示所述斩波电路输出的交流电压； 所述三角波发生电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻Rl R5、电容Cl和二极管Dl ;所述三角波发生电路和所述PWM波产生电路之间还设置有分压电路和加法电路； 所述PWM波产生电路包括电压比较器U4和上拉电阻R12 ； 所述同步检查和控制电路包括降压电路、比较电路和缓冲电路；所述降压电路包括降压变压器Tl ;所述比较电路包括比较器U5、比较器U6、电阻R13和电阻R14 ;所述缓冲电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R15 R18。
所述隔离与驱动电路包括或非门U7、或非门U8、电阻R19 R24、光电耦合器U9、光电耦合器UlO、三极管Q3和三极管Q4。
所述斩波电路包括隔离变压器T2、绝缘栅双极型晶体管Q5、绝缘栅双极型晶体管Q6、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C3和电阻R29。
所述电源电路包括整流桥D4、整流桥D5、变压器T3、电容ClO C12、电容C14 C19、电阻R25 R28、稳压器Ull U13。
2.根据权利要求1所述的PWM斩波数控交流电源，其特征是，所述电压比较器U4为双电压比较器集成电路LM393。
3.根据权利要求1所述的PWM斩波数控交流电源，其特征是，所述比较器U5和比较器U6为双电压比较器LM393AD。
4.根据权利要求1所述的PWM斩波数控交流电源，其特征是，所述稳压器Ull为降压型线性稳压器LM337，稳压器U12为可调节三端正电压稳压器LM317，稳压器U13为三端稳压集成电路LM7805。
5.根据权利要求1所述的PWM斩波数控交流电源，其特征是，所述单片机U14为微控制器 AT89S52。
全文摘要
本发明公开了一种PWM斩波数控交流电源，包括三角波发生电路、PWM波产生电路、同步检查及控制电路、单片机、电源电路、显示电路、隔离及驱动电路和斩波电路；三角波发生电路与PWM波产生电路相连接；PWM波产生电路与单片机和同步检查及控制电路相连接；同步检查及控制电路与隔离及驱动电路相连接；隔离及驱动电路与斩波电路相连接；斩波电路与显示电路相连接；显示电路与单片机和斩波电路相连接。本发明的PWM斩波数控交流电源，具有电源输入输出的一致性好、输出稳定性高、电路简单、成本低等优点。
文档编号H02M5/293GK103117662SQ201310075330
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者丁健, 汪俊, 张锦, 苏和堂, 赵玉霞 申请人:滁州学院