無工頻變壓器供電的低功耗交流電源及線性適配方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無工頻變壓器供電的低功耗交流電源及線性適配方法，包括直流功率部分、交流功率部分和數(shù)字及基準(zhǔn)部分，直流功率部分為高頻開關(guān)電源電路，高頻開關(guān)電源電路將直流電壓提供給交流功率部分；交流功率部分將直流功率部分輸出的直流電壓變?yōu)榻涣麟妷狠敵觯粩?shù)字及基準(zhǔn)部分產(chǎn)生交流電壓基準(zhǔn)和直流電壓基準(zhǔn)，直流電壓基準(zhǔn)控制直流功率部分的直流電壓輸出線性適配于交流電壓輸出；直流功率部分的輸出直流電壓會跟隨交流功率部分輸出的交流電壓變化而進(jìn)行自動線性適配調(diào)節(jié)，減小了放大電路的功耗，提高了整機(jī)功率變換效率和輸出精度。
【專利說明】無工頻變壓器供電的低功耗交流電源及線性適配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無工頻變壓器供電的低功耗交流電源，還涉及其中直流電壓和交流電壓之間的線性適配方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，市場上面的交流電源現(xiàn)有技術(shù)基本以工頻變壓器供電給后級的放大電路的模式來實(shí)現(xiàn)，存在當(dāng)交流電源輸出的交流電壓變低時(shí)，工頻變壓器的供電電壓不會隨之變化，能量會損耗在放大電路上，增加放大電路的功耗，且需要大體積的散熱器對交流電源進(jìn)行散熱；同時(shí)還存在體積龐大，在有限的體積下不能做到提高輸出更大的輸出功率；另還存在交流電源整機(jī)的變換效率低，精度不高的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種無工頻變壓器供電的低功耗交流電源，解決使用工頻變壓器造成的交流電源大體積、大散熱器和小功率輸出的問題，同時(shí)還提供一種所述交流電源中直流電壓和交流電壓之間的線性適配方法，解決交流電源輸出功率變換效率低、能耗高和精度低的問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種無工頻變壓器供電的低功耗交流電源，包括直流功率部分、交流功率部分和數(shù)字及基準(zhǔn)部分，直流功率部分為高頻開關(guān)電源電路，高頻開關(guān)電源電路將直流電壓提供給交流功率部分；交流功率部分將直流功率部分輸出的直流電壓變?yōu)榻涣麟妷狠敵觯粩?shù)字及基準(zhǔn)部分產(chǎn)生交流電壓基準(zhǔn)和直流電壓基準(zhǔn)，直流電壓基準(zhǔn)控制直流功率部分的直流電壓輸出線性適配于交流電壓輸出，交流電壓基準(zhǔn)控制交流功率部分輸出的交流電壓的波形、頻率、幅值和相位角參數(shù)。
[0005]直流功率部分包括第一整流濾波電路、直流轉(zhuǎn)交流電路、第二整流濾波電路、第一取樣電路和第一反饋控制電路；交流功率部分包括功率放大器、升壓放大器、第二取樣電路和第二反饋控制電路；數(shù)字及基準(zhǔn)部分包括數(shù)字處理部分和參數(shù)輸入部分；第一整流電路、直流轉(zhuǎn)交流電路、第二整流濾波電路、功率放大器和升壓變壓器依次連接，參數(shù)輸入部分連接數(shù)字處理部分，數(shù)字處理部分分別連接第一反饋控制電路和第二反饋控制電路，第二整流濾波電路的輸出通過第一取樣電路和第一反饋控制電路連接，升壓變壓器的初級通過第二取樣電路和第二反饋控制電路連接。
[0006]數(shù)字處理部分包括處理器、直接數(shù)字式頻率合成器、第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，參數(shù)輸入部分為顯示按鍵處理模塊，處理器分別連接直接數(shù)字式頻率合成器、第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和顯示按鍵處理模塊，第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器連接直接數(shù)字式頻率合成器，直接數(shù)字式頻率合成器輸出交流電壓基準(zhǔn)，第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出直流電壓基準(zhǔn)。
[0007]本發(fā)明還提供一種無工頻變壓器供電的低功耗交流電源中直流電壓和交流電壓的線性適配方法，實(shí)現(xiàn)直流功率部分輸出的直流電壓和交流功率部分功率輸出的交流電壓成線性關(guān)系，公式為 Vdc = f *Vdcmax, f = (Vac/Vacmax +m),如果 f > I 則 f = I,
其中:Vac為交流電源設(shè)定輸出的交流電壓，Vacmax為交流電源最大可設(shè)定輸出的交流電壓，Vdc為直流功率部分輸出的直流電壓，Vdcmax為直流功率部分最大可輸出的直流電壓，f為中間計(jì)算系數(shù)，m為經(jīng)驗(yàn)值。
[0008]進(jìn)一步在于經(jīng)驗(yàn)值m包括ml、m2、m3或m4,公式
(1)如果Vac>250V, f = (Vac/Vacmax +ml),如果 f > I, f = I,則 Vdc = f ^Vdcmax ；
(2)如果Vac〈=250V并且Vac>220V,f = (Vac/Vacmax +m2),如果f > I, f = 1，則Vdc=f^Vdcmax ；
(3)如果Vac〈=220V 并且 Vac>60V, f = (Vac/Vacmax + m3),如果 f > I, f = I, Vdc =f^Vdcmax ；
(4)如果Vac〈60V, f = (Vac/Vacmax + m4),如果 f > I, f = I,則 Vdc = f*Vdcmax。
[0009]其中ml 為一0.06 ?一0.1,m2 為 0.03 ?0.07,m3 為 0.08 ?0.12，m4 為 0.13 ?0.17。
[0010]本發(fā)明的直流功率部分是將市電變?yōu)榘踩目煽刂绷麟妷?，提供給交流功率部分，直流功率部分為高頻開關(guān)電源電路，包括但不限于半橋電路、全橋電路等通用開關(guān)電源電路，直流功率部分的輸出直流電壓是根據(jù)直流電壓基準(zhǔn)值變化的，該直流電壓基準(zhǔn)是由數(shù)字及基準(zhǔn)部分產(chǎn)生的。
[0011]交流功率部分包括模擬功率放大器和升壓變壓器，以及相關(guān)取樣控制電路，交流功率部分將直流功率部分的直流電壓變?yōu)榻涣麟妷狠敵?，交流電壓的波形、頻率、幅值、相位角等參數(shù)是根據(jù)交流電壓基準(zhǔn)值變化的，該交流電壓基準(zhǔn)是由數(shù)字及基準(zhǔn)部分產(chǎn)生的。
[0012]數(shù)字及基準(zhǔn)部分包括參數(shù)輸入和數(shù)字處理部分，參數(shù)輸入是包括但不限于鍵盤、旋鈕、模擬或數(shù)字通信等輸入用戶需求信息的電路。用戶需求輸入到數(shù)字處理部分后，數(shù)字處理部分根據(jù)用戶對交流輸出電壓的要求，產(chǎn)生交流電壓基準(zhǔn)及與交流電壓基準(zhǔn)對應(yīng)的直流電壓基準(zhǔn)。該直流電壓基準(zhǔn)控制直流功率部分的輸出直流電壓為一合適值，使其既可以滿足交流功率部分對輸出交流電壓的需求，又不會因?yàn)橹绷麟妷褐堤叨a(chǎn)生不必要的功率損耗，從而使整機(jī)達(dá)到較高的變換效率，降低溫升及減小體積重量。
[0013]數(shù)字處理部分根據(jù)交流電源的輸出交流電壓來線性適配調(diào)節(jié)開關(guān)電源的輸出直流電壓，減小功放管上的壓降，達(dá)到減少功耗。
[0014]本發(fā)明的有益效果是直流功率部分的輸出直流電壓會跟隨交流功率部分輸出的交流電壓變化而進(jìn)行自動線性適配調(diào)節(jié)，減小了放大電路的功耗，提高了整機(jī)功率變換效率和輸出精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明無工頻變壓器供電的低功耗交流電源的原理示意圖；
圖2為本發(fā)明數(shù)字處理部分的原理示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例線性適配方法的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0017]實(shí)施例如圖所述，本實(shí)施例提供一種無工頻變壓器供電的低功耗交流電源，包括直流功率部分、交流功率部分和數(shù)字及基準(zhǔn)部分。
[0018]直流功率部分為高頻開關(guān)電源電路，包括第一整流濾波電路、直流轉(zhuǎn)交流電路、第二整流濾波電路、第一取樣電路和第一反饋控制電路；交流功率部分包括功率放大器、升壓放大器、第二取樣電路和第二反饋控制電路；數(shù)字及基準(zhǔn)部分包括數(shù)字處理部分和參數(shù)輸入部分；第一整流電路、直流轉(zhuǎn)交流電路、第二整流濾波電路、功率放大器和升壓變壓器依次連接，參數(shù)輸入部分連接數(shù)字處理部分，數(shù)字處理部分分別連接第一反饋控制電路和第二反饋控制電路，第二整流濾波電路的輸出通過第一取樣電路和第一反饋控制電路連接，升壓變壓器的初級通過第二取樣電路和第二反饋控制電路連接。
[0019]數(shù)字處理部分包括處理器、直接數(shù)字式頻率合成器、第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，參數(shù)輸入部分為顯示按鍵處理模塊，處理器分別連接直接數(shù)字式頻率合成器、第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和顯示按鍵處理模塊，第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器連接直接數(shù)字式頻率合成器，直接數(shù)字式頻率合成器輸出交流電壓基準(zhǔn)，第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出直流電壓基準(zhǔn)。
[0020]直流功率部分將直流電壓即低壓直流信號提供給交流功率部分，交流功率部分將直流功率部分輸出的直流電壓變?yōu)榻涣麟妷狠敵觯瑪?shù)字及基準(zhǔn)部分產(chǎn)生交流電壓基準(zhǔn)和直流電壓基準(zhǔn)，直流電壓基準(zhǔn)控制直流功率部分的直流電壓輸出并線性適配于交流電壓輸出，交流電壓基準(zhǔn)控制交流功率部分輸出的交流電壓的波形、頻率、幅值和相位角等參數(shù)。
[0021]本實(shí)施例還提供一種無工頻變壓器供電的低功耗交流電源中直流電壓和交流電壓的線性適配方法，通過數(shù)字處理部分實(shí)現(xiàn)直流功率部分輸出的直流電壓和交流功率部分功率輸出即交流電壓輸出成線性關(guān)系，處理器的具體運(yùn)算公式是:
(1)如果Vac>250V, f = (Vac/Vacmax — 0.08),如果 f > I, f = I,則 Vdc =f^Vdcmax ；
(2)如果Vac〈=250V 并且Vac>220V, f = (Vac/Vacmax + 0.05),如果 f > I, f = 1，則Vdc = f^Vdcmax ；
(3)如果Vac〈=220V 并且 Vac>60V, f = (Vac/Vacmax + 0.1),如果 f > I, f = 1，Vdc=f^Vdcmax ；
(4)如果Vac〈=60V, f = (Vac/Vacmax + 0.15)，如果 f > 1，f = 1，則 Vdc =f^Vdcmax ；
其中:Vac為交流電源設(shè)定輸出的交流電壓，Vacmax為交流電源最大可設(shè)定輸出的交流電壓，Vdc為直流功率部分輸出的直流電壓，Vdcmax為直流功率部分最大可輸出的直流電壓，f為中間計(jì)算系數(shù)，ml為一0.08，m2為0.05，m3為0.1，m4為0.15。
[0022]以上述(I)中的公式為例，由公式f = (Vac/Vacmax - 0.08)及 Vdc = f^Vdcmax; 得出 Vdc = (Vac/Vacmax - 0.08) *Vdcmax=Vac/Vacmax*Vdcmax - 0.08 *Vdcmax，其中，Vac/VacmaxWdcmax是本方案的原理期望值，即直流功率部分的直流電壓輸出與交流輸出成線性關(guān)系，而實(shí)際還需要調(diào)整，調(diào)整值為-0.08轉(zhuǎn)(1(^&^其中的系數(shù)-0.08是經(jīng)驗(yàn)值，是通過測試結(jié)果調(diào)整該系數(shù)，該系數(shù)是以使得交流輸出的波形不失真同時(shí)保證效率來確定的。
[0023]本實(shí)施例在功率輸出部分還設(shè)有第三取樣電路，包括電壓取樣、電流取樣，取樣電路通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后將信號送到數(shù)字處理部分，顯示電壓有效值、電流有效值、電流峰值、頻率及有用功率等參數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種無工頻變壓器供電的低功耗交流電源，其特征在于:包括直流功率部分、交流功率部分和數(shù)字及基準(zhǔn)部分，直流功率部分為高頻開關(guān)電源電路，高頻開關(guān)電源電路將直流電壓提供給交流功率部分；交流功率部分將直流功率部分輸出的直流電壓變?yōu)榻涣麟妷狠敵觯粩?shù)字及基準(zhǔn)部分產(chǎn)生交流電壓基準(zhǔn)和直流電壓基準(zhǔn)，直流電壓基準(zhǔn)控制直流功率部分的直流電壓輸出線性適配于交流電壓輸出，交流電壓基準(zhǔn)控制交流功率部分輸出的交流電壓的波形、頻率、幅值和相位角參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無工頻變壓器供電的低功耗交流電源，其特征在于:直流功率部分包括第一整流濾波電路、直流轉(zhuǎn)交流電路、第二整流濾波電路、第一取樣電路和第一反饋控制電路；交流功率部分包括功率放大器、升壓放大器、第二取樣電路和第二反饋控制電路；數(shù)字及基準(zhǔn)部分包括數(shù)字處理部分和參數(shù)輸入部分；第一整流電路、直流轉(zhuǎn)交流電路、第二整流濾波電路、功率放大器和升壓變壓器依次連接，參數(shù)輸入部分連接數(shù)字處理部分，數(shù)字處理部分分別連接第一反饋控制電路和第二反饋控制電路，第二整流濾波電路的輸出通過第一取樣電路和第一反饋控制電路連接，升壓變壓器的初級通過第二取樣電路和第二反饋控制電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無工頻變壓器供電的低功耗交流電源，其特征在于:數(shù)字處理部分包括處理器、直接數(shù)字式頻率合成器、第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，參數(shù)輸入部分為顯示按鍵處理模塊，處理器分別連接直接數(shù)字式頻率合成器、第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和顯示按鍵處理模塊，第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器連接直接數(shù)字式頻率合成器，直接數(shù)字式頻率合成器輸出交流電壓基準(zhǔn)，第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出直流電壓基準(zhǔn)。
4.權(quán)利要求1至3任一種無工頻變壓器供電的低功耗交流電源中直流電壓和交流電壓的線性適配方法，為直流功率部分的輸出直流電壓和交流電壓輸出成線性關(guān)系，其特征在于:
Vdc = f*Vdcmax, f = (Vac/Vacmax +m),如果 f > 1 貝f = 1， 其中:Vac為交流電源設(shè)定輸出的交流電壓，Vacmax為交流電源最大可設(shè)定輸出的交流電壓，Vdc為直流功率部分輸出的直流電壓，Vdcmax為直流功率部分最大可輸出的直流電壓，f為中間計(jì)算系數(shù)，m為經(jīng)驗(yàn)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的線性適配方法，其特征在于:經(jīng)驗(yàn)值m包括ml、m2、m3或m4,
(1)如果Vac>250V, f = (Vac/Vacmax +ml),如果 f > 1, f = 1,則 Vdc = f*Vdcmax ;
(2)如果Vac〈=250V 并且 Vac>220V, f = (Vac/Vacmax +m2)，如果 f > 1, f = 1，則 Vdc=f^Vdcmax ； (3)如果Vac〈=220V并且Vac>60V，f= (Vac/Vacmax + m3)，如果f > 1，f = 1, Vdc =f^Vdcmax ； (4)如果Vac〈60V，f = (Vac/Vacmax + m4)，如果 f > 1，f = 1，則 Vdc = f*Vdcmax0
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線性適配方法，其特征在于:ml為一0.06?一 0.1，m2為.0.03 ?0.07，m3 為 0.08 ?0.12，m4 為 0.13 ?0.17。
【文檔編號】H02M3/24GK104283434SQ201410581279
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】房建國, 肖曉華, 孫益余 申請人:艾德克斯電子（南京）有限公司