本實用新型屬于開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于變頻技術(shù)的寬范圍雙端可調(diào)直流電源。

背景技術(shù)：

開關(guān)電源是電子設(shè)備正常工作的動力和心臟，也是電子設(shè)備的基礎(chǔ)部件。從某種意義上來說，從市電或電池吸取的原生態(tài)電能本身是一種質(zhì)量較差的“粗電”，這些“粗電”必須要經(jīng)過變換才能成為滿足于設(shè)備要求的“精電”。開關(guān)電源就是把市電的“粗電”變換成直流電壓穩(wěn)定的“精電”的一種電源設(shè)備。開關(guān)電源的最主要部分是采用半導(dǎo)體功率開關(guān)器件作為開關(guān)管，通過對開關(guān)管的高頻開通與關(guān)斷控制，將一種電能形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種電能形態(tài)的開關(guān)變換器。

隨著相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的愈加成熟，對開關(guān)電源的要求也越來越高。獨立的直流電源往往因為設(shè)計的局限性和單一性，導(dǎo)致輸入和輸出范圍很窄，難以應(yīng)對多負(fù)載共用的情況，適用的范圍不夠廣泛，很大程度的影響了電源的通用性能。而磁性元作為開關(guān)電源中的關(guān)鍵性元件之一，最大的特點在于設(shè)計使用的困難性。首先，高頻磁元件為了滿足工況的需要，很多時候需要按照各自應(yīng)用的特殊要求自行進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。然后，電磁現(xiàn)象的分析也是比較困難的，因為電磁過程比較復(fù)雜，其參數(shù)和影響性能因素(包括電壓、電流、頻率、能量、匝數(shù)、漏磁、磁芯氣隙、溫度、加工工藝等)太多，對直流電源調(diào)試過程后期的理論實際分析構(gòu)成難題。最后，除了參數(shù)太多造成的困難外，還會出現(xiàn)綜合的解不是唯一的，但分析解是唯一的問題，這需要根據(jù)應(yīng)用要求，建立其相應(yīng)的設(shè)計評價標(biāo)準(zhǔn)來判斷設(shè)計是不是最佳的。因此在設(shè)計時最佳的解是個多維問題，可能要求體積、成本。效率等的組合為最優(yōu)。這邊導(dǎo)致實際過重中往往帶有主觀性，而且和設(shè)計人員的工作經(jīng)驗也密切相關(guān)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種基于變頻技術(shù)的寬范圍雙端可調(diào)直流電源。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為：一種基于變頻技術(shù)的寬范圍雙端可調(diào)直流電源，包括直流輸入源、DC/DC硬件電路、分段開關(guān)模塊、負(fù)載、人機(jī)交互模塊、DC/DC隔離驅(qū)動模塊、采樣模塊、信號調(diào)理模塊、MCU模塊和分塊開關(guān)驅(qū)動模塊，直流輸入源電連接DC/DC硬件電路，DC/DC硬件電路輸出連接至分段開關(guān)模塊，DC/DC硬件電路通過DC/DC隔離驅(qū)動模塊連接至采樣模塊，采樣模塊采集DC/DC硬件電路輸入側(cè)電壓、輸出側(cè)電壓和額定電流，采樣模塊電連接信號調(diào)理模塊，信號調(diào)理模塊連接至MCU模塊，人機(jī)交互模塊電連接MCU模塊，MCU模塊通過分段開關(guān)驅(qū)動模塊連接至分段開關(guān)模塊，分段開關(guān)模塊連接至負(fù)載。

所述分段開關(guān)模塊包括至少兩個并聯(lián)的MOS管，MOS管的兩端連接至DC/DC硬件電路的正負(fù)端口，每個MOS管均并聯(lián)一個穩(wěn)壓電容，負(fù)載并聯(lián)在穩(wěn)壓電容兩端，分段開關(guān)驅(qū)動模塊連接至MOS管柵極，每個穩(wěn)壓電容并聯(lián)的負(fù)載為不同的電壓等級。所述直流輸入源為干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)或者前級AC/DC變換器。

本實用新型有益效果是:跟傳統(tǒng)DC/DC直流硬件電路相比，磁性電感變得較好設(shè)計。輸入輸出使用范圍擴(kuò)大，提高了直流電源的通用性。采用變頻控制的寬范圍可調(diào)直流電源，在研制上屏蔽了非標(biāo)磁性元件設(shè)計和選擇的困難，克服了普通電源輸入輸出范圍小的低普適性，增加了使用的靈活性。而采用分段開關(guān)技術(shù)，不僅實現(xiàn)了一機(jī)多用的多輸出優(yōu)勢，同時提高了整個電源的使用率。

附圖說明

下面對本說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明：

圖1是本實用新型的具體實施方式的寬范圍雙端可調(diào)直流電源的功能原理框圖。

圖2是本實用新型的具體實施方式的寬范圍雙端可調(diào)直流電源的分段開關(guān)模塊具體電路圖。

圖3是本實用新型的具體實施方式的寬范圍雙端可調(diào)直流電源的分段開關(guān)模塊工作原理圖。

具體實施方式

下面通過對實施例的描述，本實用新型的具體實施方式如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。

本實用新型提供的基于變頻技術(shù)的寬范圍雙端可調(diào)直流電源中，直流源、DC/DC硬件電路和負(fù)載依次連接。在傳統(tǒng)DC/DC直流硬件電路的基礎(chǔ)上，利用控制模塊中的采樣模塊分別采集輸出電壓U_o、輸入電壓U_in和額定電流I，在對大的電流電壓信號縮小后，送入信號調(diào)理模塊中量化調(diào)理，再交由MCU中進(jìn)行里離散化處理后，根據(jù)公式最終將適合的開關(guān)頻率f輸入到隔離驅(qū)動電路中。該實用新型保證硬件電路中磁性電感感值一定的前提下，通過改變開關(guān)管頻率，既擴(kuò)大了輸入和輸出電壓的可調(diào)范圍，增加了直流電源靈活性和普適性，也使得硬件電路中磁性電感感值不變，并始終保持在最佳性能中，降低了磁性電感設(shè)計使用過程的難度。

如圖1所示，本實用新型的雙端可調(diào)直流電源包括直流輸入源1、DC/DC硬件電路2、分段開關(guān)模塊3、負(fù)載4、人機(jī)交互模塊5、DC/DC隔離驅(qū)動6、采樣模塊7、信號調(diào)理模塊8、MCU模塊9和分塊開關(guān)驅(qū)動10。

直流輸入源1可以為干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)或者前級AC/DC變換器，電壓幅值可以是可調(diào)的寬范圍直流電，同時也滿足單一電壓值輸入的要求。輸入直流電進(jìn)入DC/DC硬件電路2后，經(jīng)過傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在開關(guān)管、二極管、磁性電感的作用下，通過給電路中開關(guān)管設(shè)置的PWM波，調(diào)整出可變的輸出電壓后，進(jìn)入分段開關(guān)模塊3，由該模塊中并聯(lián)的MOS管電路進(jìn)行分段輸出，將輸出后的電能供應(yīng)給負(fù)載4。

負(fù)載4不局限為傳統(tǒng)單一負(fù)載，本專利中，多負(fù)載分段供電為創(chuàng)新點之一。采樣模塊7通過對大的電流電壓信號縮小后進(jìn)行采集，再分別把采集來的輸入電壓U_in、輸出電壓U_in和電流I模擬信號送入信號調(diào)理模塊8，經(jīng)由信號調(diào)理模塊8的進(jìn)行量化，再交由MCU模塊9進(jìn)行里離散化處理，輸出開關(guān)頻率f到DC/DC隔離驅(qū)動6中。隔離驅(qū)動6用于驅(qū)動DC/DC硬件電路2中的開關(guān)管，并且實現(xiàn)了絕緣，提高了電路的安全性。人機(jī)交互模塊5為人工控制部分，通過人為的將多個(本專利以三個為例)負(fù)載的信息輸入人機(jī)交互模塊5中發(fā)送給MCU模塊9，再由MCU模塊9對信息進(jìn)行處理計算，最后給分段開關(guān)模塊3中并聯(lián)的不同MOS管以最為合適的PWM波，提供給分段開關(guān)驅(qū)動10，保證電路的正常工作。

整個控制模塊分為兩個部分，第一部分的數(shù)據(jù)是從DC/DC硬件電路2的輸出側(cè)輸出電壓U_o、額定電流I和輸入測輸入電壓U_in。該部分主要的目的在于電路中電感已經(jīng)設(shè)置完畢，電感值已知的前提下，通過采集到的U_in、I、U_in，借由公式便可以計算得出寬范圍雙端可調(diào)直流電源瞬時最佳的開關(guān)頻率f，其中控制過程中，MCU模塊9對電路中開關(guān)管進(jìn)行變頻控制，讓磁性電感一直保持在最佳性能。與此同時，擴(kuò)大了輸入輸出兩端電壓的閾值范圍，達(dá)到寬范圍雙端可調(diào)的目的。第二部分的數(shù)據(jù)是從人機(jī)交互模塊5中，通過人為輸入不同負(fù)載的電壓需求來獲得的，該部分控制的目的在于對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算得出分段開關(guān)模塊3中并聯(lián)的每一塊電路工作時，應(yīng)該輸送的電壓幅值大小以及該塊電路MOS管應(yīng)該給予的同周期不同占空比的PWM波。

如圖2所示，本實用新型可為多負(fù)載供電，這里以三負(fù)載為例進(jìn)行說明，DC/DC硬件電路輸出的電壓，采取并聯(lián)的方式，分別連接三塊同樣的斬波電路，每塊電路中都由分段開關(guān)驅(qū)動10控制MOS開關(guān)，對該電路輸入電壓進(jìn)行斬波，以達(dá)到供應(yīng)不同電壓等級負(fù)載的需求。而負(fù)載前支撐電容則用于對斬波后的電壓進(jìn)行濾波和穩(wěn)壓的作用。

如圖3所示，在實際工作過程中，需人工將負(fù)載所需電壓要求錄入人機(jī)交互系統(tǒng)，傳輸?shù)組CU模塊9中進(jìn)行處理計算，然后三負(fù)載電壓等級由高向低依次排列，在同一個開關(guān)周期內(nèi)，電壓等級最高的負(fù)載1優(yōu)先開啟MOS管，以PWM波給予的開關(guān)信號進(jìn)行斬波，電壓等級第二的負(fù)載2在負(fù)載1MOS管關(guān)閉之后的階段開啟，同樣以PWM波給予的開關(guān)信號進(jìn)行斬波。而在負(fù)載2MOS關(guān)閉，負(fù)載1MOS管尚未再次開啟的一段時間內(nèi)，由電壓等級最低的負(fù)載3MOS管開啟斬波，由此達(dá)到一個周期內(nèi)，三塊斬波電路分段開關(guān)進(jìn)行斬波，供應(yīng)三負(fù)載的目標(biāo)。在一個完整周期內(nèi)，利用前級DC/DC硬件電路2寬范圍輸出的特性，根據(jù)信息處理計算自行調(diào)整輸出電壓，不僅使其輸出呈現(xiàn)階梯狀，同時達(dá)到完美占據(jù)整個周期，克服了零輸出階段的可能性。

上面對本實用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本實用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。