[发明专利]双向可调直流电源

摘要

双向可调直流电源，其特征在于至少包括输入直流电源、恒功率变换装置、H型换向桥、电流传感器、桥式换向电压采样电路、负载、H桥开关控制器这七部分级联组成；解决了直流电源的正负极性转换、电流源电压源相互转换、功率保持、无极电压采样等难题，可根据需要调节输入输出功率同步变化，实现了恒功率变换，通过H桥开关的PWM开关，解决了直流电流电压换向与控制问题。克服了继电器换向的触点打弧，换向频率，工作电流电压不可控的问题，解决了负电压计算问题、换向与调节同步问题、直流电压换向采样与交流电压直接采样的问题。给磁控溅射行业镀材及时还原、直流电机带载正反转动，电磁场极性不定期互换，不定期调节等领域提供电源。

主权项

双向可调直流电源，其特征在于：至少包括输入直流电源、恒功率变换装置、H型换向桥、电流传感器、桥式换向电压采样电路、负载、H型换向桥开关控制器这七部分级联组成；电流传感器作为电流检测，桥式换向电压采样电路作为换向电压检测；输入直流电源分为直流电压源或直流电流源；输入直流电源与H型换向桥，分别连接在恒功率变换装置的输入或输出端；由输出类型决定输入直流电源的类型，当需要输出为电压源时，输入直流电源为直流电流源，电流源的输出与恒功率变换装置的输入端并联，恒功率变换装置的输出端与H型换向桥输入端并联，H型换向桥输出端与负载并联；当需要输出为电流源时，输入电源为直流电压源，电压源的输出与恒功率变换装置的输入端并联，恒功率变换装置的输出端与H型换向桥输入端并联，H型换向桥输出端与负载并联；桥式换向电压采样电路与输出负载并联；恒功率变换装置为一个或由多个恒功率变换单元级联构成的，每个单元包括1个二极管，1个电感器，1个第一电容器，1个第二电容器，1个电阻器；二极管与电感器串联，电阻器与第一电容器串联后与二极管并联，电感器不连接二极管的另一端与二极管不连接电感的另一端之间与第二电容器并联，构成恒功率变换装置的一个单元，二极管的两端是本单元的输入端，第二电容器的两端是本单元的输出端；当恒功率变换装置需用多个恒功率变换单元时，相邻两个单元是级联的，也就是前面单元的输出与后面单元的输入并联；多个单元按照同样的结构级联成恒功率变换装置；输入电源的输出与恒功率变换装置的二极管并联，H型换向桥的输入与恒功率变换装置的第二电容器并联；H型换向桥是由4个开关，分别为S1、S2、S3、S4与4个快速二极管即分别为D1、D2、D3、D4组成，2个开关S2、S4是主功率开关，2个开关S1、S3是辅助功率开关，S2主功率开关的输出极与S1开关的输入极相连，主功率开关S2的输入极与辅助开关S1的输出极并联在恒功率变换器的输出端上，这2个开关连接的电路叫左桥臂，左桥臂的公共接点与负载的一端连接，主开关S4与辅助开关S3按左桥臂的组合方法形成右桥臂且与左桥臂并联，右桥臂的公共点接负载的另一端；H型换向桥左右桥臂接在恒功率装置输出正端的叫H型换向桥的上臂，接在恒功率装置输出负端的叫H型换向桥的下臂，左桥臂上臂与右桥臂上臂的开关为主功率开关，左桥臂与右桥臂下臂的开关是辅助功率开关；在H型换向桥的4个开关S1、S2、S3、S4上分别并联一个快速二极管D1、D2、D3、D4，H型换向桥的开关的控制极分别是：G1、G 2、G 3、G4；H型换向桥的4个开关交叉开通，左桥臂上臂主功率开关S2与右桥臂下臂辅助功率开关S3同时开通之前右桥臂上臂主功率开关S2与左桥臂下臂辅助功率开关S1必须关断；同理，右桥臂上臂开关S4与左桥臂下臂开关S1同时开通之前左桥臂上臂开关S2与右桥臂下臂开关S3必须关断；交叉导通过程中，上臂的主功率开关S2、S4工作在PWM模式，下臂辅助功率开关S1、S3工作在常闭状态；H型换向桥开关控制器包括：基准源取绝对值电路、电流采样取绝对值电路、电压采样取绝对值电路、电流误差放大电路、电压误差放大电路、PWM发生电路、H型换向桥开关换向选通电路、PWM放大电路、H型换向桥驱动隔离放大电路9部分；基准源取绝对值电路：包括输入(in1)端，输出(out1)端；电流采样取绝对值电路：包括输入(in2)端，输出(out2)端；电压采样取绝对值电路：包括输入(in3)端，输出(out3)端；电流误差放大电路(AMP‑C)：包括同相输入(in+)端，反相输入(in‑)端，输出(out‑C)端；电压误差放大电路(AMP‑V)：包括同相输入(in+)端，反相输入(in‑)端，输出(out‑V)端；PWM发生电路：包括同相输入(in+)端，输出(PWM‑out)端；H型换向桥开关换向选通电路：换向输入端in+/in‑，正向选通开启输出端(out+)，负向选通开启输出端(out‑)；PWM放大电路包括输入和输出端；三个输入端分别是PWM输入端、PWM放大电路正输入端和PWM放大电路负输入端；PWM放大电路的输出端分别是：PWM 1、PWM 2、PWM 3、PWM 4；H型换向桥驱动隔离放大电路：包括隔离放大输入端DRV‑i1、DRV‑i2、DRV‑i3、DRV‑i4，隔离放大输出端DRV01、DRV02、DRV03、DRV04；外部基准源的输出与基准源取绝对值电路的输入(in1)端连接，输出(out1)端与电流误差放大电路(AMP‑C)的同相输入(in+)端连接；电流传感器的输出与电流采样取绝对值电路的输入(in2)端连接，电流采样取绝对值电路的输出(out2)端与电流误差放大电路(AMP‑C)的反相输入(in‑)端连接；电流误差放大电路(AMP‑C)的输出(out‑C)端与电压误差放大电路(AMP‑V)的同相输入(in+)端连接；电压采样电路的输出端与电压采样取绝对值电路的输入(in3)端连接，电压采样取绝对值电路的输出(out3)端与电压误差放大电路(AMP‑V)的反相输入(in‑)端连接，电压误差放大电路(AMP‑V)的输出(out‑V)端与PWM发生电路的同相输入(in+)端连接；PWM发生电路输出端连接PWM放大电路的PWM输入端；H型换向桥开关选通电路的换向输入端in+/in‑与外部基准源输出端连接，选通电路正向开启输出(out+)端与PWM放大电路的正输入端连接，选通电路负向开启输出(out‑)端与PWM放大电路的负输入端连接；PWM放大输出端PWM1、PWM 2、PWM 3、PWM 4分别与H型换向桥驱动隔离放大电路输入端DRV‑i1、DRV‑i2、DRV‑i3、DRV‑i4连接，隔离放大输出端DRV01、DRV02、DRV03、DRV04分别与H型换向桥开关的控制端G1、G2、G3、G4连接；桥式换向电压采样电路包含有4组电阻器，其中有2组电阻器阻值相等且串联，串联的公共端与控制器的供电电源的电源地相连，另外两端与输出电源的输出端并联，另外2组电阻器阻值不相等但也要串联，串联的公共端与电压采样绝对值电路的输入(in3)端连接；另外两端与负载两端并联。