礦用多電平智能電源裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種礦用多電平智能電源裝置，包括主電路、檢測電路、信號處理電路以及控制電路，主電路由電磁兼容電路、三相可控硅整流電路、全橋PWM逆變電路、高頻變壓器、輸出整流電路依次串接構成，檢測電路、信號處理電路、控制電路依次串接，檢測電路的輸入端分別與電磁兼容電路、三相可控硅整流電路、全橋PWM逆變電路、輸出整流電路連接，控制電路的輸出端分別與三相可控硅整流電路、全橋PWM逆變電路相連。本實用新型不僅具有成本低、效率高的優點，而且可以根據輸入電網波動情況自動調節電源參數來保證電源輸出電壓的穩定，同時也能在電源使用過程中進行時時檢測和具備自我診斷與保護等功能。
【專利說明】礦用多電平智能電源裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及礦用機電設備領域，特別涉及一種礦用多電平智能電源裝置。
【背景技術】
[0002]我國疆土遼闊，煤、礦資源豐富，是世界上最大的煤、礦資源出口國之一。近年來，煤、礦工業自動化程度的提高，對各種先進的礦用機電設備和安全設施的需求越來越大，而對于不同應用場合的礦用機電設備和安全設施，需匹配相應的供電電源，目前礦用供電電源只針對于一種電平等級的交流輸入電壓進行設計，采用特定匝數比的工頻變壓器和可控硅整流橋來實現相應電平交流電輸入和所需輸出電平的轉換，該類電源只能用于某種交流輸入電壓等級，不能通用于各種不同等級的交流輸入電壓(127V、220V、380V、660V、1140V)的場合，且體積龐大、效率低、損耗大，大大的增加了電源裝置的制造成本，同時該類電源的控制模式簡單，無法根據輸入電網波動情況自動調節電源參數來保證電源輸出電壓的穩定，并且也沒有對電源使用過程進行時時檢測和具備自我診斷與保護等功能。
【發明內容】
[0003]為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種成本低、效率高、工作穩定可靠的礦用多電平智能電源裝置。
[0004]本實用新型解決上述問題的技術方案是:一種礦用多電平智能電源裝置，包括主電路、檢測電路、信號處理電路以及控制電路，所述主電路由電磁兼容電路、三相可控硅整流電路、全橋PWM逆變電路、高頻變壓器、輸出整流電路依次串接構成，所述檢測電路、信號處理電路、控制電路依次串接，所述檢測電路的輸入端分別與主電路的電磁兼容電路、三相可控硅整流電路、全橋PWM逆變電路、輸出整流電路連接，檢測電路將檢測到的電壓、電流、溫度信號送入信號處理電路，信號處理電路對接收到的電壓、電流、溫度信號進行放大、濾波后送入控制電路，所述控制電路的輸出端分別與主電路的三相可控硅整流電路、全橋PWM逆變電路相連。
[0005]上述礦用多電平智能電源裝置中，所述檢測電路包括過零檢測模塊、輸入電壓檢測模塊、溫度檢測模塊、輸出電壓檢測模塊以及輸出電流檢測模塊，過零檢測模塊的輸入端與電磁兼容電路相連，輸出端與信號處理電路相連，輸入電壓檢測模塊的輸入端與三相可控硅整流電路相連，輸出端與信號處理電路相連，溫度檢測模塊的輸入端與全橋PWM逆變電路相連，輸出端與信號處理電路相連，輸出電壓檢測模塊、輸出電流檢測模塊的輸入端與輸出整流電路的輸出端相連，輸出端與信號處理電路相連。
[0006]上述礦用多電平智能電源裝置中，所述信號處理電路包括信號調理模塊和A/D轉換器，信號調理模塊的輸入端連接檢測模塊的輸出端，輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端連接控制電路。
[0007]上述礦用多電平智能電源裝置中，所述控制電路包括微處理器、PWM驅動模塊、可控硅控制模塊，所述微處理器的輸入端與A/D轉換器的輸出端連接，輸出端分別連接PWM驅動模塊、可控硅控制模塊的輸入端，PWM驅動模塊的輸出端與全橋PWM逆變電路連接，可控硅控制模塊的輸出端與三相可控硅整流電路連接。
[0008]上述礦用多電平智能電源裝置中，所述控制電路還包括數據存儲器、IXD顯示器和輸入控制器，所述數據存儲器、IXD顯示器、輸入控制器分別與微處理器連接。
[0009]上述礦用多電平智能電源裝置中，所述控制電路還包括安全開關控制模塊，所述主電路的三相可控硅整流電路和全橋PWM逆變電路之間設有安全開關電路，安全開關控制模塊的一端與微處理器相連，另一端連接所述安全開關電路。
[0010]上述礦用多電平智能電源裝置中，所述三相可控硅整流電路采用三相橋式全控整流電路。
[0011]上述礦用多電平智能電源裝置中，所述微處理器的主芯片采用STM32F103C8T6。
[0012]本實用新型的有益效果在于:
[0013]1、本實用新型采用高頻逆變技術，減小了功率變換器中的變壓器體積和重量，從而大大減小了電源裝置的體積和重量，降低了成本；
[0014]2、本實用新型通過檢測交流輸入電壓，通過調節可控硅控制模塊，自動獲取所需的初級電平電壓，這樣電源可以直接輸入不同等級的交流輸入電壓，可廣泛應用于多電平電網輸入和電網波動較大的場合；
[0015]3、本實用新型根據負載用電情況，實時調節全橋PWM逆變電路的功率管導通與關斷時間比,并由高頻變壓器、輸出整流電路輸出所需供電功率,可以實現供電過程功率的自適應調節；
[0016]4、本實用新型通過實時檢測電源內部電路中三相可控硅整流電路和全橋PWM逆變電路的溫度及主電路的電壓、電流，實現過熱、過壓、過流等故障自診斷、定位和適時處理，確保電源安全、穩定運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的結構框圖。
[0018]圖2為本實用新型的輸入電壓檢測模塊以及三相可控硅整流電路的電路原理圖。
[0019]圖3為本實用新型的過零檢測模塊電路原理圖。
[0020]圖4為本實用新型的可控硅控制模塊電路原理圖。
[0021]圖5為本實用新型的輸出電壓檢測模塊及輸出電流檢測模塊電路原理圖。
[0022]圖6為本實用新型的控制電路電路原理圖。
[0023]圖7為本實用新型的安全開關電路電路原理圖。
[0024]圖8為本實用新型的輸出整流電路電路原理圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0026]如圖1所示，本實用新型包括主電路1、檢測電路2、信號處理電路3以及控制電路4，所述主電路I由電磁兼容電路、三相可控硅整流電路、安全開關電路、全橋PWM逆變電路、高頻變壓器、輸出整流電路依次串接構成，電磁兼容電路的輸入端連接三相交流電網，所述檢測電路2包括過零檢測模塊、輸入電壓檢測模塊、溫度檢測模塊、輸出電壓檢測模塊以及輸出電流檢測模塊，所述信號處理電路3包括信號調理模塊和A/D轉換器，所述控制電路
4包括微處理器、PWM驅動模塊、可控硅控制模塊、數據存儲器、IXD顯示器、輸入控制器和安全開關控制模塊；過零檢測模塊的輸入端與電磁兼容電路相連，輸出端與信號調理模塊的輸入端相連，輸入電壓檢測模塊的輸入端與三相可控娃整流電路相連，輸出端與信號調理模塊的輸入端相連，溫度檢測模塊的輸入端與全橋PWM逆變電路相連，輸出端與信號調理模塊的輸入端相連，輸出電壓檢測模塊、輸出電流檢測模塊的輸入端與輸出整流電路的輸出端相連，輸出端與信號調理模塊的輸入端相連，信號調理模塊的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端連接所述微控制電路，PWM驅動模塊的輸入端連接微處理器，輸出端與全橋PWM逆變電路連接，可控硅控制模塊的輸入端連接微處理器，輸出端與三相可控硅整流電路連接，安全開關控制模塊的一端與微處理器相連，另一端連接所述安全開關電路，所述數據存儲器、LCD顯示器、輸入控制器分別與微處理器連接；所述三相可控硅整流電路采用三相橋式全控整流電路。
[0027]如圖2所示，交流電壓傳感器接入電磁兼容電路的輸出端，接通主電路I供電電源，來自三相電網的交流電壓經過電磁兼容電路后，被交流電壓傳感器采集并送至微處理器進行轉換，即可得到輸入電網電壓的大小。三相可控硅整流電路由晶閘管、全橋整流電路和濾波電路組成，用于把從三相電網得到的不同峰值交流電在微處理器的控制下，通過可控整流濾波使之成為設定的恒定直流電壓。
[0028]如圖3所示，電網正弦交流電壓％經過輔助變壓器Tl降壓后通過電阻Rl加載到兩片TLP521-1光耦隔離芯片的發光二極管兩端，如果發光二極管兩端有足夠的壓降，發光二級管發光從而導通另一側的光電二極管，當正弦交流電壓巧不處在過零點時，則兩片TLP521-1光耦隔離芯片必定有一片處于導通狀態，使得與TLP521-1光耦隔離芯片輸出端相連的微處理器的I/O引腳直接接地，從而檢測出低電平，當正弦交流電處于過零點時，由于此刻兩片TLP521-1光耦隔離芯片的發光二極管兩端不存在壓降，從而兩片TLP521-1光耦隔離芯片均不導通，使得微處理器檢測出高電平，從而實現了過零檢測功能。
[0029]如圖4所示，圖中M0C3061為光電耦合雙向可控硅驅動器，也屬于光電耦合器的一種，用來驅動雙向可控硅BCR并且起到隔離的作用，R2為觸發限流電阻，RO為BCR門極電阻，防止誤觸發，提高抗干擾能力。當微處理器的I/O 口輸出負脈沖信號時M0C3061導通，觸發雙向可控硅BCR導通，接通交流負載。另外，若雙向可控硅BCR接感性交流負載時，由于電源電壓超前負載電流一個相位角，因此，當負載電流為零時，電源電壓為反向電壓，加上感性負載自感電動勢作用，使得雙向可控硅承受的電壓值遠遠超過電源電壓。雖然雙向可控硅反向導通，但容易擊穿，故必須使雙向可控硅能承受這種反向電壓。
[0030]如圖5所示，輸出電壓檢測模塊、輸出電流檢測模塊主要由電壓檢測電路和電流檢測電路組成，電壓檢測電路包括電阻分壓電路和電壓采集電路，電流檢測電路包括霍爾電流傳感器及其工作電路。
[0031]如圖6所示，本實用新型采用STM32F103C8T6微處理器作為系統控制核心，STM32F103C8T6微處理器需要一個外部8M晶振和一個外部32.768K時鐘晶振即可構成其振蕩電路；B00T0、B00T1實現其系統啟動項設置，RST按鍵構成STM32F103C8T6微處理器復位電路；PB12與可控硅控制模塊連接、PB13與過零檢測模塊連接、ADCl與輸入電壓檢測模塊連接、PB14與安全開關電路連接，PB8、PB9與PWM驅動模塊連接。
[0032]如圖7所示，全橋PWM逆變電路主要由四塊功率管組成，其結構可看成由兩個半橋電路組合而成，共4個橋臂，橋臂Ql和Q4為一對,橋臂Q2和Q3為另一對,成對橋臂在微處理器輸出的PWM信號控制下同時導通，兩對交替各導通180°。實現對三相可控硅整流電路輸出端的恒定直流電壓進行調壓，得到所需的直流電壓輸出。
[0033]如圖8所示，輸出整流電路由全橋整流電路和濾波電路組成，全橋整流電路由四個雙二極管模塊組成。從高頻變壓器輸出端得到的交流方波電壓加載到全橋整流電路的輸入端，通過全橋整流電路后，得到直流方波電壓，該電壓再分別經過IOOOuf電容和濾波電路后，得到穩定的直流電壓，然后再通過接口引出，為用電設備提供穩定的工作電壓。
【權利要求】
1.一種礦用多電平智能電源裝置，其特征在于:包括主電路、檢測電路、信號處理電路以及控制電路，所述主電路由電磁兼容電路、三相可控硅整流電路、全橋PWM逆變電路、高頻變壓器、輸出整流電路依次串接構成，所述檢測電路、信號處理電路、控制電路依次串接，所述檢測電路的輸入端分別與主電路的電磁兼容電路、三相可控硅整流電路、全橋PWM逆變電路、輸出整流電路連接，檢測電路將檢測到的電壓、電流、溫度信號送入信號處理電路，信號處理電路對接收到的電壓、電流、溫度信號進行放大、濾波后送入控制電路，所述控制電路的輸出端分別與主電路的三相可控硅整流電路、全橋PWM逆變電路相連。
2.如權利要求1所述的礦用多電平智能電源裝置，其特征在于:所述檢測電路包括過零檢測模塊、輸入電壓檢測模塊、溫度檢測模塊、輸出電壓檢測模塊以及輸出電流檢測模塊，過零檢測模塊的輸入端與電磁兼容電路相連，輸出端與信號處理電路相連，輸入電壓檢測模塊的輸入端與三相可控硅整流電路相連，輸出端與信號處理電路相連，溫度檢測模塊的輸入端與全橋PWM逆變電路相連，輸出端與信號處理電路相連，輸出電壓檢測模塊、輸出電流檢測模塊的輸入端與輸出整流電路的輸出端相連，輸出端與信號處理電路相連。
3.如權利要求2所述的礦用多電平智能電源裝置，其特征在于:所述信號處理電路包括信號調理模塊和A/D轉換器，信號調理模塊的輸入端連接檢測模塊的輸出端，輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端連接控制電路。
4.如權利要求3所述的礦用多電平智能電源裝置，其特征在于:所述控制電路包括微處理器、PWM驅動模塊、可控娃控制模塊，所述微處理器的輸入端與A/D轉換器的輸出端連接，輸出端分別連接PWM驅動模塊、可控硅控制模塊的輸入端，PWM驅動模塊的輸出端與全橋PWM逆變電路連接，可控硅控制模塊的輸出端與三相可控硅整流電路連接。
5.如權利要求4所述的礦用多電平智能電源裝置，其特征在于:所述控制電路還包括數據存儲器、LCD顯示器和輸入控制器，所述數據存儲器、LCD顯示器、輸入控制器分別與微處理器連接。
6.如權利要求5所述的礦用多電平智能電源裝置，其特征在于:所述控制電路還包括安全開關控制模塊，所述主電路的三相可控硅整流電路和全橋PWM逆變電路之間設有安全開關電路，安全開關控制模塊的一端與微處理器相連，另一端連接所述安全開關電路。
7.如權利要求6所述的礦用多電平智能電源裝置，其特征在于:所述三相可控硅整流電路采用三相橋式全控整流電路。
8.如權利要求6所述的礦用多電平智能電源裝置，其特征在于:所述微處理器的主芯片采用 STM32F103C8T6。
【文檔編號】H02M5/44GK203813671SQ201420230369
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】何寬芳, 肖冬明, 李學軍, 王勇, 何文飚 申請人:湖南科技大學