（电子科技大学 能源科学与工程学院，四川 成都611731）
为了利用电化学堕落法制备金属氧化物纳米颗粒，设计了一种有良好动态相应的可调频率的交直流叠加电源。该电源能够输出的最大峰值电压为30 V，许可流经的最大电流为10 A，方波频率为35～101 Hz。电源电路紧张包括驱动电路、方波产生电路和直流叠加电路。此电源给出了主电路拓扑构造，剖析了电路事理，并对其调频掌握方法进行了阐述，给出了调频调压的结果。此电源运用于电化学堕落试验中，取得了很好的效果，得到了尺寸为30 nm的四氧化三铁颗粒。在用电化学堕落法制备金属氧化物纳米颗粒实验中表明了该电源具有较快的动态相应、频率可调节、稳定性高档优点。
交直流叠加电源；金属氧化物；纳米颗粒；对称方波；电化学堕落试验
中图分类号： TN86
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2017.03.035
中文引用格式：王胜利，吴云峰，唐辉，等. 交直流叠加电源的研制[J].电子技能运用，2017，43(3)：141-144.
英文引用格式：Wang Shengli，Wu Yunfeng，Tang Hui，et al. Design of AC and DC superposition power supply[J].Application of Electronic Technique，2017，43(3)：141-144.
0 弁言
纳米材料由于其分外的光、电、声、磁、热和化学性能而被称为“21世纪最有出息的材料”。金属氧化物纳米材料因其广泛的运用前景倍受青睐。合成高纯度、粒径和描述可控的纳米氧化物是制备高性能纳米材料的第一步。迄今为止，已经开拓了多种多样制备氧化物的方法，如磁控溅射法、溶胶-凝胶法、气相法、喷雾热解法以及水热制备技能。与上述方法比较，采取交直流叠加电源通过电化学堕落法制备金属氧化物纳米材料的方法，具有许多优点，例如操作大略，反应先驱物价格低廉，反应产率高，对产物描述随意马虎掌握等。
交直流叠加电源[1]在油纸绝缘系统测试试验[2-4]中利用频繁，利用的电压等级[5]高。清华大学在对油纸绝缘沿面闪络的影响试验时利用了交直流叠加电源[6]。非对称波形电源[7]利用高通滤波器去除了高频方波中的直流分量, 使正方波变成正负面积相等的非对称方波。直流叠加电路通过电阻和电感串联将低压直流旗子暗记叠加到高频高压的非对称方波上, 同时有效阻隔了高频高压非对称方波对低压直流电源可能造成的危害。此叠加电源有所不同，利用接入变压器的思想，一是实现了隔离的浸染，二是提高电流的输出能力，三是效率较高，由于省去了隔交电阻。
1 电路构造与事情事理
交直流叠加电源电路紧张由半桥电路、驱动电路、旗子暗记发生电路、直流叠加电路四部分组成，其基本事理框图如图1所示。
1.1 电路主拓扑
直流电压经由半桥[8，9]逆变成互换方波，经叠加电路，串联直流电源，形成末了的交直流叠加电压。由于开关电源中的两个开关管轮流交替事情，其输出电压波形对称，并且开关电源在全体事情周期之内都向负载供应功率输出，因此，其输出电流瞬间相应速率高、电压输出特性良好。如图2所示。
1.2 驱动隔离电路
1.2.1 掌握脉冲旗子暗记产生电路
掌握脉冲旗子暗记产生电路如图3所示。芯片SG3525形成掌握脉冲旗子暗记，脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）频率F由下式决定：
式中：Ct为连接在5脚上的定时电容；Rt为连接在6脚上的定时电阻；Rd为连接在5脚和7脚之间的放电电阻。SG3525的外围电路中Ct和Rd的大小决定了方波电源输出频率的范围，通过改变6号脚的电流大小，实际上就等效于改变了Rd的大小。由公式可知，这样也就调节了SG3525输出的掌握旗子暗记的频率。设计由SG3525产生两路掌握旗子暗记来掌握金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-oxide-semiconductor Field-effect Transistor，MOSFET）的导通与关闭。
1.2.2 隔离和驱动电路
如图4所示，每个驱动电路都采取独立的赞助电源供电, 以担保各驱动电路间的相互隔离。在掌握旗子暗记电路与驱动电路之间利用6N137光耦隔离, 从而担保它们之间互不影响。驱动电路的掌握旗子暗记由SG3525产生。MOSFET驱动采取由三极管级联的办法，增强了驱动能力。设计电路时，在两路驱动之间接入了一个二极管，为防止两个开关管同时导通和关断。
1.3 方波产生电路
方波产生电路构造为半桥构造[10，11]，如图2所示。个中，A为直流电源，MOSFET管Q1和Q2分别与A串联，组成半桥构造的高下桥臂。当MOSFET管Q1导通，Q2关断时，输出真个电压大小为U；当MOSFET管Q1关断，Q2导通时，输出真个电压大小为-U。因此，当MOSFET管Q1和Q2以一定频率交替导通及关断时，在输出端就可以得到-U到U的方波。
1.4 直流叠加电路
1.4.1 叠加电路
为达到对称方波电源和直流电压电源的电压大小分别独立可调、互不影响，因此采取了一个单独掌握的直流源来输出直流电压，该直流源可以输出的电压最高为32 V，并通过相应的隔离叠加电路，使直流电压与对称方波叠加在一起，共同浸染于负载。为了直流电源A输出的电流和直流电源B输出的电流能够匹配，也由于输出电流最高可达到10 A，因此利用了降压变压器T1，变压器也实现了隔离的效果，也使电源的效率比较高。
1.4.2 变压器的选择
变压器的选择是根据事情频率和输出功率来确定的，由于此电源输出的频率为30～101 Hz，频率已经确定为低频，变压器的选择紧张依据输出功率来确定。电源的输出电流最大为10 A，根据实验哀求的方波最大值为6 V，终极确定变压器为降压变压器，变比为220：36，此变压器的最大电流输出为12 A。
2 电源输出结果与剖析
2.1 空载时参数的变革对输出电压的影响
空载实验波形如图5所示，图5中的（a）和（b）分别是35 Hz和96 Hz的输出波形。通过调节SG3525芯片的6真个Rd，改变了掌握旗子暗记的频率，从而改变了半桥的导通韶光，进而改变了方波的频率。频率的调节范围为35～101 Hz。
图5中的（c）和（d）分别是在频率和直流电源A的大小相同的情形下，直流电源B为25 V和30 V的输出波形。通过调节串入的直流电源B的大小，可以改变交直流叠加后的输出电压大小。直流电源B的调节范围是0～32 V。
图5中的（e）和（f）分别是在频率和直流电源B的大小相同的情形下，方波为4 V和6 V的输出波形。通过调节MOSFET两端的直流电压，可以改变方波的输出电压大小。方波电压可以调节范围为0～6 V。
2.2 电化学堕落实验时电源输出电压波形
空载和电化学堕落实验波形如图6所示。
图7中的（a）和（b）是图6中的（b）图的上升沿和低落沿的波形放大图。不雅观察图7（a）和（b）两图，形成了缓慢上升和低落的波形，缘故原由是变压器导致的。所用变压器并不是空想变压器，它是有漏感[12]的。经仿真实验验证，漏感是引起这个问题的紧张缘故原由。空载时，没有形成回路，电流为零，漏感并没有影响空载波形，因此图6中（a）图电压波形比（b）图优秀。从图7可不雅观察到：上升沿和低落沿的变革相应很快，均在30 μs旁边，有着良好的动态相应。
3 运用与实验结果剖析
利用该电源进行电化学堕落法制备金属氧化物纳米颗粒实验，得到的实验结果如图8所示。图8的（a）和（b）是采取直流电源为5 V，方波为2 V，频率为56 Hz，占空比为0.5的交变方波反应20 min后得到的金属氧化物的XRD以及SEM图形。SEM图片显示得到的纳米颗粒相对均匀，大小约为30 nm。XRD图与标准图谱比较，证明得到的金属氧化物是四氧化三铁。
4 结 论
基于MOSFET作为开关管的交直流叠加电源，在电化学堕落实验中取得了很好的效果。采取调频掌握逆变桥电路，从而使电源始终事情在最佳频率。与其他电镀电源不同，其频率、交直流电压均可调，动态相应快，功率大，电流最大可达10 A。
参考文献
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