新型EPWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源的原理分析

    關(guān)鍵詞：等脈寬調(diào)制；斬波器；交流穩(wěn)壓電源

引言

隨著高新技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高精密負(fù)載對輸入電源，特別是對交流輸入電源的穩(wěn)壓精度要求越來越高。但是，由于電力供求矛盾的存在，市電電網(wǎng)電壓的波動較大，不能滿足高精密負(fù)載的要求，需要在市電電網(wǎng)與負(fù)載之間增設(shè)一臺高穩(wěn)壓精度的寬穩(wěn)壓范圍的交流穩(wěn)壓電源。

交流穩(wěn)壓電源形式有很多種，目前應(yīng)用較多的三相柱式交流穩(wěn)壓器，由于用的是機(jī)械傳動和碳刷觸點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而存在工作壽命短、可靠性差、動態(tài)響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。正在被一種無觸點(diǎn)多補(bǔ)償變壓器式交流穩(wěn)壓電源所取代。

圖1

    “補(bǔ)償”的概念有補(bǔ)足和抵消兩種意思。所謂多補(bǔ)償變壓器式交流穩(wěn)壓電源，就是用多個（一般是2～4個）補(bǔ)償變壓器，將其次級串入主電路中，通過由雙向晶閘管或固態(tài)繼電器組成的“多全橋”變換電路，采用有選擇的切換或通過切換串入補(bǔ)償變壓器的個數(shù)進(jìn)行有級補(bǔ)償，來達(dá)到穩(wěn)壓目的。由于沒有機(jī)械傳動和碳刷，因而提高了壽命與動態(tài)反應(yīng)速度，使交流穩(wěn)壓電源的整體性能大大提高。但也存在著一些缺點(diǎn)，諸如只能有級調(diào)壓，調(diào)節(jié)精度不高，使用的補(bǔ)償變壓器及控制開關(guān)較多，電路相對復(fù)雜等。本文取其優(yōu)點(diǎn)、避其缺點(diǎn)，提出了用等脈寬調(diào)制（EPWM——equal?pulsewidthmodulation）高頻斬波器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕涣鞣�(wěn)壓電源以供參考。它是作者曾經(jīng)研制和發(fā)表過的“PWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源”的一種改進(jìn)變形電路（參見電源世界2002年第1期及電源技術(shù)應(yīng)用2002年第3期），比原電路更簡單，也更合理一些。

圖2

1 工作原理

EPWM斬波式交流穩(wěn)壓電源的簡化原理電路如圖1所示。它是由主電路和控制電路兩部分組成的。主電路是由EPWM橋式斬波器V1～V4及其輸出變壓器Tr、直流整流電源VD1～VD4和輸出交流濾波器LF、CF組成。橋式斬波器通過其輸出變壓器Tr的次級串聯(lián)在市電電源與負(fù)載之間，以便對市電電壓的波動進(jìn)行正、負(fù)補(bǔ)償。橋式斬波器輸出電壓中的諧波，由濾波器LFCF來濾除。橋式斬波器所需的直流電源，由取自穩(wěn)壓電源輸出端的市電電源，通過整流器VD1～VD4來供給。這里應(yīng)該指出的是，EPWM橋式斬波器V1～V4并不是工作在逆變器狀態(tài)，而是工作在橋式斬波器狀態(tài)。這是由它的EPWM工作方式、直流電源電壓波形和直流電容Cd值的大小及其功能來區(qū)分的。如圖2所示，橋式斬波器的直流電壓，不是通過電容Cd把整流電壓濾波成恒定的平滑直流電壓，而是仍然為單相橋式整流電壓的波形。直流電容Cd不再具有直流濾波功能，而只是為了創(chuàng)造一個續(xù)流通路而設(shè)置的。對于感性負(fù)載，在一個斬波開關(guān)周期內(nèi)續(xù)流的能量是很小的（由于斬波頻率較高），所以Cd的值也很小，Cd的充放電速度很快，不會影響整流電壓的上升或下降速度，使Cd上的電壓與不濾波的整流電壓波形相同。也就是說，由于電容Cd的值很小，它只允許續(xù)流電流通過，不再具有直流濾波功能，因此對整流波形不產(chǎn)生影響。這就說明橋式斬波器是工作在EPWM斬波狀態(tài)，而不是工作在逆變狀態(tài)。斬波式交流穩(wěn)壓電源的控制電路，是由市電輸入電壓整流檢測電路、比較電路、EPWM電路和橋式斬波器開關(guān)V1～V4工作狀態(tài)的切換和觸發(fā)電路組成。在市電電壓整流檢測電路中，加入對濾波電感LF上的電壓檢測，是為了減小濾波電感LF的電抗對穩(wěn)壓精度的影響。

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