新型EPWM斬波器式交流穩壓電源的原理分析

    關鍵詞：等脈寬調制；斬波器；交流穩壓電源

引言

隨著高新技術的發展，越來越多的高精密負載對輸入電源，特別是對交流輸入電源的穩壓精度要求越來越高。但是，由于電力供求矛盾的存在，市電電網電壓的波動較大，不能滿足高精密負載的要求，需要在市電電網與負載之間增設一臺高穩壓精度的寬穩壓范圍的交流穩壓電源。

交流穩壓電源形式有很多種，目前應用較多的三相柱式交流穩壓器，由于用的是機械傳動和碳刷觸點進行調節，因而存在工作壽命短、可靠性差、動態響應慢等缺點。正在被一種無觸點多補償變壓器式交流穩壓電源所取代。

圖1

    “補償”的概念有補足和抵消兩種意思。所謂多補償變壓器式交流穩壓電源，就是用多個（一般是2～4個）補償變壓器，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償變壓器的個數進行有級補償，來達到穩壓目的。由于沒有機械傳動和碳刷，因而提高了壽命與動態反應速度，使交流穩壓電源的整體性能大大提高。但也存在著一些缺點，諸如只能有級調壓，調節精度不高，使用的補償變壓器及控制開關較多，電路相對復雜等。本文取其優點、避其缺點，提出了用等脈寬調制（EPWM——equal?pulsewidthmodulation）高頻斬波器進行補償的交流穩壓電源以供參考。它是作者曾經研制和發表過的“PWM斬波器式交流穩壓電源”的一種改進變形電路（參見電源世界2002年第1期及電源技術應用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的次級串聯在市電電源與負載之間，以便對市電電壓的波動進行正、負補償。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，由取自穩壓電源輸出端的市電電源，通過整流器VD1～VD4來供給。這里應該指出的是，EPWM橋式斬波器V1～V4并不是工作在逆變器狀態，而是工作在橋式斬波器狀態。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，而只是為了創造一個續流通路而設置的。對于感性負載，在一個斬波開關周期內續流的能量是很小的（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，它只允許續流電流通過，不再具有直流濾波功能，因此對整流波形不產生影響。這就說明橋式斬波器是工作在EPWM斬波狀態，而不是工作在逆變狀態。斬波式交流穩壓電源的控制電路，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V1～V4工作狀態的切換和觸發電路組成。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的電抗對穩壓精度的影響。

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