CN101004616A

CN101004616A - 采用高频pwm电路调整的工频交流稳压器

Info

Publication number: CN101004616A
Application number: CN 200610042341
Authority: CN
Inventors: 邓小龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-21
Filing date: 2006-01-21
Publication date: 2007-07-25

Abstract

采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其电路结构为：输入端滤波单元的输入端接电网的相线和零线，输出端与升压自耦变对器的输入端、整流桥的第一交流输入端连接；整流桥的第二交流输入端接升压自耦变压器的公共端，直流正级输出端接三极管的c极，直流负极输出端接三极管的e极；压敏电阻的两端分别接三极管的c极和e极；输出端滤波单元的两个输入端分别接升压自耦变压器的输出端和整流桥的第一交流输入端，输出端滤波单元的输出端形成该稳压器的稳压输出端；PWM控制电路及输出反馈电路反馈采样端接该稳压器的稳压输出端，其控制端接三极管的b极。本发明具有反应快速、稳定、效率高、附加失真小、抗干扰能力强、电路简单、成本低廉等特点。

Description

采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器

技术领域

本发明涉及交流稳压器，具体地说是指采用采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器。

背景技术

目前，国内的交流稳压器大致可分为以下四种类型：

第一种是参数调整型交流稳压器，它是以LC串联谐振原理为基础实现稳压的，从50年代的简单LC谐振稳压器到后来的双向可控硅调感稳压电源，其共同的特点是利用铁磁材料的非线性和电容谐振方式实现交流稳压，其缺点是：一，由于铁磁谐振稳压器的性能直接受铁芯材料、谐振电容以及生产工艺的影响，在批量生产时，很难做到各台稳压器输出电压、稳压精度、稳压范围、保护性能各项指标的一致性；二，当输入电压和负载都为额定值时，设计者可以把输入功率因数调整到最佳值，效率也近似达到最高值，但是当输入电压偏离额定值时，输入功率因数随之降低，过电压时呈感性，欠电压时呈容性，负载减轻时容性成分增加；三，负载性质的变化对铁磁谐振型稳压器的工作状态有直接影响，感性负载使稳压范围减小，精度降低，容性负载可加大稳压范围和提高精度，但同时使温升问题变得严重，另外，当负载存在高次谐波时，经常会诱发稳压器本身的低频振荡；四，铁磁谐振型稳压器输出电压对输入电压的频率极其敏感，当输入电源频率变化1％时，输出电压变化2％左右，当频率偏差过大时，可能使其失去稳压功能或者产生低频振荡；五，铁磁谐振稳压器的一部分铁芯工作于深度饱和状态，漏磁大，因而温升高，噪音大，在大功率场合更为突出；六，稳压精度低，至多只能做到正负2％。

第二种是自耦调整型稳压器，目前占交流稳压器市场的绝大多数，此类交流稳压器是以自耦变压器为基础实现稳压功能的，其典型结构有两种，一是利用伺服电机带动碳刷在自耦变压器的绕组滑面上移动的机械式调压器，一是利用继电器或双向可控硅等开关器件自动改变自耦变压器的抽头位置的改变抽头型。其缺陷为：响应时间长、有机械接触、稳压精度低、调整系统惯性大等等。

第三种是补偿型交流稳压电源，目前通常用于大功率三相交流电的场合，其电路结构与碳刷移动的自耦调压稳压器类似，只是多了采用专门的补偿变压器进行电压相位补偿实现稳压，其缺点与前述自耦调整型稳压器相同。

第四种是开关型交流稳压电源，大致可分为功率被偿型和全功率变换型两种，这是目前国内及至世界上交流稳压电源的先进技术，但也存在电路复杂、成本太高的不足之处。

发明内容

本发明提供一种采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其主要目的在于克服上述现有技术中的交流稳压器存在的种种缺陷。

本发明采用如下技术方案：采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，包括输入端滤波单元、升压自耦变压器、整流桥、用作电子开关的三极管、压敏电阻、PWM控制电路及输出反馈电路、输出端滤波单元；输入端滤波单元的输入端接电网的相线和零线，输出端一端与升压自耦变对器的输入端连接，另一端接整流桥的第一交流输入端；整流桥的第二交流输入端接升压自耦变压器的公共端，直流正级输出端接三极管的c极，直流负极输出端接三极管的e极；压敏电阻的两端分别接三极管的c极和e极；输出端滤波单元的两个输入端分别接升压自耦变压器的输出端和整流桥的第一交流输入端，输出端滤波单元的输出端形成该稳压器的稳压输出端；PWM控制电路及输出反馈电路反馈采样端接该稳压器的稳压输出端，其控制端接三极管的b极。

当三极管断开时，整流桥的直流正、负极输出端之间断开，整流桥不导通，自耦变压器的初级、次级回路都是断开的，因而该交流稳压器的输出端没有能量输出；当三极管导通时，整流桥的直流正、负极输出端之间导通，电网的零线、相线与升压自耦变压器的初级绕组通过整流桥形成回路，负载与升压自耦变压器的次级绕组也通过整流桥形成回路，因而该交流稳压器的输出端有能量输出；可见，可通过PWM控制电路及输出反馈电路从该交流稳压器的输出端获取采样电压，并与内部基准电源进行比较，根据比较结果控制三极管的通断时间，即控制三极管的占空比，也就是控制了该交流稳压器输出的能量，从而将其输出电压稳定在所需的极小的范围内。

前述采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其升压自耦变压器采用的铁芯为单晶取向的环形铁芯，这是因为单晶取向环形铁芯的变压器漏感小，从而能够使三极管的c、e极的反峰脉冲能量较低，使三极管更加安全。

前述采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其升压自耦变压器的升压变比为100-180V∶220V，当选为100V∶220V时，输入的交流电压下限低至110V时，其输出交流电压稳定在220V，则稳压范围向低输入电压方向移，作为电子开关的三极管负荷重；当选取为180V∶220V时，输入的交流电压下限低至190V左右时，其输出交流电压稳定在220V，则稳压范围向高输入电压方向移，作为电子开关的三极管负荷较轻。实际应用时，可根据实际的输入电压和实际需要进行调节该升压变比。

前述采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其压敏电阻为氧化锌压敏电阻。在此，对三极管的保护不能采用缓冲电路，如果采用缓冲电路，输出空载电压超高，造成PWM电路不稳定，若没有保护措施，三极管会被电路中的脉冲高压击穿。而采用压敏电阻对三极管进行保护，使三极管能够工作在硬开关状态，是实现本发明交流稳压器电路的关键。

前述采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其PWM控制电路的控制脉冲采用固定频率，该固定频率为50的整数倍，以获得最佳的谐波性能，有利于滤波网络设计。

由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：一，由于采用高频PWM控制电路控制三极管电子开关直接调整输出电压，反应时间在微秒级，比背景技术中所述的除了开关型交流稳压电源之外的其他各种稳压电源高了5个数量级，另外，电路中不存在大惯性环节，动态响应极快；二，由于采用深度负反馈和专用PWM集成电路，内有优质的基准源，使稳压效应和负载效应都达到千分之几的数量级，另外，由于电路中没有双向可控硅元件和LC谐振回路，因而不存在振荡现象，对燃油发电机的电枢反应不敏感，可以用油机供电，用于停电时的重要部门；三，由于采用高频PWM技术，电路损耗较小，效率较高，电路中没有相控环节，不会损坏电流波形，高频分量易于滤除，附加失真极小，输入功率因数也高；四，可以优选滤波单元的级数和电路形式，使之具有良好的抗干扰功能；五，和目前世界上先进的开关式交流稳压电源相比，具有电路简单、成本低廉的优点。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

具体实施例

下面参照图1说明本发明的具体实施例。

参照图1，本实施例的采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器包括输入端滤波单元1、升压自耦变压器B、整流桥D、用作电子开关的三极管Q、压敏电阻R、PWM控制电路及输出反馈电路3和输出端滤波单元2。输入端滤波单元1的输入端11、12接电网的相线和零线，输出端一端13与升压自耦变对器B的输入端41连接，另一端14接整流桥D的第一交流输入端51；整流桥D的第二交流输入端52接升压自耦变压器B的公共端43，直流正级输出端53接三极管Q的c极，直流负极输出端54接三极管Q的e极；压敏电阻R的两端分别接三极管Q的c极和e极；输出端滤波单元2的两个输入端21、22分别接升压自耦变压器B的输出端42和整流桥D的第一交流输入端51，输出端滤波单元2的输出端23、24形成该稳压器的稳压输出端；PWM控制电路及输出反馈电路3反馈采样端32、33接该稳压器的稳压输出端，其控制端31接三极管Q的b极。其中，输入端滤波单元1和输出端滤波单元2均为现有技术中的常见滤波电路，PWM控制电路及输出反馈电路3也是现有成熟技术，在此不再详细说明。

升压自耦变压器B采用的铁芯为单晶取向的环形铁芯，单晶取向环形铁芯的变压器漏感小，从而能够使三极管的c、e极的反峰脉冲能量较低，使三极管更加安全。升压自耦变压器B的升压变比为100-180V∶220V，当选为100V∶220V时，输入的交流电压下限低至110V时，其输出交流电压稳定在220V，则稳压范围向低输入电压方向移，作为电子开关的三极管负荷重；当选取为180V∶220V时，输入的交流电压下限低至190V左右时，其输出交流电压稳定在220V，则稳压范围向高输入电压方向移，作为电子开关的三极管负荷较轻。实际应用时，可根据实际的输入电压和实际需要进行调节该升压变比。压敏电阻R为氧化锌压敏电阻，在此，对三极管的保护不能采用缓冲电路，如果采用缓冲电路，输出空载电压超高，造成PWM电路不稳定，若没有保护措施，三极管会被电路中的脉冲高压击穿，而采用压敏电阻对三极管进行保护，使三极管能够工作在硬开关状态，是实现本发明交流稳压器电路的关键。PWM控制电路的控制脉冲采用固定频率，该固定频率为50的整数倍，可以获得最佳的谐波性能。

当三极管Q断开时，整流桥D的直流正、负极输出端53、54之间断开，整流桥D不导通，即自耦变压器的初级回路和次级回路都是断开的，因而该交流稳压器的输出端没有能量输出；当三极管Q导通时，整流桥D的直流正、负极输出端53、54之间导通，电网的零线、相线与升压自耦变压器B的初级绕组通过整流桥D形成回路，负载与升压自耦变压器B的次级绕组也通过整流桥D形成回路，因而该交流稳压器的输出端有能量输出；可见，可通过PWM控制电路及输出反馈电路3从该交流稳压器的输出端获取采样电压，并与内部基准电源进行比较，根据比较结果控制三极管Q的通断时间，即控制三极管Q的占空比，也就是控制了该交流稳压器输出的能量，从而将其输出电压稳定在所需的极小的变化范围内。

上述仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1、采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其特征在于：包括输入端滤波单元、升压自耦变压器、整流桥、用作电子开关的三极管、压敏电阻、PWM控制电路及输出反馈电路、输出端滤波单元；输入端滤波单元的输入端接电网的相线和零线，输出端一端与升压自耦变对器的输入端连接，另一端接整流桥的第一交流输入端；整流桥的第二交流输入端接升压自耦变压器的公共端，直流正级输出端接三极管的c极，直流负极输出端接三极管的e极；压敏电阻的两端分别接三极管的c极和e极；输出端滤波单元的两个输入端分别接升压自耦变压器的输出端和整流桥的第一交流输入端，输出端滤波单元的输出端形成该稳压器的稳压输出端；PWM控制电路及输出反馈电路反馈采样端接该稳压器的稳压输出端，其控制端接三极管的b极。

2、如权利要求1所述的采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其特征在于：所述的升压自耦变压器采用的铁芯为单晶取向的环形铁芯。

3、如权利要求1所述的采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其特征在于：所述的升压自耦变压器的升压变比为100-180V：220V。

4、如权利要求1所述的采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其特征在于：所述的压敏电阻为氧化锌压敏电阻。

5、如权利要求1所述的采用高频PWM电路调整的工频交流稳压器，其特征在于：所述PWM控制电路的控制脉冲采用固定频率，该固定频率为50的整数倍。