CN101592970B - 交流稳压器电路和三相交流稳压器 - Google Patents
交流稳压器电路和三相交流稳压器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及交流稳压器电路和三相交流稳压器，交流稳压器电路包括交流输入端和交流输出端，桥式Boost电路、储能电路、全桥逆变电路和控制电路；桥式Boost电路和交流输入端相连，用于对交流输入进行升压及功率因数校正处理并转换为直流电；储能电路；全桥逆变电路的输出端和交流输出端相连，用于将储存在储能电路中的电能逆变为交流输出；控制电路为桥式Boost电路和全桥逆变电路提供PWM调制信号和工频控制信号。三相交流稳压器包括三个交流稳压器电路，三个交流稳压器电路的输入端分别连接到三相交流电的三个相线。由于采用高频化技术，整流和逆变电路均为全桥变换电路，各开关器件的应力较小，使得整个装置得以轻量化，小型化，及低成本。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术，更具体地说，涉及一种使用PWM进行调节的交流稳压器电路和三相交流稳压器。
背景技术
交流稳压器被广泛使用在各行业中，目前的交流稳压器均使用大的工频电磁元件来进行调压或补偿稳压，主要分有刷和无刷两种，有刷调压器主要是通过电刷在自藕变压器上的移动，改变变比达到调压的目的。类似该方式的无刷型稳压器主要通过继电器或SCR来进行变比的切换。典型的电路如图1示，其主要缺点是需要工频的磁性元件，体积大，重量重，效率低，成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述交流稳压器存在效率低、成本高的缺陷，提供一种新型交流稳压器电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种交流稳压器电路，包括交流输入端和交流输出端，其特征在于，包括桥式Boost电路、储能电路、全桥逆变电路和控制电路；
所述桥式Boost电路和所述交流输入端相连，用于对交流输入进行升压及功率因数校正处理并转换为直流电；
所述储能电路，用于储存所述直流电的能量；
所述全桥逆变电路的输出端和所述交流输出端相连，用于将储存在所述储能电路中的电能逆变为交流输出；
所述控制电路为所述桥式Boost电路和所述全桥逆变电路提供PWM调制信号和工频控制信号。
在本发明所述的交流稳压器电路中，所述桥式Boost电路包括储能电感、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路；所述储能电路包括储能电容；所述全桥逆变电路包括第五开关电路、第六开关电路、还包括所述第三开关电路和所述第四开关电路；
所述开关电路具有控制端、第一信号端和第二信号端；
所述第一开关电路的第一信号端和所述第三开关电路的第一信号端相连，形成连接点A；
所述第三开关电路的第二信号端和所述第四开关电路的第一信号端相连，形成连接点B；
所述第四开关电路的第二信号端和所述第二开关电路的第二信号端相连，形成连接点C；
所述第二开关电路的第一信号端和所述第一开关电路的第二信号端相连，形成连接点D；
所述储能电感一端连接交流输入端，另一端连接到所述连接点D；
所述储能电容一端连接到所述连接点A，另一端连接到所述连接点C；
所述第五开关电路的第一信号端和所述连接点A相连；
所述第六开关电路的第二信号端和所述连接点C相连；
所述第五开关电路的第二信号端和所述第六开关电路的第一信号端相连，形成连接点E，所述连接点E和交流输出端相连；
所述第一开关电路、第二开关电路、第五开关电路和第六开关电路的控制端连接到PWM信号；
所述第三开关电路和第四开关电路的控制端连接到工频控制信号。
在本发明所述的交流稳压器电路中，所述桥式Boost电路还包括输入滤波电容，所述输入滤波电容一端连接输入端，另一端连接零线。
在本发明所述的交流稳压器电路中，所述全桥逆变电路还包括输出滤波电感和输出滤波电容，所述输出滤波电感串接在所述连接点E和输出端之间，所述输出滤波电容一端连接输出端，另一端连接零线。
在本发明所述的交流稳压器电路中，所述储能电路还包括储能电池，所述储能电池和所述储能电容并联。
在本发明所述的交流稳压器电路中，所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路为MOS管，所述开关电路的控制端、第一信号端和第二信号端分别对应MOS管的栅极、漏极和源极。
在本发明所述的交流稳压器电路中，所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路为IGBT，所述开关电路的控制端、第一信号端和第二信号端分别对应IGBT的栅极、集电极和发射极。
在本发明所述的交流稳压器电路中，所述储能电容为电解电容。
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述交流稳压器存在效率低、成本高的缺陷，提供一种三相交流稳压器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种三相交流稳压器，包括三个交流稳压器电路，所述三个交流稳压器电路的输入端分别连接到三相交流电的三个相线。
在本发明所述的三相交流稳压器中，包括一个以上的交流稳压器电路，所述一个以上交流稳压器电路并联连接。
实施本发明的交流稳压器电路，具有以下有益效果：
本发明利用升压和降压电路级联，实现了输入的PFC校正和输出电压的调节及稳定，由于整流逆变的双变换结构及中间储能电容的存在，输入端的高频干扰将被彻底清除，输出为纯正的正弦波。输出电压可以直接通过软件设定，可以方便的实现输出交流电压从零到最高Boost输出电压为峰值的交流电压的大范围调节，并能保证输出电压稳定。
由于采用高频化技术，整流和逆变电路均为全桥变换电路，各开关器件的应力较小，使得整个装置得以轻量化，小型化，及低成本。
此外，在母线上直接挂接电池，可以非常简单的形成UPS不间断电源。
再者，利用三个同样的电路，可以非常简单的形成三相交流稳压器；通过模块化设计，将单个模块进行并联可以得到更大功率的输出。单相三相均采用同样的模块，实现了产品的归一化，可以方便生产，减少库存，降低整个供应链的成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术的交流稳压器的电路示意图；
图2是本发明的交流稳压器电路的原理框图；
图3是本发明第一实施例的交流稳压器的电路原理图；
图4是本发明第二实施例的交流稳压器的电路原理图；
图5是本发明第三实施例的交流稳压器的电路原理图；
图6是本发明第四实施例的交流稳压器的电路原理图；
图7是本发明第五实施例的交流稳压器的电路原理图。
具体实施方式
如图2所示为本发明的交流稳压器电路的原理框图。交流稳压器电路，包括交流输入端和交流输出端，具体电路由包括桥式Boost电路、储能电路、全桥逆变电路和控制电路组成；桥式Boost电路和交流输入端相连，用于对交流输入进行升压及功率因数校正处理并转换为直流电；储能电路，用于储存所述直流电的能量；全桥逆变电路的输出端和交流输出端相连，用于将储存在所述储能电路中的电能逆变为交流输出；控制电路为桥式Boost电路和全桥逆变电路提供PWM调制信号和工频控制信号。桥式Boost电路完成升压，全桥逆变电路完成降压。
如图3所示为本发明第一实施例的交流稳压器的电路原理图；
L1为储能电感、MOS管Q1第一开关电路、MOS管Q2第二开关电路、MOS管Q3为第三开关电路、MOS管Q4为第四开关电路；L1、Q1、Q2、Q3和Q4构成桥式Boost电路；
C1为输入滤波电容，电解电容DC1构成储能电容；MOS管Q5第五开关电路、MOS管Q6第六开关电路，L2为输出滤波电感，C2为输出滤波电容，Q3、Q4、Q5、Q6、L2和C2组成全桥逆变电路。其中Q3和Q4为桥式Boost电路和全桥逆变电路公用。
Q1的漏极和Q3的漏极相连，Q3的源极和Q4的漏极相连，Q4的源极和Q2的源极相连，Q2的漏极和Q1的源极相连；交流输入经过开关S1后连接到L1输入端，L1的输出端和Q2的漏极相连。输入滤波电容一端和零线相连，另一端和L1输入端相连。DC1的正端和Q3的漏极相连，DC1的负端和Q4的源极相连。Q5的漏极和Q3的漏极相连，Q6的源极和Q4的源极相连，Q5的源极和Q6的漏极相连。L2一端连接Q5的源极，另一端连接交流输出端；输出滤波电容一端连接零线，另一端和交流输出端相连。
Q1、Q2、Q5和Q6的栅极连接到PWM信号；Q3、Q4的栅极连接到工频控制信号。
输入的电压先通过Q1/Q2和Q3/Q4形成的Boost电路，实现了升压及PFC校正功能，将不稳定的输入电压，稳定在一较高的直流电压上，并实现了功率因数校正。工作时Q3/Q4是按工频周期低频切换，高频的PWM信号加到Q1/Q2上；通过Q3/Q4和Q5/Q6，再将直流电压进行高频PWM逆变，其中Q3/Q4是按工频周期低频切换的，高频的PWM信号加到Q5/Q6上，高频PWM输出经L2/C2滤波后，得到可以调节的稳定输出。假设输入220V/550Hz的交流电压在I/PA端，在母线电容被其他辅助的电路进行预充电后，开关S1吸合，若此时是电源的正半周，则控制电路控制Q4在正半周内均开通，控制电路发出PWM信号开通Q2，电流经电感L1，Q2，Q4形成回路，电感电流上升，进行储能，由于设定输入电流参考为与电压同相的正弦电流，在其上设定电流的误差带±Δi，当电流达到设定的正弦波上限电流+Δi时，关断Q2，则电感电流经Q1寄生的二极管，母线电容DC1，Q4形成回路，将能量释放到母线电容DC1上，电感电流下降，当电感电流小于设定的-Δi时，Q2重新开通，这样通过Q2的高频开关(20kHz以上)，将输入电流控制为正弦电流。同时电压外环将母线电容DC1稳定在设定值如380Vdc上，实现了输入的PFC校正；在Q4开通的半周期间，控制器控制Q5进行高频SPWM调节，经L2/C2滤波后得到设定的稳定电压，形成正半周波形的输出。同理可以看到在电源的负半周输入时，Q3半周内接通，输入电流通过Q1的高频开关实现PFC校正和母线电容上电压的稳定；同时控制器控制Q6的高频SPWM调节，得到负半周正弦波电压输出。
如图4所示为本发明第二实施例的交流稳压器的电路原理图；和第一实施例相比，本实施例使用IGBT代替了第一实施例中的所有MOS管，可以实现更大的输出功率，同时成本更低。
如图5所示为本发明第三实施例的交流稳压器的电路原理图；和第一实施例相比，本实施例在储能电容DC1上并联有电池，在外接交流电源断电情况下，提供稳定的直流电压，形成UPS不间断电源。
如图6所示为本发明第四实施例的交流稳压器的电路原理图；三个交流稳压器分别连接到三相交流电的三个相线，分别对三相交流电进行交流稳压转换。
如图7所示为本发明第五实施例的交流稳压器的电路原理图；两个交流稳压器并联连接，并联后的模块比单个模块能提供更大功率的输出。
Claims (9)
1.一种交流稳压器电路，包括交流输入端和交流输出端，其特征在于，包括开关、桥式Boost电路、储能电路、全桥逆变电路和控制电路；
所述桥式Boost电路和所述交流输入端相连，用于对交流输入进行升压及功率因数校正处理并转换为直流电；
所述储能电路，用于储存所述直流电的能量；
所述全桥逆变电路的输出端和所述交流输出端相连，用于将储存在所述储能电路中的电能逆变为交流输出；
所述控制电路为所述桥式Boost电路和所述全桥逆变电路提供PWM调制信号和工频控制信号；其中，
所述桥式Boost电路包括储能电感、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路；所述储能电路包括储能电容；所述全桥逆变电路包括第五开关电路、第六开关电路、还包括所述第三开关电路和所述第四开关电路；
所述开关电路具有控制端、第一信号端和第二信号端；
所述第一开关电路的第一信号端和所述第三开关电路的第一信号端相连，形成连接点A；
所述第三开关电路的第二信号端和所述第四开关电路的第一信号端相连，形成连接点B，所述连接点B和零线相连；
所述第四开关电路的第二信号端和所述第二开关电路的第二信号端相连，形成连接点C；
所述第二开关电路的第一信号端和所述第一开关电路的第二信号端相连，形成连接点D；
所述储能电感一端通过开关连接交流输入端，另一端连接到所述连接点D；
所述储能电容一端连接到所述连接点A，另一端连接到所述连接点C；
所述第五开关电路的第一信号端和所述连接点A相连；
所述第六开关电路的第二信号端和所述连接点C相连；
所述第五开关电路的第二信号端和所述第六开关电路的第一信号端相连，形成连接点E，所述连接点E和交流输出端相连；
所述第一开关电路、第二开关电路、第五开关电路和第六开关电路的控制端连接到PWM信号；
所述第三开关电路和第四开关电路的控制端连接到工频控制信号。
2.根据权利要求1所述的交流稳压器电路，其特征在于，所述桥式Boost电路还包括输入滤波电容，所述输入滤波电容一端连接输入端，另一端连接零线。
3.根据权利要求1所述的交流稳压器电路，其特征在于，所述全桥逆变电路还包括输出滤波电感和输出滤波电容，所述输出滤波电感串接在所述连接点E和输出端之间，所述输出滤波电容一端连接输出端，另一端连接零线。
4.根据权利要求1所述的交流稳压器电路，其特征在于，所述储能电路还包括储能电池，所述储能电池和所述储能电容并联。
5.根据权利要求1所述的交流稳压器电路，其特征在于，所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路为MOS管，所述开关电路的控制端、第一信号端和第二信号端分别对应MOS管的栅极、漏极和源极。
6.根据权利要求1所述的交流稳压器电路，其特征在于，所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路为IGBT，所述开关电路的控制端、第一信号端和第二信号端分别对应IGBT的栅极、集电极和发射极。
7.根据权利要求1所述的交流稳压器电路，其特征在于，所述储能电容为电解电容。
8.一种三相交流稳压器，其特征在于，包括三个如权利要求1至7中任一项所述的交流稳压器电路，所述三个交流稳压器电路的输入端分别连接到三相交流电的三个相线。
9.一种三相交流稳压器，其特征在于，包括一个以上如权利要求1至7中任一项所述的交流稳压器电路，所述一个以上交流稳压器电路并联连接。
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