CN101964591A - 单相静变器 - Google Patents

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汤易
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本发明提出的一种单相静变器，包括：波形发生电路，控制电路，功率放大电路、输出电压采样电路和滤波电路。所述控制电路设置有控制直流/交流转换的低频开关和连接于该控制电路，从输出电压两端采样输出隔离电压的隔离电压采样电路，所述滤波电路由LC组成的串谐低通滤波器和陷波滤波器组成；通过功率放大电路和滤波电路输出的电压，由比较电路将波形发生电路产生的正弦波作为基准，与采样输出电压作比较，产生一对占空比可变的矩形波作为驱动波形，经隔离采样电路供给控制电路驱动输出。本发明电磁兼容性较好，高空工作稳定，试验证明，能够稳定地在213500m高空正常工作。可在-55℃启动并正常工作，低温工作稳定可靠。

Description

单相静变器
技术领域
本发明涉及一种主要用于航空交流电源系统的单相静变器。
背景技术
目前输出为115V/400Hz的航空交流电源系统大致有二类。
一类是采用旋转变流机将28V直流转换成115V/400Hz交流的变流器。其原理是用28V直流驱动直流电动机，直流电动机转轴传动并带动交流发电机转轴产生115V/400Hz交流。其优点是结构简单，易于维护，耐过载能力强。其不足之处是输出频率不稳定，电磁兼容性差，工作时噪声大，转换效率低，转换效率＜50％，一般在30％～40％。输出频率等不够稳定是由于影响转速的因素较多引起的。电磁兼容性差是直流电动机换向器，工作时有火化产生导致的。同时由于工作时有较大磨损，寿命短，工作时噪声很大。
另一类是采用高频方式静止变流器将28V直流转换成115V/400Hz交流的静变器。该静变器的原理是由波形发生电路、脉宽调制控制电路、DC-DC电源变换电路、半导体器件组成的逆变电路、功率放大电路及电压采样电路组成，采用高频脉宽调制的方式将低压28V直流转换成高压115V/400Hz交流。该方式最大的优点是效率高(可达75％～90％)，体积小、重量轻。该方式的缺点在于：电路结构复杂，调试困难，工作不够稳定，生产小功率的成本高；其次是高频开关方式，对元器件和磁性材料要求较高，容易出现低温启动困难(-45℃以下)和高空工作不稳定(18000m以上)的现象；同时高频开关方式造成产品电磁兼容性不好的缺点。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种电路结构较为简单，电磁兼容性好，在低温和高空环境下工作稳定，且寿命长的单相静变器。
本发明实现上述目的技术解决方案，可以通过以下措施来达到。本发明提出的一种单相静变器，包括：一个产生正弦波信号的波形发生电路，一个将上述正弦波信号转换成驱动信号的控制电路，一个对功率放大电路功率输出信号进行整形的滤波电路，其特征在于，所述控制电路设置有控制直流/交流转换的低频开关和连接于该控制电路，从输出电压两端采样输出隔离电压的隔离电压采样电路，所述滤波电路由LC组成的串谐低通滤波器和陷波滤波器组成；通过功率放大电路和滤波电路输出的电压，由比较电路将波形发生产生的正弦波作为基准，与采样输出电压作比较，产生一对占空比可变的矩形波作为驱动波形，经隔离采样电路供给控制电路驱动输出。
本发明提出的一种单相静变器，包括：波形发生电路，控制电路，功率放大电路、输出电压采样电路和滤波电路。其特征在于，该
该发明的关键技术在于采用谐振低通和陷波滤波器和磁感应原理的隔离电压采样电路。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明控制电路采用低频开关方式控制直流/交流转换，并采用谐振低通和陷波滤波器得到正弦电压输出，同时保证输入和输出端子的隔离，输出电压采样电路采用磁感应原理，可以真实的采到输出端的电压信号，同时可以隔离传输到控制部分的比较端。输入输出隔离，电磁兼容性较好；(1KVA静变器典型值为80％)高空工作稳定，试验证明，能够稳定地在21350m高空正常工作。可在-55℃启动并正常工作，低温工作稳定可靠。
附图说明
为了更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施例，同时参照附图，来描述本发明，其中：
图1是本发明的静变器电路结构组成框图。
图2是图1中波形发生电路的电路结构框图。
图3是图1中控制电路的组成结构方框图。
图4是图1中功率放大电路的组成方框图。
图5是图1中隔离电压采样电路的电路组成方框图。
图6是图5的输出隔离电压采样电路图。
图7是现有技术的滤波电路方框图。
具体实施方式
参阅图1。在图1描述的单相静变器实施例中，电连接波形发生电路的电源输入端，其输入电压通过波形发生电路产生标准的400Hz正弦波信号，该正弦波信号通过控制电路内置的控制直流/交流转换的低频开关和比较电路转换成驱动信号，送入功率放大电路放大，功率放大电路的功率输出信号经滤波电路整形，可以得到大功率的115V/400Hz交流输出，输出至静变器的电压输出端。连接于控制电路的隔离电压采样电路，从组成的静变器输出电压两端采样，输出隔离电压。输出电压经过隔离采样电路后供给控制电路作比较，稳定输出电压。
参阅图2。该波形发生电路包括一个电连接自激振荡器输入端的稳压器或稳压电路和电连接自激振荡器输出端的整形电路。电源电压通过稳压器稳压后，得到一个有助于提高产生正弦波波形的频率和幅度的稳定电压。稳定的电源电压通过自激振荡器，由电感L和电容C组成的LC自激振荡器产生正弦波，供给图1中的波形发生电路，发生标准的400Hz正弦波信号波形。正弦波信号的波形经整形电路得到稳定的低失真度正弦波输出。
在图3中。由比较电路将波形发生产生的正弦波作为基准，与采样输出电压作比较，产生一个一对占空比可变的矩形波作为驱动波形。驱动波形经过整形放大作为驱动输出。
比较电路产生的波形，其宽度由基准波形和输出采样电压共同控制。用于驱动功率放大电路为可变占空比信号。控制电路输出矩形波的占空比控制如下：由于基准波形稳定性很高，在基准保持不变的情况下，当输出电压下降，相应的采样输出电压也下降，控制电路输出的占空比就会增大，使输出电压上升。当输出电压上升时，相应的采样输出电压也上升，控制电路输出的占空比就会增大，使得输出电压下降，稳定输出电压。当调整基准波形的幅度时，输出也会作相应的变化。
在图4中。功率放大电路将来自控制电路的驱动信号，通过大功率开关晶体管将驱动信号产生的电流放大，输出功率参数。在电源供电为27V直流，无法满足输出电压时，在电流放大后，可以通过连接一个功率变压器进行升压，得到电压和功率都放大的信号，然后进行功率输出。
在图5中，隔离电压采样电路是由分别带有输出电压端子并相互并联的电流/磁场转换器和电流/电压转换器连接磁场/电压传感器组成的。其中，电压/电流转换器可以用高精度电阻器组成。电流/磁场转换器由一个多匝的线圈构成。磁场/电压传感器为霍尔器件。
隔离电压采样电路从输出电压两端采样，通过两相并联的电流/磁场转换器L1和电流/电压转换器R1，将流过的正比于输出端电压幅值的微小采样电流，经电流/磁场转换器L1磁场偶合，可以将流过导线中的电流产生的磁场加强。该磁场通过磁场偶合后，由图6所示的磁场线圈旁的磁场/电压传感器转变为采样输出电压。图6中检测两端子间通过电流/电压转换器R1和电流/磁场转换器L1有直流流过时，产生磁场。该磁场L1旁的霍尔传感器H1的输出电压转变为采样输出电压。由于H1为半导体器件，所以需要一个辅助电压，并在霍尔传感器H1两端设置辅助电压正端和负端。该辅助电压由控制电路的电源提供，这样就可以保证采样端和输出端的有效隔离。由于要求采样信号和输出端子之间绝缘，所以采用磁场传感可以很好的满足这一绝缘需要，由于由霍尔器件组成的磁场/电压传感器，可以对交流和直流磁场都能做出响应。因此本采样电路不仅可以用于交流传感采样，也可用于直流传感采样。
图7中，滤波电路由LC组成的串谐低通滤波器和3倍频带通陷波滤波器组成。由功率放大电路的功率输出信号经过滤波电路进行整形，得到低失真度的正弦功率信号作为最终输出电压。由功率放大电路输出的电压成分主要由400Hz基波信号和1200Hz3次谐波信号组成，串谐低通滤波器可以对不高于400Hz基波信号通过，使高于400Hz的信号得到很大的衰减。输出的信号中大部分为400Hz的信号，3倍频带通陷波滤波器对1200Hz的信号呈现极小的阻抗，通过陷波滤波器后，1200Hz三次谐波信号得到极大的衰减。经过上述两级滤波器后，即可输出较低失真度的正弦波。
输出电压采样电路，从输出电压两端采样，通过电流/电压转换器和电流/磁场转换器有微小采样电流流过，该电流正比于输出端的电压幅值，电压/电流转换器由高精度电阻器组成，可以精确控制该电流的大小，电流/磁场转换器由一个多匝的线圈构成，可以将流过导线中的电流产生的磁场加强。该磁场通过磁场偶合，由线圈旁的磁场/电压传感器转变为采样输出电压。由于要求采样信号和输出端子之间绝缘，所以采用磁场传感可以很好的满足这一需要。在本发明中采用的磁场/电压传感器为霍尔器件，霍尔器件可以对交流和直流磁场都做出响应，所以本采样电路不仅可以用于交流传感采样，也可用于直流传感采样。

Claims (9)

1.一种单相静变器，包括：一个产生正弦波信号的波形发生电路，一个将上述正弦波信号转换成驱动信号的控制电路，一个对功率放大电路功率输出信号进行整形的滤波电路，其特征在于，所述控制电路设置有控制直流/交流转换的低频开关和连接于该控制电路，从输出电压两端采样输出隔离电压的隔离电压采样电路，所述滤波电路由LC组成的串谐低通滤波器和陷波滤波器组成；通过功率放大电路和滤波电路输出的电压，由比较电路将波形发生产生的正弦波作为基准，与采样输出电压作比较，产生一对占空比可变的矩形波作为驱动波形，经隔离采样电路供给控制电路驱动输出。
2.如权利要求1所述的单相静变器，其特征在于，所述的波形发生电路，包括一个电连接自激振荡器输入端的稳压器或稳压电路和电连接自激振荡器输出端的整形电路。
3.如权利要求1所述的单相静变器，其特征在于，隔离电压采样电路是由分别带有输出电压端子并相互并联的电流/磁场转换器和电流/电压转换器连接磁场/电压传感器组成的。
4.如权利要求3所述的单相静变器，其特征在于，所述的电压/电流转换器由高精度的电阻器组成。
5.如权利要求3所述的单相静变器，其特征在于，所述的电流/磁场转换器由一个多匝的线圈构成。
6.如权利要求3所述的单相静变器，其特征在于，所述的磁场/电压传感器是霍尔传感器。
7.如权利要求1所述的单相静变器，其特征在于，滤波电路由LC组成的串谐低通滤波器和3倍频带通陷波滤波器组成。
8.如权利要求1所述的单相静变器，其特征在于，隔离电压采样电路从输出电压两端采样，通过两相并联的电流/磁场转换器L1和电流/电压转换器R1，将流过的正比于输出端电压幅值的微小采样电流，经电流/磁场转换器L1磁场偶合，由磁场线圈旁的磁场/电压传感器转变为采样输出电压。
9.如权利要求1所述的单相静变器，其特征在于，在霍尔传感器H1两端设置有隔离采样端和输出端的辅助电压，该辅助电压由控制电路的电源提供。
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