CN102545643B - 一种自然续流的交流斩波主电路结构 - Google Patents

一种自然续流的交流斩波主电路结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自然续流的交流斩波主电路结构，其特征是，包括与单相电路或三相电路连接的交流斩波主电路和感性负载，交流斩波主电路包括斩波开关元件组件、电感线圈L1、L2、二极管D1、D2以及电容C，电感线圈L1、L2和二极管D1、D2的连接形成了一顺时针方向的环流回路，这环流回路实现了在斩波开关元件关断时两电感线圈中斩波电流的自然续流。

Description

一种自然续流的交流斩波主电路结构
技术领域
本发明涉及市电交流斩波调压技术领域，是一种自然续流的交流斩波主电路结构。
背景技术
见图1，交流斩波是实现市电调压变换的一种最好的技术形式，当交流斩波后所接负载是电感性时，由于感抗的作用，就必须要在斩波开关关断时进行续流。目前采取的续流方案是，均是采用在交流斩波开关后并联连接承担续流作用的电子开关的结构形式来实现续流；就是说，无论斩波开关电路的具体结构如何，都必不可少的要在斩波开关1后的电路上并接续流开关2；斩波开关和续流开关都是采用IGBT开关元件，IGBT开关元件的开通和关断需要时间，而为了防止续流开关2导通可能造成对斩波后电路的短路，必需对斩波电子开关和续流电子开关的控制信号进行非常精确的控制，而且还必须在斩波电子开关关断时刻和续流电子开关开通时刻之间设置一个间隔时间，俗称“死区时间”，有了“死区时间”，所以会造成在斩波电子开关在关断时的续流不及时，而且由于需要设置“死区时间”，使得交流斩波的频率进一步提高受到了限制。在进行三相交流斩波时，还需要对斩波电子开关和续流电子开关的控制信号的相位进行更为精确和复杂的控制。
发明内容
本发明的目的就是克服现今交流斩波主电路结构的不足，提供了一种不需要专设续流开关元件，而能实现自然续流的交流斩波主电路结构，本发明的主电路结构由两只电感线圈和两只二极管的连接实现自然续流的环路，实现了在斩波电子开关关断瞬间就进行的及时续流，是不需要任何控制的自然续流的交流斩波主电路结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自然续流的交流斩波主电路结构，包括与市电电源连接的交流斩波主电路和感性负载，其特征是，所述交流斩波主电路包括斩波开关元件组件、电感线圈L1、L2、二极管D1、D2以及电容C，两电感线圈L1、L2的各自一端相连构成连结点，该连结点与电容C一端相接，电感线圈L1的另一端与二极管D1的负极串接，电感线圈L2的另一端与二极管D2的正极串接，斩波开关元件组件的输出端与二极管D1的正极和二极管D2的负极连结点相接，斩波开关元件组件的输入端和电容另一端分别与市电电源线相接，负载的两端与电容C两端并接；电感线圈L1、 L2和两只二极管D1、D2的连接形成了一顺时针方向的环流回路，这环流回路实现了在斩波开关元件关断时两只电感线圈中斩波电流的自然续流。
本发明还可以采用以下技术措施解决：所述电感线圈L1、L2为空心线圈或磁芯线圈或铁心线圈。
所述斩波开关元件组件的输入端和电容另一端分别与单相电路的相线和中性线相接。
所述交流斩波主电路包括斩波开关元件组件、电感线圈L1-1、L1-2、L2-1、L2-1、L3、二极管D1、D2以及电容C1、C2、C3、C4，二极管D1的正极与二极管D2的负极相连接，二极管D1的负极与电感线圈L1-1、L1-2串联连接，二极管D2的正极与电感线圈L2-1、L2-2串联连接，两电感线圈L1-2、L2-2的一端相连构成连结点与电容C3一端相接，电感线圈L3的一端与电容C3另一端相连，另一端与电容C4一端相连，电感线圈L1-1、L1-2之间的连结点与电容C1一端相连，电感线圈L1-2、L2-2之间的连结点与电容C2一端相连，斩波开关元件组件3的输出端与二极管D1的正极和二极管D2的负极连结点相接，斩波开关元件组件的输入端和电容C1、C2、C3、C4各自的另一端分别与市电电源线相接，负载的两端与电容C4两端并接。
所述交流斩波主电路应用于三相电路上。
斩波开关元件组件为一个IGBT晶体管和一个整流桥构成。
斩波开关元件组件为两个IGBT晶体管构成。
本发明的有益效果是：（1）、由于实现了自然续流，从而使斩波开关关断时的续流得以及时，比采用专设续流开关元件的续流的效果更好。
（2）、斩波主电路的结构更为简单，对比与此前的技术，本发明节省了担任续流作用的电子开关元件，提高了斩波电路工作的可靠性。
（3）、由于负载上不再有电流突变截止的状况，负载上的交流电压波形已很接近于正弦波了。因此可以应用由于任何性质负载的交流斩波调压，生产出通用的交流斩波器。
（4）、采用本发明可以生产出输出电流可大范围调整的低压大电流发生装置。
（5）、采用本发明还可以生产出具有自动稳压功能的交、直流电源。
附图说明
图1是本发明现有技术的电路图。
图2是本发明第一实施方式的电路图。
图3是本发明第一实施方式中市电通过交流斩波开关元件后形成的电流i的波形图。
图4是本发明第一实施方式中流过二极管D1、电感线圈L1的斩波电流i1的波形图。
图5是本发明第一实施方式中流过电感线圈L1的续流电流i12的波形图。
图6是本发明第一实施方式中流过二极管D2、电感线圈L2的斩波电流 i2的波形图。
图7是本发明第一实施方式中电感线圈L2的续流电流i21的波形图。
图8是本发明第二实施方式的电路图。
图9是本发明第三实施方式的电路图。
图10是本发明第三实施方式交流电压波形图。
图11是本发明第四实施方式的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明第一实施方式：如图2至图7所示，一种自然续流的交流斩波主电路结构，包括与市电电源连接的交流斩波主电路1和感性负载2，其特征是，所述交流斩波主电路1包括斩波开关元件组件3、电感线圈L1、L2、二极管D1、D2以及电容C，两电感线圈L1、L2的各自一端相连构成连结点，该连结点与电容C一端相接，电感线圈L1的另一端与二极管D1的负极串接，电感线圈L2的另一端与二极管D2的正极串接，斩波开关元件组件的输出端与二极管D1的正极和二极管D2的负极连结点相接，斩波开关元件组件3的输入端和电容另一端分别与市电电源线相接，负载2的两端与电容C两端并接；电感线圈L1、 L2和二极管D1、D2的连接形成了一顺时针方向的环流回路，这环流回路实现了在斩波开关元件关断时两只电感线圈的自然续流；
由于有二极管D1和D2的作用，电感线圈L1上只允许对应于市电正半周的斩波电流i1通过，在市电正半周期内的每次的斩波开关元件关断时，电感线圈L1是通过电感线圈L2、二极管D2和D1的通路完成续流；
还是由于二极管D1和D2的作用，电感线圈L2上只允许对应于市电负半周的斩波电流i2通过，在市电负半周期内的每次的斩波开关元件关断时，电感线圈L2是通过二极管D2、D1和电感线圈L1的通路完成续流。
所述电感线圈L1、L2为空心线圈或磁芯线圈或铁心线圈。
所述斩波开关元件组件的输入端和电容另一端分别与单相电路的相线和中性线相接。
本发明第二实施方式：如图8所示，所述第二实施方式与第一实施方式相似，不同之处在于，本实施方式应用于三相斩波调压的电路结构，即每一相线的斩波开关后都连接一个自然续流的交流斩波主电路，具体不详述。
本发明第三实施方式：如图9至图10所示，所述交流斩波主电路1包括斩波开关元件组件3、电感线圈L1-1、L1-2、L2-1、L2-1、L3、二极管D1、D2以及电容C1、C2、C3、C4，二极管D1的正极与二极管D2的负极相连接，二极管D1的负极与电感线圈L1-1、L1-2串联连接，二极管D2的正极与电感线圈L2-1、L2-2串联连接，两电感线圈L1-2、L2-2的一端相连构成连结点与电容C3一端相接，电感线圈L3的一端与电容C3另一端相连，另一端与电容C4一端相连，电感线圈L1-1、L1-2之间的连结点与电容C1一端相连，电感线圈L1-2、L2-2之间的连结点与电容C2一端相连，斩波开关元件组件3的输出端与二极管D1的正极和二极管D2的负极连结点相接，斩波开关元件组件3的输入端和电容C1、C2、C3、C4各自的另一端分别与市电电源线相接，负载2的两端与电容C4两端并接。
为了使得感性负载2上交流电压波形的边沿更加顺滑，感性负载上的电压正弦波更加完美，还可以在自然续流的交流斩波主电路中，或在自然续流的交流斩波主电路与负载间增加滤波元件，将每个电感线圈分成了两段，两段的中间又增加了滤波电容，且还在自然续流的交流斩波主电路与负载的线路中串接了LC电路（C1、C2以及L3组成），附图10的uA、uB分别是对应于图9电路中A点和B点的交流电压波形，uA波形虽然已接近了正弦波，但波形的边沿呈现锯齿状，再经过LC电路的滤波，uB的波形边沿变得更为圆滑，已接近于正常的正弦波形。如果要使得负载上的电压波形再进一步得到改善，还可以在自然续流的交流斩波主电路与负载的线路中串接更多级的LC电路进行多级的滤波。
本发明第四实施方式：如图11所示，与第三实施方式相似，不同之处在于，本实施例是在自然续流的交流斩波主电路与负载的线路中串接了一级LC电路滤波应用于三相交流斩波的主电路结构，在此不在详述。
上述的四个实施方式，作为斩波开关元件组件（3）的具体实施方式，斩波开关元件组件3为一个IGBT晶体管和一个整流桥构成；或者斩波开关元件组件3为两个IGBT晶体管构成。
以上所述的具体实施方式例，仅为本发明较佳的实施例而已，举凡依本发明专利范围所做的等同设计，均应为本发明的技术所涵盖。

Claims (7)

1.一种自然续流的交流斩波主电路结构，包括与市电电源连接的交流斩波主电路（1）和感性负载（2），其特征是，所述交流斩波主电路（1）包括斩波开关元件组件（3）、电感线圈L1、L2、二极管D1、D2以及电容C，两电感线圈L1、L2的各自一端相连构成连结点，该连结点与电容C一端相接，电感线圈L1的另一端与二极管D1的负极串接，电感线圈L2的另一端与二极管D2的正极串接，斩波开关元件组件的输出端与二极管D1的正极和二极管D2的负极连结点相接，斩波开关元件组件（3）的输入端和电容另一端分别与市电电源线相接，负载（2）的两端与电容C两端并接。
2.根据权利要求1所述自然续流的交流斩波主电路结构，其特征是，所述电感线圈L1、L2为空心线圈或磁芯线圈或铁心线圈。
3.根据权利要求1所述自然续流的交流斩波主电路结构，其特征是，所述斩波开关元件组件的输入端和电容另一端分别与单相电路的相线和中性线相接。
4.一种自然续流的交流斩波主电路结构，包括与市电电源连接的交流斩波主电路（1）和感性负载（2），其特征是，所述交流斩波主电路（1）包括斩波开关元件组件（3）、电感线圈L1-1、L1-2、L2-1、L2-2、L3、二极管D1、D2以及电容C1、C2、C3、C4，二极管D1的正极与二极管D2的负极相连接，二极管D1的负极与电感线圈L1-1、L1-2串联连接，二极管D2的正极与电感线圈L2-1、L2-2串联连接，两电感线圈L1-2、L2-2的一端相连构成连结点与电容C3一端相接，电感线圈L3的一端与电容C3一端相连，电感线圈L3另一端与电容C4一端相连，电感线圈L2-1、L2-2之间的连结点与电容C1一端相连，电感线圈L1-1、L1-2之间的连结点与电容C2一端相连，斩波开关元件组件（3）的输出端与二极管D1的正极和二极管D2的负极连结点相接，斩波开关元件组件（3）的输入端和电容C1、C2、C3、C4各自的另一端分别与市电电源线相接，负载（2）的两端与电容C4两端并接。
5.根据权利要求1或4所述自然续流的交流斩波主电路结构，其特征是，所述交流斩波主电路（1）应用于三相电路上。
6.根据权利要求1或4所述自然续流的交流斩波主电路结构，其特征是，斩波开关元件组件（3）为一个IGBT晶体管和一个整流桥构成。
7.根据权利要求1或4所述自然续流的交流斩波主电路结构，其特征是，斩波开关元件组件（3）为两个IGBT晶体管构成。
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