CN103187891B - 单相可控整流器的载波调幅控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单相可控整流器的载波调幅控制系统，主要是建立在由功率电路、以及与功率电路的输出端并联的测压电路构成的单相可控整流器电路中，采用上述单相可控整流器电路中测量得到的直流电压，产生随直流电压波动的调幅载波，再将由上述电路中测量得到的交流侧电流与调幅载波相比较，产生可以通过RS触发器形成驱动功率电路的单相整流桥的脉冲序列，同时由于无需检测交流侧电压，有利于简化电路设计、降低成本和提高可靠性。

Description

单相可控整流器的载波调幅控制系统

技术领域

本发明涉及一种单相可控整流器的载波调幅控制系统，特别是涉及一种载波调幅的单相可控整流器的载波调幅控制系统。

背景技术

整流器又称AC-DC变换器，是完成交流-直流的变换装置。而单相可控整流器是一种采用功率开关IGBT或IGCT或IECT的2H桥结构整流器，属于升压型AC-DC变换器，鉴于为正弦波输入电流、四象限电力电子变换器，潜在应用领域很多。

单相可控整流器的电路拓扑为成熟电路，控制算法也具有很多种类，但是单相可控整流器及其控制算法仍然会不断地出现，对此研究不会停止，现有的单相可控整流器的控制算法都要求检测交流测的电网电压来参与运算，计算方法比较复杂，也增加了电路的复杂程度，尤其对于电力电子变压器的高压端单相可控整流器而言更是如此，因此，如何提出一种结构简单的单相可控整流器的载波调幅控制系统，实为目前急待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单相可控整流器的载波调幅控制系统，利于简化电路设计、降低成本。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单相可控整流器的载波调幅控制系统，其中，该单相可控整流器包括具有火线端与零线端的单相交流源、功率电路以及测压电路；

其中，该功率电路包括：电流互感器，其一端连接该火线端，且用以测量并输出电流值；电感，其一端连接该电流互感器的另一端；单相整流桥，具有4个逆导型开关，每2个构成一个桥臂，而分别形成第一桥臂与第二桥臂，且该第一桥臂与第二桥臂的公共连接端分别构成正极输出端与负极输出端，并该第一桥臂的中点与该电感的另一端连接，该第二桥臂的的中点与该零线端连接；以及电容，跨接在该正极输出端与负极输出端；

且，该测压电路与该电容并联连接，并包括：电阻组，其一端连接该正极输出端，且包含一个第一电阻或两个及以上个串接的第一电阻；以及第二电阻，其一端连接该电阻组的另一端，其另一端连接该负极输出端，并在该第二电阻与该电阻组之间形成一个输出直流电压的分接点；

其特征在于，该单相可控整流器的载波调幅控制系统包括：电压闭环模块以及电流闭环模块；

其中，该电压闭环模块包括：参考电压源，用以产生参考电压；减法单元，分别接收该参考电压源所产生的参考电压以及该分接点所输出的直流电压，且用以将该参考电压减去该直流电压，以产生并输出一个电压偏差值；以及误差滤波放大单元，接收该减法单元所输出的电压偏差值，且用以对该电压偏差值执行滤波放大处理；

且，该电流闭环模块包括：锯齿波发生单元，用以产生锯齿波信号；同步信号发生单元，用以产生与该锯齿波信号属于同相位的同步信号；乘法单元，分别接收该误差滤波放大单元所输出的经滤波放大处理的电压偏差值以及该锯齿波发生单元所产生的锯齿波信号，且用以将该经滤波放大处理的电压偏差值与该锯齿波信号相乘，而产生并输出调幅载波；比较单元，分别接收该电流互感器所输出的电流值以及该乘法单元所输出的调幅载波，且用以比较该电流值与该调幅载波，以在调幅载波高于电流值时产生高电平，而在调幅载波低于电流值时产生低电平，进而产生并输出脉冲信号；以及控制单元，用以接收该比较单元所输出的脉冲信号以及该同步信号发生单元所产生的同步信号，且用以依据脉冲信号以及同步信号而产生供驱动该单相整流桥的4个逆导型开关的PWM驱动信号。

优选地，该逆导型开关为含反向并联二极管的IGBT或IGCT或IECT。该控制单元为具有置位端、复位端以及互补的第一输出端与第二输出端的RS触发器，该置位端用以接收该比较单元所输出的脉冲信号，而该复位端用以接收该同步信号发生单元所产生的同步信号，且该第一输出端用以输出供驱动该单相整流桥的4个逆导型开关中的其中2个可形成通路的逆导型开关的第一PWM驱动信号，该第二输出端用以输出供驱动该单相整流桥的4个逆导型开关中的剩下2个可形成通路的逆导型开关的第二PWM驱动信号，而该第一PWM驱动信号与该第二PWM驱动信号为互补信号。

如上所述，本发明的单相可控整流器的载波调幅控制系统主要是建立在由功率电路、以及与第一及功率电路的输出端并联的测压电路构成的单相可控整流器电路中，采用上述单相可控整流器电路中测量得到的直流电压，产生随直流电压波动即负载功率波动的调幅载波，再将由上述电路中测量得到的交流侧电流与调幅载波相比较，产生可以通过RS触发器形成原始驱动过功率电路的单相整流桥的脉冲序列，同时由于无需检测网侧电压，有利于简化电路设计、降低成本和提高可靠性。

附图说明

图1显示为本发明的单相可控整流器的载波调幅控制系统应用在单相可控整流器中的方块示意图。

元件标号说明

11单相交流源

13功率电路

131电流互感器

133电感

135单相整流桥

137电容

15测压电路

151电阻组

1511第一电阻

153第二电阻

21电压闭环模块

211参考电压源

213减法单元

215误差滤波放大单元

23电流闭环模块

231锯齿波发生单元

233同步信号发生单元

235乘法单元

237比较单元

239控制单元

2391第一输出端

2393第二输出端

a火线端

b零线端

c1极输出端

c2负极输出端

d分接点

i电流值

S11、S12、S21、S22逆导型开关

S1第一桥臂

S1a第一桥臂的中点

S2第二桥臂

S2a第二桥臂的中点

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图所示，该单相可控整流器包括具有火线端a与零线端b的单相交流源11、功率电路13路以及测压电路15。

其中，该功率电路13是由电流互感器131、电感133、单相整流桥135以及电容137所构成。该电流互感器131的一端连接该火线端a，且用以测量并输出电流值i；该电感133的一端连接该电流互感器131的另一端；该单相整流桥135具有4个逆导型开关S11、S12、S21与S22，每2个逆导型开关构成一个桥臂，而分别形成第一桥臂S1与第二桥臂S2，且该第一桥臂S1与第二桥臂S2的公共连接端分别构成正极输出端c1与负极输出端c2，并该第一桥臂S1的中点S1a与该电感133的另一端连接，该第二桥臂S2的中点S2a与该零线端b连接；该电容137跨接在该正极输出端c1与该负极输出端c2。在本实施例中，该逆导型开关S11、S12、S21与S22为含反向并联二极管的IGBT或IGCT或IECT。

该测压电路15与该电容137并联连接，且该测压电路15包括电阻组151与第二电阻153。该电阻组151的一端连接该正极输出端c1，且包含一个第一电阻或两个及以上个串接的第一电阻，在本实施例中，是以两个第一电阻1511串接组成该电阻组151为例做说明；该第二电阻153的一端连接该电阻组151的另一端，其另一端连接该负极输出端c2，并在该第二电阻153与该电阻组151之间形成一个输出直流电压的分接点d。

本发明的单相可控整流器的载波调幅控制系统包括电压闭环模块21以及电流闭环模块23，以下即结合上述单相可控整流器的硬件电路对本发明的单相可控整流器的载波调幅控制系统的各元件进行详细说明。

该电压闭环模块21是由参考电压源211、减法单元213以及误差滤波放大单元215构成。

该参考电压源211是用以产生参考电压。

该减法单元213分别接收该参考电压源211所产生的参考电压以及该分接点d所输出的直流电压，且用以将该参考电压减去该直流电压，以产生并输出一个电压偏差值。

该误差滤波放大单元215接收该减法单元213所输出的电压偏差值，且用以对该电压偏差值执行滤波放大处理。

该电流闭环模块23是由锯齿波发生单元231、同步信号发生单元233、乘法单元235、比较单元237以及控制单元239构成。

该锯齿波发生单元231用以产生锯齿波信号。

该同步信号发生单元233用以产生与该锯齿波信号属于同相位的同步信号。

该乘法单元235分别接收该误差滤波放大单元215所输出的经滤波放大处理的电压偏差值以及该锯齿波发生单元231所产生的锯齿波信号，且用以将该经滤波放大处理的电压偏差值与该锯齿波信号相乘，而产生并输出调幅载波。

该比较单元237分别接收该电流互感器131所输出的电流值i以及该乘法单元235所输出的调幅载波，且用以比较该电流值i与该调幅载波，以在该调幅载波高于该电流值i时产生高电平，而在该调幅载波低于该电流值i时产生低电平，进而产生并输出脉冲信号。

该控制单元239用以接收该比较单元237所输出的脉冲信号以及该同步信号发生单元233所产生的同步信号，且用以依据脉冲信号以及同步信号而产生供驱动该单相整流桥135的4个逆导型开关S11、S12、S21与S22的PWM驱动信号。在本实施例中，该控制单元239为具有置位端、复位端以及互补的第一输出端2391与第二输出端2393的RS触发器，该置位端用以接收该比较单元237所输出的脉冲信号，而该复位端用以接收该同步信号发生单元233所产生的同步信号，该第一输出端2391用以输出供驱动该单相整流桥135的4个逆导型开关中的其中2个可形成通路的逆导型开关(在本实施例中，如图1所示，S21与S12，但不以此为限，在其他实施例中，亦可为S11与S22)的第一PWM驱动信号，该第二输出端2393用以输出供驱动该单相整流桥135的4个逆导型开关中的剩下2个可形成通路的逆导型开关(在本实施例中，如图1所示，S11与S22)的第二PWM驱动信号，且该第一PWM驱动信号与该第二PWM驱动信号为互补信号，当该第一PWM驱动信号为导通信号时，该第二PWM驱动信号为截止信号。

综上所述，本发明的单相可控整流器的载波调幅控制系统主要是建立在由功率电路、以及与第一及功率电路的输出端并联的测压电路构成的单相可控整流器电路中，其作用是通过高频PWM调制原理，来实现单相AC-DC变换，本发明的单相可控整流器的载波调幅控制系统通过采集上述单相可控整流器电路中测量得到的交流侧电流和所输出的直流电压和一系列的数值计算和逻辑处理，分别产生四路驱动脉冲，而驱动功率电路的单相整流桥中的4个逆导型开关，使得单相可控整流器工作在网侧单位功率因数下，消除谐波电流对电网的污染，具有快速相应能力，同时由于无需检测交流侧电压，有利于简化电路设计、降低成本和提高可靠性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种单相可控整流器的载波调幅控制系统，其中，所述单相可控整流器由火线端与零线端的单相交流源、功率电路以及测压电路组成；

其中，所述功率电路由以下器件组成：

电流互感器，其一端连接所述火线端，且用以测量并输出电流值；

电感，其一端连接所述电流互感器的另一端；

单相整流桥，具有4个逆导型开关，每2个构成一个桥臂，而分别形成第一桥臂与第二桥臂，且所述第一桥臂与第二桥臂的公共连接端分别构成正极输出端与负极输出端，并所述第一桥臂的中点与所述电感的另一端连接，所述第二桥臂的中点与所述零线端连接；以及

电容，跨接在所述正极输出端与负极输出端；

且，所述测压电路与所述电容并联连接，并包括：

电阻组，其一端连接所述正极输出端，且包含一个第一电阻或两个及两个以上个串接的第一电阻；以及

第二电阻，其一端连接所述电阻组的另一端，其另一端连接所述负极输出端，并在所述第二电阻与所述电阻组之间形成一个输出直流电压的分接点；

其特征在于，所述单相可控整流器的载波调幅控制系统包括：

电压闭环模块以及电流闭环模块；

其中，所述电压闭环模块包括：

参考电压源，用以产生参考电压；

减法单元，分别接收所述参考电压源所产生的参考电压以及所述分接点所输出的直流电压，且用以将所述参考电压减去所述直流电压，以产生并输出一个电压偏差值；以及

误差滤波放大单元，接收所述减法单元所输出的电压偏差值，且用以对所述电压偏差值执行滤波放大处理；

且，所述电流闭环模块包括：

锯齿波发生单元，用以产生锯齿波信号；

同步信号发生单元，用以产生与所述锯齿波信号属于同相位的同步信号；

乘法单元，分别接收所述误差滤波放大单元所输出的经滤波放大处理的电压偏差值以及所述锯齿波发生单元所产生的锯齿波信号，且用以将所述经滤波放大处理的电压偏差值与所述锯齿波信号相乘，而产生并输出调幅载波；

比较单元，分别接收所述电流互感器所输出的电流值以及所述乘法单元所输出的调幅载波，且用以比较所述电流值与所述调幅载波，以在调幅载波高于电流值时产生高电平，而在调幅载波低于电流值时产生低电平，进而产生并输出脉冲信号；以及

控制单元，用以接收所述比较单元所输出的脉冲信号以及所述同步信号发生单元所产生的同步信号，且用以依据脉冲信号以及同步信号而产生供驱动所述单相整流桥的4个逆导型开关的PWM驱动信号。

2.根据权利要求1所述的单相可控整流器的载波调幅控制系统，其特征在于：所述逆导型开关为含反向并联二极管的IGBT或IGCT或IECT。

3.根据权利要求1所述的单相可控整流器的载波调幅控制系统，其特征在于：所述控制单元为具有置位端、复位端以及互补的第一输出端与第二输出端的RS触发器，所述置位端用以接收所述比较单元所输出的脉冲信号，而所述复位端用以接收所述同步信号发生单元所产生的同步信号，且所述第一输出端用以输出供驱动所述单相整流桥的4个逆导型开关中的其中2个可形成通路的逆导型开关的第一PWM驱动信号，所述第二输出端用以输出供驱动所述单相整流桥的4个逆导型开关中的剩下2个可形成通路的逆导型开关的第二PWM驱动信号。

4.根据权利要求3所述的单相可控整流器的载波调幅控制系统，其特征在于：所述第一PWM驱动信号与所述第二PWM驱动信号为互补信号。