CN103595123B - 一种应用在apf系统的双电源供电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用在APF系统的双电源供电装置及方法，本发明的装置主要由开关电源、DC/DC转换电路、整流桥、二极管等相关芯片构成。本发明当APF正常工作时，由电网给控制电路供电；当电网出现供电异常后，截至功率器件的驱动信号，并将APF直流母线的电能通过DC/DC转换电路回馈给控制电路和驱动电路。本发明能使APF的电源供电方式更多样化，能有效解决因电网供电异常对APF带来的不良影响。
Description
技术领域
本发明属于改善电能质量的有源电力滤波器的技术领域，涉及一种应用在APF系统的双电源供电装置及方法，特别涉及一种应用在APF系统的并联型有源电力滤波器的双电源供电装置及方法。
背景技术
在环境保护问题日益受到关注的今天，人们已经认识到电力系统环境净化的必要性。在电网污染日益严重的情况下，对电能质量的研究和保护具有十分重要的意义，而电力系统谐波是衡量电能质量的一项重要指标。
电力系统谐波和无功的来源主要是电网中非线性负载，如电弧炉、变压器、电力电子装置等。近二十年来，随着电力电子技术的发展，尤其是功率半导体器件以及控制技术的飞速发展，电力电子装置也更多的应用在工矿企业，在节约能源、提高生产效率和产品质量等方面起着重要作用，成为实现生产自动化的重要基础建设。然后，随着电力电子设施的广泛应用，其非线性的特点却将大量的谐波和无功功率注入电网，造成电能质量的下降，引起“电网污染”问题。
有源电力滤波器（Active Power Filter,APF）作为一种有效抑制电网谐波污染问题的设备，表现出了强大的生命力，受到了电力电子界的广泛关注，并且随着相关技术与理论的发展，APF的研究取得了很大的进展。而作为APF安全运行保证的控制电源部分应该得到充分的重视和合理的设计。常规的供电方式是通过普通开关电源提供控制器所需的±15V、±5V电源，传感器需要的±15V电源以及触摸屏和接触器需要的24V电源，但是上述的传统供电方式，仅采用电网作为一次供电，当遇到电网供电异常时，系统运行就会受到严重影响。
发明内容
本发明专利目的在于，提出一种应用在APF系统的由交流电网和APF功率直流母线的双电源供电的供电装置及方法。
本发明的装置为实现上述目的，采用以下解决方案：一种应用在APF系统的双电源供电装置，其特征在于：包括整流桥、DC/DC转换电路、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、开关电源和驱动电源，所述的整流桥与第一电容C1并联连接，220V交流电经过所述的整流桥整流后，在所述的第一电容C1上得到310V±10V的直流电，所述的第一电容C1正极输出端设置有第一二极管D1，所述的DC/DC转换电路的正极输出端设置有第二二极管D2，所述的DC/DC转换电路的正极输出端通过所述的第二二极管D2与第一电容C1的正极输出端通过所述的第一二极管D1相连，所述的DC/DC转换电路的负极输出端与第一电容C1的负极输出端直接相连，所述的DC/DC转换电路和所述的整流桥组成并联供电电路，为所述的开关电源和驱动电源提供电力。
作为优选，所述的DC/DC转换电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第三二极管D3、第四二极管D4、线圈、控制芯片和开关器件T1组成，所述的第五电容C5分别于所述的DC/DC转换电路的输入端正极和负极连接，所述的第二电阻R2、控制芯片和第六电阻R6串联连接后与所述的DC/DC转换电路的输入端正极和负极连接，所述的第二电阻R2与第一电阻R1并联后与所述的第三二极管D3串联连接组成缓冲电路，所述的缓冲电路与所述的线圈的初级绕组并联连接后一端与所述的DC/DC转换电路的输入端正极连接，另一端与所述的开关器件T1一端连接，所述的开关器件T1的另一端与所述的控制芯片连接，所述的控制芯片与所述的开关器件T1的第三端连接后通过所述的第三电阻R3与所述的DC/DC转换电路的输入端负极连接，所述的线圈的次级输出绕组与所述的第三电容C3并联后与所述的整流桥并联连接，所述的线圈的次级反馈绕组与所述的第四电容C4并联后，其正极端通过所述的第四二极管D4和第五电阻R5与所述的控制芯片连接，其负极通过所述的第四电阻R4与所述的DC/DC转换电路的输入端负极连接。
作为优选，所述的控制芯片为UC3844脉宽调制芯片。
作为优选，所述的线圈的磁芯为EC3521，所述的线圈的变比120：55：4。
作为优选，所述的开关器件T1为1700V的开关管。
本发明的方法为实现上述目的，采用以下解决方案：一种利用应用在APF系统的双电源供电装置对APF系统进行供电的方法，其特征在于：当APF正常工作时，由电网给控制电路供电；当电网出现供电异常后，截至功率器件的驱动信号，并将APF直流母线的电能通过DC/DC转换电路回馈给控制电路和驱动电路。
本发明的一种应用在APF系统的双电源供电装置及方法是一种有效避免供电异常的装置及方法。
附图说明
附图1：为本发明实施例的APF系统供电装置电路原理图。
附图2：为本发明实施例的DC/DC变换电路原理图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本发明做进一步的阐述。
请见图1、图2，本发明的装置所采用的技术方案是：一种应用在APF系统的双电源供电装置，包括整流桥、DC/DC转换电路、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、开关电源和驱动电源，整流桥与第一电容C1并联连接，220V交流电经过整流桥整流后，在第一电容C1上得到310V±10V的直流电，第一电容C1正极输出端设置有第一二极管D1，DC/DC转换电路的正极输出端设置有第二二极管D2，DC/DC转换电路的正极输出端通过第二二极管D2与第一电容C1的正极输出端通过第一二极管D1相连，DC/DC转换电路的负极输出端与第一电容C1的负极输出端直接相连，DC/DC转换电路和整流桥组成并联供电电路，为开关电源和驱动电源提供电力。
其中，DC/DC转换电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第三二极管D3、第四二极管D4、线圈、控制芯片和开关器件T1组成，控制芯片为UC3844脉宽调制芯片，线圈的磁芯为EC3521，线圈的变比为120：55：4，开关器件T1为1700V的开关管；第五电容C5分别于DC/DC转换电路的输入端正极和负极连接，第二电阻R2、控制芯片和第六电阻R6串联连接后与DC/DC转换电路的输入端正极和负极连接，第二电阻R2与第一电阻R1并联后与第三二极管D3串联连接组成缓冲电路，缓冲电路与线圈的初级绕组并联连接后一端与DC/DC转换电路的输入端正极连接，另一端与开关器件T1一端连接，开关器件T1的另一端与控制芯片连接，控制芯片与开关器件T1的第三端连接后通过第三电阻R3与DC/DC转换电路的输入端负极连接，线圈的次级输出绕组与第三电容C3并联后与整流桥并联连接，线圈的次级反馈绕组与第四电容C4并联后，其正极端通过第四二极管D4和第五电阻R5与控制芯片连接，其负极通过第四电阻R4与DC/DC转换电路的输入端负极连接。
本发明的方法所采用的技术方案是：当APF正常工作时，由电网给控制电路供电；当电网出现供电异常后，截至功率器件的驱动信号，并将APF直流母线的电能通过DC/DC转换电路回馈给控制电路和驱动电路。
本实施例工作时，220V交流电经过整流桥整流，在第一电容C1上得到310V左右的直流电，DC/DC转换电路输出电压（OUT+和OUT-为DC/DC转换电路的输出）的正极与第一电容C1的正极通过二极管（D2、D1）相连，负极与第一电容C1的负极直接相连，只要使得DC/DC转换电路输出电压小于第一电容C1的电压，就可以保证APF正常工作时DC/DC转换电路不工作。当电网出现供电异常时，检测电路及时判断并且发出截止功率器件的保护信号。由于电容C1的存在，开关电源和驱动电源的输入电压不会立刻低于DC/DC转换电路输出电压，DC/DC转换电路不工作；一段时间后，第一电容C1上电压逐渐下降到DC/DC转换电路输出电压以下，DC/DC转换电路开始工作，直流母线的电能回馈到控制电路和驱动电路，直到其电压下降到安全值，DC/DC转换电路停止工作。
本实施中，关键是DC/DC转换电路的设计。考虑到DC/DC转换电路仅在电网供电异常时工作，而且仅为控制电路和驱动电路供电，输出容量较小，效率要求不高，因此采用单端反激式变换电路，与驱动电源相比，该电路的主要特点是输入电压范围较宽。因为对于工业电压等级的APF，正常工作时直流母线电压一般为750V左右，而电网断电后，直流母线电能回馈到控制电路和驱动电路，电压逐渐下降，直至安全值，这个过程中DC/DC转换器还能够输出较为稳定的直流电压，本实施例设定为200V左右。
DC/DC转换电路设计的重点是开关器件的选择。在单端反激电路中，开关器件T1承受的关断电压最大，其关断电压计算公式为：
Ucemax=Udc(1-Dmax)
其中，Dmax为最大占空比。工作中直流母线电压取700～800V，最大占空比设计为0.5，因此开关器件T1承受的最大耐压值为1600V，实际选取1700V的开关管。另外，为满足DCM和CCM两种工作模式的需要，本实施例的变压器的参数为：磁芯EC3521、变比120：55：4，其中第二路输出用作电压反馈控制；控制芯片同样使用UC3844脉宽调制芯片，实现输出稳压控制和峰值电流控制，本实施例的控制输出电压在180V左右（即OUT+和OUT-之间的电压值，稳定在180V左右），直流母线电压降低到此值以下，这样即使驱动信号不确定也不会损坏开关器件。
单端反激式变换电路以开关管T1的周期性导通和关断为主要特征，开关管导通时，变压器一次侧线圈不断储存能量；开关管关断时，变压器将一次侧线圈内储存的电感能量通过整流二极管给负载供电，直到下一个周期开始。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1. 一种应用在APF系统的双电源供电装置，其特征在于：包括整流桥、DC/DC转换电路、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、开关电源和驱动电源，所述的整流桥与第一电容C1并联连接，220V交流电经过所述的整流桥整流后，在所述的第一电容C1上得到310V±10V的直流电，所述的第一电容C1正极输出端设置有第一二极管D1，所述的DC/DC转换电路的正极输出端设置有第二二极管D2，所述的DC/DC转换电路的正极输出端通过所述的第二二极管D2与第一电容C1的正极输出端通过所述的第一二极管D1相连，所述的DC/DC转换电路的负极输出端与第一电容C1的负极输出端直接相连，所述的DC/DC转换电路和所述的整流桥组成并联供电电路，为所述的开关电源和驱动电源提供电力。
2. 根据权利要求1所述的应用在APF系统的双电源供电装置，其特征在于：所述的DC/DC转换电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第三二极管D3、第四二极管D4、线圈、控制芯片和开关器件T1组成，所述的第五电容C5分别于所述的DC/DC转换电路的输入端正极和负极连接，所述的第二电阻R2、控制芯片和第六电阻R6串联连接后与所述的DC/DC转换电路的输入端正极和负极连接，所述的第二电阻R2与第一电阻R1并联后与所述的第三二极管D3串联连接组成缓冲电路，所述的缓冲电路与所述的线圈的初级绕组并联连接后一端与所述的DC/DC转换电路的输入端正极连接，另一端与所述的开关器件T1一端连接，所述的开关器件T1的另一端与所述的控制芯片连接，所述的控制芯片与所述的开关器件T1的第三端连接后通过所述的第三电阻R3与所述的DC/DC转换电路的输入端负极连接，所述的线圈的次级输出绕组与所述的第三电容C3并联后与所述的整流桥并联连接，所述的线圈的次级反馈绕组与所述的第四电容C4并联后，其正极端通过所述的第四二极管D4和第五电阻R5与所述的控制芯片连接，其负极通过所述的第四电阻R4与所述的DC/DC转换电路的输入端负极连接。
3. 根据权利要求2所述的应用在APF系统的双电源供电装置，其特征在于：所述的控制芯片为 UC3844 脉宽调制芯片。
4. 根据权利要求2所述的应用在APF系统的双电源供电装置，其特征在于：所述的线圈的磁芯为EC3521，所述的线圈的变比为120：55：4。
5. 根据权利要求2所述的应用在APF系统的双电源供电装置，其特征在于：所述的开关器件T1为1700V 的开关管。
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