CN103973150B - 电流型逆变电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流型逆变电源，涉及一种逆变电源，本发明在直流母线侧上增加了电流检测装置，形成闭环反馈，实现了输出电流的正弦化，不仅较好的满足了负载对于正弦电流的需求，减少了谐波，提高了功率因数，而且由于采用了闭环控制，因此其稳定性和输出控制精度受系统参数影响较小，具有很好的鲁棒性，可实现输出功率在较大范围内连续可调。
Description
技术领域
本发明涉及一种逆变电源，特别是涉及一种电流型逆变电源。
背景技术
在实际应用中，很多电力电子负载都要求逆变电路的输出功率能够得到有效和灵活的控制，以满足不同负载的需求。逆变电源的功率调节方式可分为两大类：直流调功和逆变调功。直流调功是对逆变器直流侧的输入电压进行调节，达到调节负载输出功率的目的。目前，直流斩波调压调功是直流调功的主要方式。
常规的逆变电源调节功率采取的直流斩波调压方式，在直流母线侧采用降压斩波电路，通过改变占空比的大小来调节直流输出电压，实现对输出功率的调节。采用这种常规控制方式，负载上电压波形为不连续方波，电流波形通常视负载而定，故常规逆变电源的缺点是难以实现输出电流的正弦化，因此谐波分量大，功率因数低，不适合大范围调功。
专利号为200810089351.9的发明专利公开了一种中频逆变电源，其调节功率的方式为变压器调功，采用此种方式控制的逆变电源输出功率虽然连续可调，但是其电流波形要视负载特性而定，通常不是正弦波。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够减少谐波的逆变电源。
为实现上述目的，本发明提供了一种电流型逆变电源，包括整流器、斩波电路和逆变电路，所述整流器的输出端连接所述斩波电路的输入端，所述斩波电路的输出端连接所述逆变电路的输入端；所述斩波电路包括第五绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、电抗器及电流检测电路；
所述整流器的正极输出端连接所述第五绝缘栅双极型晶体管的漏极，所述第五绝缘栅双极型晶体管的源极连接所述电抗器的一端，所述电抗器的另一端通过所述电流检测电路连接所述逆变电路的正极输入端；所述整流器的负极输出端连接所述逆变电路的负极输入端；所述整流器与逆变电路之间并联有第一二极管；所述第一二极管的负极连接在所述第五绝缘栅双极型晶体管与所述电抗器之间的电路上，所述第一二极管的正极连接在所述整流器与逆变电路之间的电路上；所述电流检测电路连接控制电路，所述电流检测电路输出检测信号给所述控制电路，所述控制电路的控制信号输出端连接所述第五绝缘栅双极型晶体管的栅极。
所述控制电路包括运算放大器、滞回比较器、正弦波信号发生装置、第一电阻、第二电阻、第三电阻、和反向二极管；所述电流检测电路的第一信号输出端连接运算放大器的正极信号输入端，所述电流检测电路的第二信号输出端通过所述第一电阻连接所述运算放大器的负极信号输入端，所述运算放大器的信号输出端连接滞回比较器的第一输入端，所述运算放大器的负极信号输入端与所述运算放大器的信号输出端并联有第二电阻，所述滞回比较器的第二输入端连接有正弦波信号发生装置，所述正弦波信号发生装置输出正弦波信号给所述滞回比较器；所述整流器的正极输出端还通过第三电阻连接反向二极管的负极，所述反向二极管的正极连接所述第五绝缘栅双极型晶体管的源极，所述反向二极管的负极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的栅极连接；所述滞回比较器的输出端连接继电器的控制信号输入端，所述继电器的动作末端串联在所述第三电阻与反向二极管之间的电路。
一般的电流型感应加热逆变电源逆变桥的输入电流为恒流，负载上电流波形为不连续矩形波，而矩形波电流不能很好满足负载的需求，造成电能损耗大，功率因数低。本发明提出的感应加热逆变电源与传统电流型逆变电源最大的不同之处在于：在斩波电路中采用了电抗器，结合特有的控制规律以及逆变桥中四个开关管的相互配合，实现了在负载上输出正弦电流，且能对电流直接进行控制，是一种全新的正弦波电流控制电路。采用此种电路结构，逆变桥中的四个开关管仅仅起到改变电流方向的作用，所以采用低频管就能满足实际需求，降低了开关管的选型要求。
由运算放大器将电流检测电路输出的小信号放大后作为滞回比较器的一个输入信号，当滞回比较器的另一个输入信号与运算放大器输出的信号值之差超过了上门限值或低于了下门限值时，滞回比较器就会输出高电平或低电平去控制继电器动作末端的通断。当继电器动作末端闭合时，第五绝缘栅双极型晶体管的栅极与源极之间就存在电压使得所述第五绝缘栅双极型晶体管导通；当继电器的动作末端断开时，第五绝缘栅双极型晶体管关断。采用以上技术方案，整流器将交流电整流成直流电，经斩波电路转化为直流母线上的正弦半波电流，最后经逆变电路后在负载上得到正弦全波电流。本专利针对常规直流斩波调功方式的缺点，提出了一种电流型逆变电源，与常规直流斩波调功方式相比具有如下显著优势：在直流母线侧上增加了电流检测装置，形成闭环反馈，实现了输出电流的正弦化，不仅较好的满足了负载对于正弦电流的需求，减少了谐波，提高了功率因数，而且由于采用了闭环控制，因此其稳定性和输出控制精度受系统参数影响较小，具有很好的鲁棒性，可实现输出功率在较大范围内连续可调。
所述逆变电路包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管；所述第一绝缘栅双极型晶体管的栅极连接处理器的第一信号输出端，所述处理器的第二信号输出端连接所述第二绝缘栅双极型晶体管的栅极，所述处理器的第三信号输出端连接所述第三绝缘栅双极型晶体管的栅极，所述处理器的第四信号输出端连接所述第四绝缘栅双极型晶体管的栅极；所述电抗器通过所述电流检测电路连接第一绝缘栅双极型晶体管的漏极，所述第一绝缘栅双极型晶体管的源极与第二绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的源极与所述整流器的负极输出端连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的源极与第三绝缘栅双极型晶体管的源极连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管的漏极与第四绝缘栅双极型晶体管的源极连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管的漏极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的漏极连接；所述第一绝缘栅双极型晶体管与第二绝缘栅双极型晶体管之间的电路连接负载的正极，所述负载的负极连接在所述第三绝缘栅双极型晶体管与第四绝缘栅双极型晶体管之间的电路上。
本发明的有益效果是：本发明在直流母线侧上增加了电流检测装置，形成闭环反馈，实现了输出电流的正弦化，不仅较好的满足了负载对于正弦电流的需求，减少了谐波，提高了功率因数，而且由于采用了闭环控制，因此其稳定性和输出控制精度受系统参数影响较小，具有很好的鲁棒性，可实现输出功率在较大范围内连续可调。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的具体电路示意图。
图2是本发明电路中实际电流值、设定电流值的波形图以及第五绝缘栅双极型晶体管的开关波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，一种电流型逆变电源，包括整流器1、斩波电路2和逆变电路3，所述整流器1的输出端连接所述斩波电路2的输入端，所述斩波电路2的输出端连接所述逆变电路3的输入端；所述斩波电路2包括第五绝缘栅双极型晶体管4、第一二极管D1、电抗器Ld及电流检测电路5；，电流检测电路5为现有技术，在此不再赘述。
所述整流器1的正极输出端连接所述第五绝缘栅双极型晶体管4的漏极，所述第五绝缘栅双极型晶体管4的源极连接所述电抗器Ld的一端，所述电抗器Ld的另一端通过所述电流检测电路5连接所述逆变电路3的正极输入端；所述整流器1的负极输出端连接所述逆变电路3的负极输入端；所述整流器1与逆变电路3之间并联有第一二极管D1；所述第一二极管D1的负极连接在所述第五绝缘栅双极型晶体管4与所述电抗器Ld之间的电路上，所述第一二极管D1的正极连接在所述整流器1与逆变电路3之间的电路上；所述电流检测电路5连接控制电路，所述电流检测电路5输出检测信号给所述控制电路，所述控制电路的控制信号输出端连接所述第五绝缘栅双极型晶体管4的栅极。
所述控制电路包括运算放大器6、滞回比较器7、正弦波信号发生装置8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、和反向二极管D2；所述电流检测电路5的第一信号输出端连接运算放大器6的正极信号输入端，所述电流检测电路5的第二信号输出端通过所述第一电阻R1连接所述运算放大器6的负极信号输入端，所述运算放大器6的信号输出端连接滞回比较器7的第一输入端，所述运算放大器6的负极信号输入端与所述运算放大器6的信号输出端并联有第二电阻R2，所述滞回比较器7的第二输入端连接有正弦波信号发生装置8，所述正弦波信号发生装置8输出正弦波信号给所述滞回比较器7；所述整流器1的正极输出端还通过第三电阻R3连接反向二极管D2的负极，所述反向二极管D2的正极连接所述第五绝缘栅双极型晶体管4的源极，所述反向二极管D2的负极与所述第五绝缘栅双极型晶体管4的栅极连接；所述滞回比较器7的输出端连接继电器9的控制信号输入端，所述继电器9的动作末端串联在所述第三电阻R3与反向二极管D2之间的电路。
所述逆变电路3包括第一绝缘栅双极型晶体管Q1、第二绝缘栅双极型晶体管Q2、第三绝缘栅双极型晶体管Q3和第四绝缘栅双极型晶体管Q4；所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极连接处理器10的第一信号输出端，所述处理器10的第二信号输出端连接所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极，所述处理器10的第三信号输出端连接所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3的栅极，所述处理器10的第四信号输出端连接所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4的栅极；所述电抗器Ld通过所述电流检测电路5连接第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极，所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的源极与第二绝缘栅双极型晶体管Q2的漏极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极与所述整流器1的负极输出端连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的源极与第三绝缘栅双极型晶体管Q3的源极连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3的漏极与第四绝缘栅双极型晶体管Q4的源极连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4的漏极与所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的漏极连接；所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1与第二绝缘栅双极型晶体管Q2之间的电路连接负载的正极，所述负载的负极连接在所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3与第四绝缘栅双极型晶体管Q4之间的电路上。
本实施例中，所述处理器采用正弦波信号发生装置的单片机实现，由于借用了正弦波信号发生装置的单片机，进一步的简化了电路复杂度，降低了成本。
直流母线上正弦半波产生过程如图2所示：直流母线上的电流检测电路通过检测得到实际电流值id，id*为设定电流值，设定电流值id*和实际电流值id的差值为e，设定第五绝缘栅双极型晶体管的开关波形为V0，将设定电流值id*和实际电流值id的偏差e放大后输出给滞回比较器，通过其输出来控制第五绝缘栅双极型晶体管的通断。当e≥△I时，断开第五绝缘栅双极型晶体管，使得id减小；当e≤-△I时，开通第五绝缘栅双极型晶体管，使得id开始增大，△I为设定阈值，△I的取值范围为id*的2％～5％。这样交替通断，使得|e|≤△I，实现了id对设定值id*的自动跟踪，id就在id*±△I的范围内呈锯齿状地跟踪设定电流id*。将id*设定为正弦半波，设定经逆变电路进行逆变后在负载上得到的正弦全波电流为i，因为负载与电抗器Ld是串联的关系，所以id和i的大小始终相等。在i的前半个周期，它们的方向相同；在后半个周期，它们的方向相反。将第一绝缘栅双极型晶体管与第三绝缘栅双极型晶体管设为第一绝缘栅双极型晶体管组、将第二绝缘栅双极型晶体管与第四绝缘栅双极型晶体管设为第二绝缘栅双极型晶体管组，让第一绝缘栅双极型晶体管组与第二绝缘栅双极型晶体管组180°交替导通即可在负载上得到完整的正弦电流全波。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种电流型逆变电源，包括整流器(1)、斩波电路(2)和逆变电路(3)，所述整流器(1)的输出端连接所述斩波电路(2)的输入端，所述斩波电路(2)的输出端连接所述逆变电路(3)的输入端；其特征在于：所述斩波电路(2)包括第五绝缘栅双极型晶体管(4)、第一二极管(D1)、电抗器(Ld)及电流检测电路(5)；
所述整流器(1)的正极输出端连接所述第五绝缘栅双极型晶体管(4)的漏极，所述第五绝缘栅双极型晶体管(4)的源极连接所述电抗器(Ld)的一端，所述电抗器(Ld)的另一端通过所述电流检测电路(5)连接所述逆变电路(3)的正极输入端；所述整流器(1)的负极输出端连接所述逆变电路(3)的负极输入端；所述整流器(1)与逆变电路(3)之间并联有第一二极管(D1)；所述第一二极管(D1)的负极连接在所述第五绝缘栅双极型晶体管(4)与所述电抗器(Ld)之间的电路上，所述第一二极管(D1)的正极连接在所述整流器(1)与逆变电路(3)之间的电路上；所述电流检测电路(5)连接控制电路，所述电流检测电路(5)输出检测信号给所述控制电路，所述控制电路的控制信号输出端连接所述第五绝缘栅双极型晶体管(4)的栅极；
所述控制电路包括运算放大器(6)、滞回比较器(7)、正弦波信号发生装置(8)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、和反向二极管(D2)；所述电流检测电路(5)的第一信号输出端连接运算放大器(6)的正极信号输入端，所述电流检测电路(5)的第二信号输出端通过所述第一电阻(R1)连接所述运算放大器(6)的负极信号输入端，所述运算放大器(6)的信号输出端连接滞回比较器(7)的第一输入端，所述运算放大器(6)的负极信号输入端与所述运算放大器(6)的信号输出端并联有第二电阻(R2)，所述滞回比较器(7)的第二输入端连接有正弦波信号发生装置(8)，所述正弦波信号发生装置(8)输出正弦波信号给所述滞回比较器(7)；所述整流器(1)的正极输出端还通过第三电阻(R3)连接反向二极管(D2)的负极，所述反向二极管(D2)的正极连接所述第五绝缘栅双极型晶体管(4)的源极，所述反向二极管(D2)的负极与所述第五绝缘栅双极型晶体管(4)的栅极连接；所述滞回比较器(7)的输出端连接继电器(9)的控制信号输入端，所述继电器(9)的动作末端串联在所述第三电阻(R3)与反向二极管(D2)之间的电路。
2.如权利要求1所述的电流型逆变电源，其特征是：所述逆变电路(3)包括第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)、第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)、第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)和第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)；所述第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)的栅极连接处理器(10)的第一信号输出端，所述处理器(10)的第二信号输出端连接所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的栅极，所述处理器(10)的第三信号输出端连接所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)的栅极，所述处理器(10)的第四信号输出端连接所述第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)的栅极；所述电抗器(Ld)通过所述电流检测电路(5)连接第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)的漏极，所述第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)的源极与第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的漏极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的源极与所述整流器(1)的负极输出端连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的源极与第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)的源极连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)的漏极与第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)的源极连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)的漏极与所述第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)的漏极连接；所述第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)与第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)之间的电路连接负载的正极，所述负载的负极连接在所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)与第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)之间的电路上。
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Effective date of registration: 20200415 Address after: 402160 Chongqing City, Yongchuan Avenue, No. 1 star (Chongqing Yongchuan Industrial Park, Phoenix Lake Industrial Park) Patentee after: Chongqing Hengrui Jinding Induction Technology Co.,Ltd. Address before: 400044 Shapingba District Sha Street, No. 174, Chongqing Co-patentee before: CHONGQING HENGRUI MECHANICAL & ELECTRONIC Co.,Ltd. Patentee before: Chongqing University |
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Denomination of invention: Current type inverter power supply Granted publication date: 20161109 Pledgee: Yongchuan sub branch of Bank of Chongqing Co.,Ltd. Pledgor: Chongqing Hengrui Jinding Induction Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980021193 |