CN105790557B - 一种用于降低交流电源输入谐波的电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于降低交流电源输入谐波的电路，包括母线和时序开关电路，母线的两端分别与时序开关电路的输出端连接，母线设置有电容器，时序开关电路包括多个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块，多个IGBT模块并联，多个IGBT模块连接有控制器，时序开关电路还连接于交流电源输入端，交流电源输入端与时序开关电路之间连接有电感器和开关，开关与电感器并联连接。可以使输入电流使其实时动态地跟踪输入电压波形，输入电流波形接近正弦波，且使输入电流与电压同相位，这样不但可以提高输出功率，而且还可以降低交流输入的谐波。

Description

一种用于降低交流电源输入谐波的电路

技术领域

本发明涉及交流电源电流校正技术领域，具体而言，涉及一种用于降低交流电源输入谐波的电路。

背景技术

随着机场400Hz中频静变电源的大力推广和使用，中频电源交流输入侧的性能和指标也得到越来越重视。从民航局对中频电源标准的更新来看，静变电源应能正常工作，交流输入谐波必须小于10％，从机场这种对电磁兼容要求很高的场所来看，降低中频电源输入谐波，提高中频电流输入侧的性能是将来飞机地面静变电源技术要求是必须的，同时其性能标准会越来越高。

现有技术通过移相电抗器与12脉波全桥整流器组合方案，可将交流输入谐波控制在14％左右，但是达不到10％的需求。还有的方案是在中频电源的交流输入侧外置有源滤波器，以降低输入谐波，虽然可以降低中频电源交流输入谐波，但在容量配置上不灵活，容量配置上十分不便。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种用于降低交流电源输入谐波的电路。

本发明实施例提供的一种用于降低交流电源输入谐波的电路，包括母线和时序开关电路，所述母线的两端分别与所述时序开关电路的输出端连接，所述母线设置有电容器，所述时序开关电路包括多个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块，所述多个IGBT模块并联，所述多个IGBT模块连接有控制器，所述控制器用于控制所述多个IGBT模块的导通或断开，所述时序开关电路还连接于交流电源输入端，所述交流电源输入端与所述时序开关电路之间连接有电感器和开关，所述开关与所述电感器并联连接。

优选的，所述交流电源输入端为三相交流电源输入端，所述电感器包括第一电感器、第二电感器以及第三电感器，所述三相交流电源输入端的A线与所述第一电感器连接，所述三相交流电源输入端的B线与所述第二电感器连接，所述三相交流电源输入端的C线与所述第三电感器连接，所述第一电感器、所述第二电感器以及所述第三电感器并联连接。

优选的，所述时序开关电路包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述多个IGBT模块包括第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块以及第六IGBT模块，所述第一IGBT模块与所述第二IGBT模块串联组成所述第一支路；所述第三IGBT模块与所述第四IGBT模块串联组成所述第二支路；所述第五IGBT模块与所述第六IGBT模块串联组成所述第三支路，所述第一支路、所述第二支路以及所述第三支路并联连接。

优选的，所述第一电感器连接于所述第一IGBT模块和第二IGBT模块之间，所述第二电感器连接于所述第三IGBT模块和第四IGBT模块之间，所述第三电感器连接于所述第五IGBT模块和第六IGBT模块之间。

优选的，所述开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关与所述第一电感器并联，所述第二开关与所述第二电感器并联。

优选的，所述第一电感器还串联连接有第三开关，所述第三开关与所述第一开关并联，所述第二电感器还串联连接有第四开关，所述第四开关与所述第二开关并联，所述第三电感器与所述三相交流电源的C线之间设置有第五开关。

优选的，所述第一开关的一端还串接有限流电阻。

优选的，所述IGBT模块包括绝缘栅双极型晶体管和续流二极管，所述绝缘栅双极型晶体管和续流二极管并联连接。

优选的，所述绝缘栅双极型晶体管包括绝缘栅型场效应管，所述绝缘栅型场效应管的源极与所述续流二极管的正极连接，所述绝缘栅型场效应管的漏极与所述续流二极管的负极连接。

优选的，所述控制器还与所述开关连接，用于控制所述开关的开合与现有技术相比，本发明的用于降低交流电源输入谐波的电路通过设置了电感器和IGBT模块，可以通过控制IGBT模块的导通的时间长短和时间间隔来实现给电感器和母线上的电容器充电，不但可以保证电容器的电压达到使用要求，而且还可以使输入电流使其实时动态地跟踪输入电压波形，输入电流波形接近正弦波，且使输入电流与电压同相位，这样不但可以提高输出功率，而且还可以降低交流输入的谐波。可将交流输入谐波在输出负载大于50％时降低到5％，输出负载满载时降低到3％。

采用本发明的用于降低交流电源输入谐波的电路，可取消传统技术中的移相电抗器，减小产品设计成本，降低产品尺寸和重量，并且可将输入谐波控制在3％以下(输出功率为满载)，同时还避开了现有技术中，中频电源与有源滤波器容量的配置，外置配件的安装空间等限制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的用于降低交流电源输入谐波的电路的电路图。

主要元件符号说明

第一IGBT模块101；第二IGBT模块102；第三IGBT模块103；第四IGBT模块104；第五IGBT模块105；第六IGBT模块106；母线107；电容器108；第一开关109；第二开关110；第三开关111；第四开关112；第五开关113；第一电感器114；第二电感器115；第三电感器116；绝缘栅双极型晶体管117；续流二极管118；电阻119

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，是本发明较佳实施例提供的用于降低交流电源输入谐波的电路的电路图。所述用于降低交流电源输入谐波的电路包括母线107、多个绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)模块、多个电感器、控制器以及多个开关。

所述控制器均与多个IGBT模块和多个开关连接，用于控制IGBT模块以及开关的导通或断开，所述控制器可以包括存储器、处理器。其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器用于存储程序，所述处理器在接收到执行指令后，执行所述程序。

处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

所述母线107设置有电容器108，所述电容器108用于储存电能，并直接为外部连接的负载供电。本实施例中，所述IGBT模块的个数为6个，包括第一IGBT模块101、第二IGBT模块102、第三IGBT模块103、第四IGBT模块104、第五IGBT模块105以及第六IGBT模块106，所述第一IGBT模块101与所述第二IGBT模块102串联，组成第一支路；所述第三IGBT模块103与所述第四IGBT模块104串联，组成第二支路；所述第五IGBT模块105与所述第六IGBT模块106串联，组成第三支路。所述第一支路、所述第二支路以及所述第三支路并联连接，并联连接后与所述母线107的两端分别连接。

其中，所述IGBT模块包括绝缘栅双极型晶体管117和续流二极管118，所述绝缘栅双极型晶体管117可以包括绝缘栅型场效应管，所述绝缘栅型场效应管的源极与所述续流二极管118的正极连接，所述绝缘栅型场效应管的漏极与所述续流二极管118的负极连接，绝缘栅型场效应管的栅极与所述控制器连接。

本发明实施例中，交流电源选取三相交流电源，当然在其他具体实施方式中，交流电源还可以选取其他电源。所述三相交流电源包括三个输入端，为三相交流电源输入端的A线、三相交流电源输入端的B线以及三相交流电源输入端的C线。本实施例中，所述电感器的个数为三个，包括第一电感器114、第二电感器115以及第三电感器116，所述三相交流电源输入端的A线与所述第一电感器114连接，所述三相交流电源输入端的B线与所述第二电感器115连接，所述三相交流电源输入端的C线与所述第三电感器116连接，所述第一电感器114、所述第二电感器115以及所述第三电感器116并联连接。

所述第一电感器114连接于所述第一IGBT模块101和第二IGBT模块102之间，所述第二电感器115连接于所述第三IGBT模块103和第四IGBT模块104之间，所述第三电感器116连接于所述第五IGBT模块105和第六IGBT模块106之间。

所述第一电感器114连接有第一开关109，所述第一开关109与所述第一电感器114并联连接，所述第一开关109的一端还串接有一电阻，用于限流。所述第一电感器114还串联连接有第三开关111，所述第一开关109与所述第三开关111和所述第一电感器114并联。所述第二电感器115并联连接有第二开关110，所述第二电感器115还串联连接有第四开关112，所述第二开关110与所述第四开关112和所述第二电感器115并联连接。所述第三电感器116还串接有第五开关113，本实施例中，所述第五开关113设置与所述三相交流电源输入端的C线与所述第三电感器116之间。

本发明的用于降低交流电源输入谐波的电路的工作原理如下：

首先，三相交流电源输入端为电容器108预充电。初始状态为所有开关和所有IGBT模块内绝缘栅型场效应管的栅极均断开。控制器控制所述第一开关109和所述第二开关110闭合，三相交流电源输入端的A线和三相交流电源输入端的B线的作为交流电的输入端，当电流从所述三相交流电源输入端的A线流出时，其电流经过电阻再依次流经所述第一IGBT模块101、所述电容器108以及所述第四IGBT模块104最后经流回第二开关110所述三相交流电源输入端的B线，如此，可以为所述电容器108充电，电路的冲击电流为零，对电容器108不会造成损伤，但是此过程给电容器108充电使电容器108的电压只能达到一定值，例如约为530V。

其次，三相交流电源输入端为电感器储能。例如，为第一电感器114和第二电感器115充电。具体的，在完成上述步骤后，控制所述第一开关109和所述第二开关110断开，控制所述第三开关111、所述第四开关112以及所述第五开关113闭合。当电流为A、B线输入时，控制器控制所述第二IGBT模块102和第四IGBT模块104的绝缘栅双极型晶体管117导通，电流依次经过第一电感器114、第二IGBT模块102、第四IGBT模块104以及第二电感器115，为所述第一电感器114和所述第二电感器115储能。需要提到的是，此时如果母线107的两端连接有负载时，所述负载所需的能量由电容器108提供。

在三相交流电源输入端为第一电感器114和第二电感器115储能的过程中，电流的波形实际上是波动的，近似趋近于正弦波。在波形呈上升趋势时，控制器控制所述第二IGBT模块102和第四IGBT模块104的绝缘栅双极型晶体管117导通，为所述第一电感和第二电感充电；在波形呈下降趋势时，控制器控制所述第二IGBT模块102和第四IGBT模块104的绝缘栅双极型晶体管117关闭，电流流向电容器108，为电容器108供电。如此，通过调节第二IGBT模块102和第四IGBT模块104导通的时间间隔，可以调节所述电流的波形接近于正弦波形，减小谐波。

不但如此，由于电流的波形和电压的波形存在一定的相位差，可以通过控制器调节第二IGBT模块102和第四IGBT模块104的绝缘栅双极型晶体管117的导通的时间长短来调节电流的波形趋近于电压的波形，使输入电流与电压同相位，这样可将交流输入谐波在输出负载大于50％时降低到5％，输出负载满载时降低到3％，可提高输出功率。

当电流为A线和C线输入时，控制器控制第二IGBT模块102和第六IGBT模块106的绝缘栅双极型晶体管117导通，使在三相交流电源为第一电感器114和第三电感器116储能；当电流为B线和C线输入时，控制器控制第四IGBT模块104和第六IGBT模块106的绝缘栅双极型晶体管117导通，使在三相交流电源为第二电感器115和第三电感器116储能，其储能的原理与上述方法一致。

最后，电感器为电容器108升压。当所有电感器均达到使用需求时，控制器控制所有IGBT模块的绝缘栅双极型晶体管117均关闭，电流可以经过第一IGBT模块101和第四IGBT模块104内的续流二极管118续流，也可以经过第一IGBT模块101和第六IGBT模块106内的续流二极管118续流，还可以经过第三IGBT模块103和第六IGBT模块106内的续流二极管118续流，为所述电容器108补充能量，即同时又三相电源和电感器为所述电容器108提供能量，使得所述电感器的电压值能够进一步提升，例如在原有的530V的基础上提升到680V左右。

本发明的用于降低交流电源输入谐波的电路尤其适用于减小三相交流电的电源输入谐波。

综上所述，本发明的用于降低交流电源输入谐波的电路通过设置了电感器和IGBT模块，可以通过控制IGBT模块的导通的时间长短和时间间隔来实现给电感器和母线上的电容器充电，不但可以保证电容器的电压达到使用要求，而且还可以使输入电流使其实时动态地跟踪输入电压波形，输入电流波形接近正弦波，且使输入电流与电压同相位，这样不但可以提高输出功率，而且还可以降低交流输入的谐波。可将交流输入谐波在输出负载大于50％时降低到5％，输出负载满载时降低到3％。

采用本发明的用于降低交流电源输入谐波的电路，可取消传统技术中的移相电抗器，减小产品设计成本，降低产品尺寸和重量，并且可将输入谐波控制在3％以下(输出功率为满载)，同时还避开了现有技术中，中频电源与有源滤波器容量的配置，外置配件的安装空间等限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于降低交流电源输入谐波的电路，其特征在于，包括母线和时序开关电路，所述母线的两端分别与所述时序开关电路的输出端连接，所述母线设置有电容器，所述时序开关电路包括多个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块，所述多个绝缘栅双极型晶体管模块并联，所述多个绝缘栅双极型晶体管模块连接有控制器，所述控制器用于控制所述多个绝缘栅双极型晶体管模块的导通或断开，所述时序开关电路还连接于交流电源输入端，所述交流电源输入端与所述时序开关电路之间连接有电感器和开关，所述交流电源输入端为三相交流电源输入端，所述电感器包括第一电感器、第二电感器以及第三电感器，所述三相交流电源输入端的A线与所述第一电感器连接，所述三相交流电源输入端的B线与所述第二电感器连接，所述三相交流电源输入端的C线与所述第三电感器连接，所述第一电感器、所述第二电感器以及所述第三电感器并联连接；所述开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关与所述第一电感器并联，所述第二开关与所述第二电感器并联。

2.根据权利要求1所述的用于降低交流电源输入谐波的电路，其特征在于，所述时序开关电路包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述多个绝缘栅双极型晶体管模块包括第一绝缘栅双极型晶体管模块、第二绝缘栅双极型晶体管模块、第三绝缘栅双极型晶体管模块、第四绝缘栅双极型晶体管模块、第五绝缘栅双极型晶体管模块以及第六绝缘栅双极型晶体管模块，所述第一绝缘栅双极型晶体管模块与所述第二绝缘栅双极型晶体管模块串联组成所述第一支路；所述第三绝缘栅双极型晶体管模块与所述第四绝缘栅双极型晶体管模块串联组成所述第二支路；所述第五绝缘栅双极型晶体管模块与所述第六绝缘栅双极型晶体管模块串联组成所述第三支路，所述第一支路、所述第二支路以及所述第三支路并联连接。

3.根据权利要求2所述的用于降低交流电源输入谐波的电路，其特征在于，所述第一电感器连接于所述第一绝缘栅双极型晶体管模块和第二绝缘栅双极型晶体管模块之间，所述第二电感器连接于所述第三绝缘栅双极型晶体管模块和第四绝缘栅双极型晶体管模块之间，所述第三电感器连接于所述第五绝缘栅双极型晶体管模块和第六绝缘栅双极型晶体管模块之间。

4.根据权利要求3所述的用于降低交流电源输入谐波的电路，其特征在于，所述第一电感器还串联连接有第三开关，所述第三开关与所述第一开关并联，所述第二电感器还串联连接有第四开关，所述第四开关与所述第二开关并联，所述第三电感器与所述三相交流电源的C线之间设置有第五开关。

5.根据权利要求4所述的用于降低交流电源输入谐波的电路，其特征在于，所述第一开关的一端还串接有限流电阻。

6.根据权利要求1所述的用于降低交流电源输入谐波的电路，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管模块包括绝缘栅双极型晶体管和续流二极管，所述绝缘栅双极型晶体管和续流二极管并联连接。

7.根据权利要求6所述的用于降低交流电源输入谐波的电路，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管包括绝缘栅型场效应管，所述绝缘栅型场效应管的源极与所述续流二极管的正极连接，所述绝缘栅型场效应管的漏极与所述续流二极管的负极连接。

8.根据权利要求1所述的用于降低交流电源输入谐波的电路，其特征在于，所述控制器还与所述开关连接，用于控制所述开关的开合。