CN112436744A - 一种变压整流器输入功率控制电路 - Google Patents

一种变压整流器输入功率控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变压整流器输入功率控制电路，包括主变压器、辅助变压器、四个三相整流桥、控制电路；输入交流电源进入该电路后，首先进入主变压器的原边绕组，从主变压器绕组流出后再进入辅助变压器的输入端，主变压器副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，辅助变压器副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，辅助变压器副边连接的两个三相整流桥连接至控制电路，由控制电路检测输出电压的高低，控制电路的输出端连接至主变压器副边的两个三相整流桥的输出端，进行直流输出。本发明输入功率因数高、输入电流谐波含量低，输出电压稳定；由于输出电压为闭环控制，输出电压变化随输入电压变化调整率低。

Description

一种变压整流器输入功率控制电路
技术领域
本发明属于机载变压整流器技术领域，涉及一种变压整流器输入功率控制电路，具体地说是一种用于多脉冲电压整流器输出电压稳定的控制电路。
背景技术
当前三相AC-DC整流技术中，传统的不控或相控三相整流电路由于谐波含量大、功率因数低，对飞机电网和机载用电设备都带来了较大的危害，而高功率因数整流方案主要有三相PWM整流技术、有源滤波技术、阶梯波合成技术(之字形变压器)、多脉冲整流技术。由于在机载二次电源的输入电源频率较高(400Hz)，多脉冲整流技术具有在体积、重量方面仍不处于劣势，并由于其强过载能力、高可靠性而明显由于其他技术方案。因此，为降低输入电流的谐波含量、提高功率因数，目前现有的机载变压整流器技术方案中，多脉冲整流方案仍是唯一的技术方案。
但目前的多脉冲的变压整流器均存在输出电压稳定性较差的问题，当输出电流增大时，输出电压会随之降低，反之则会升高，特别是一些大电流输出的变压整流器，该现象更加的明显。造成该问题的主要原因是输出电压为开环控制，当输出电流增大时，整流二极管和导线上的电压降均会增加，导致最终的输出电压降低。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种变压整流器输入功率控制电路，解决当前机载变压整流器输出电压为开环控制，稳定性较低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种本发明变压整流器输入功率控制电路包括主变压器T1、辅助变压器T2、四个三相整流桥、控制电路；输入交流电源进入该电路后，首先进入主变压器的原边绕组，从主变压器绕组流出后再进入辅助变压器的输入端，主变压器副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，辅助变压器副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，辅助变压器副边连接的两个三相整流桥连接至控制电路，由控制电路检测输出电压的高低，控制电路的输出端连接至主变压器副边的两个三相整流桥的输出端，进行直流输出。主变压器和辅助变压器的原边绕组均为三角形连接，辅助变压器三根输入线分别与主变压器三个绕组的输出端连接；主变压器和辅助变压器为串联关系，通过控制辅助变压器的等效阻抗可改变流经主变压器的电流，进一步实现对主变压器副边输出电流的控制。主变压器和辅助变压整流均采用12脉冲变压整流方式，这样可提高整机的输入功率因数。辅助变压器等效阻抗的控制方法为控制其副边的输出电流，为提高整机的转换效率，将辅助变压器副边输出的电流经过BOOST电路送给主变压器的副边输出，作为整机输出的一部能量。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的变压整流器输入功率控制电路，可在保证具有高转换效率、高功率因数、较低的输入电流谐波含量等前提下，提高12脉冲变压整流器输出电压的稳定性。
附图说明
图1是本发明一种变压整流器输入功率控制电路的原理框图。
图2是本发明一种变压整流器输入功率控制电路的具体电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
传统的12脉冲变压整流器虽然能能够有效降低输入电流的谐波含量，但其输出电压会随输出电流的增大而降低，特别当输出电流较大时，该现象会更加严重。现设计一款通过调节12脉冲变压整流器输入电流来实现输出电压稳定的电路。当输出电压降低时，通过控制电路强制增加变压器的输入电流，在输出负载不变的条件下，输出电压提高，相反，当输出电压升高时，通过控制电路强制降低变压器的输入电流，在输出负载不变的条件下，输出电压降低。
图1为本发明的原理框图，本发明变压整流器输入功率控制电路包括主变压器T1、辅助变压器T2、四个三相整流桥、控制电路；输入交流电源进入该电路后，首先进入主变压器的原边绕组，从主变压器绕组流出后再进入辅助变压器的输入端，主变压器副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，辅助变压器副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，辅助变压器副边连接的两个三相整流桥连接至控制电路，由控制电路检测输出电压的高低，控制电路的输出端连接至主变压器副边的两个三相整流桥的输出端，进行直流输出。
主变压器和辅助变压器的原边绕组均为三角形连接，辅助变压器三根输入线分别与主变压器三个绕组的输出端连接；
主变压器和辅助变压器为串联关系，通过控制辅助变压器的等效阻抗可改变流经主变压器的电流，进一步实现对主变压器副边输出电流的控制。主变压器和辅助变压整流均采用12脉冲变压整流方式，这样可提高整机的输入功率因数。辅助变压器等效阻抗的控制方法为控制其副边的输出电流，为提高整机的转换效率，将辅助变压器副边输出的电流经过BOOST电路送给主变压器的副边输出，作为整机输出的一部能量。
如图2所示，本发明变压整流器输入功率控制电路的组成器件及连接关系如下：
T1为主变压器，T2为辅助变压器。主变压器T1原边的三个绕组彼此独立，副边六个绕组，其中三个绕组为三角形连接，另外三个绕组和星形连接。辅助变压器T2原边的三个绕组为三角形连接，副边六个绕组，其中三个绕组为三角形连接，另外三个绕组和星形连接。主变压器T1原边的a1、b1、c1连接外部的三相交流供电电源，a2、b2、c2连接辅助变压器T2原边的三个输入端。主变压器T1副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，两个三相整流桥输出端的正极和负极分别连接到一起。辅助变压器T2副边绕组的连接方式与T1相同，辅助变压器T2副边整流桥的正极与T1副边整流桥的负极连接，同时连接电感L1。电感L1的另外一端连接MOS管V1的D极和二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接主变压器T1副边整流桥的正极，MOS管V1的S极连接辅助变压器T2副边整流桥的负极。主变压器副边整流桥输出的正极作为反馈信号接入控制电路，控制电路根据反馈信号电压的高低调整控制MOS管V1的PWM信号占空比。PWM信号占空比的高低可以控制流过辅助变压器T2副边绕组和电感L1的电流，辅助变压器T2副边绕组上电流值与原边绕组上的电流值成等比例关系，主变压器T1与辅助变压器T2原边绕组为串联方式，因此通过控制MOS管V1开通的占空比可实现对主变压器原边绕组电流的控制，进一步实现对主变压器T1输入功率的控制，形成输出电压的闭环反馈。
电路的主变压器利用一个三相六绕组变压器，其一次侧绕组星形联结，两个二次侧绕组分别采用三角形和星形联结，分别供电两组整流桥。通过调整二次侧的绕组匝数，使二次侧所有绕组之间的线电压相等，同时三角形联结的绕组产生的相电压超前星形联结绕组产生的相电压30°，两组整流桥输出线电压矢量相位依次相差30°。由于两组整流桥输出线电压相等，所以整流平均电压也相等，从而可以并联向负载供电。这种输出并联的方式比较适合在输出大电流的场合。
电路的辅助变压器也利用一个三相六绕组变压器，副边连接方式与主变压器的连接相同，但其原边与主变压器的原边进行串联，用来控制主变压器的回路阻抗，进而控制输入电流及输出电流。
具体工作原理如下：主变压整流和辅助变压器分别进行12脉冲变压整流，当MOS管V1完全关闭时，辅助变压器输出空载，其原边等效阻抗处于最大状态，主变压器的输出电压略低于设置电压。当控制电路检测到输出电压低于设置电压后，增大控制MOS管V1的PWM信号占空比，使流过电感L1的电流增大。反之，当控制电路检测到输出电压高于设置电压后，减小控制MOS管V1的PWM信号占空比，使流过电感L1的电流降低
详细的控制过程为：当流过电感L1的电流逐渐增大时，辅助变压器T2的原边等效阻抗降低，进一步使流过主变压器T1原边的电流增大，根据变压器的磁耦合原理，流经主变压器T1副边的电流也将等比例增大。根据U＝I*R公式(U为输出电压，R为输出端等效电阻，I为流经主变压器T1副边的电流)，流经主变压器T1副边的电流的大小直接决定输出电压的高低。控制电路通过调节流经电感L1的电流来实现对主变压器T1副边电流的调节。另外电感L1中作为储能元件，根据公式W＝1/2L I2(W为电感中储存的能量，L为电感量，I为流经电感的电流)，电感中储存的能量与电感中电流的平方成正比，当MOS管V1关闭时，电感中的能量经过二极管D1逐渐释放给输出端的负载(Ld和Rd),实现能量的高效利用。
由上述技术方案可以看出，本发明具有以下显著特点：
(1)输入功率因数高、输入电流谐波含量低，输出电压稳定。
(2)由于输出电压为闭环控制，输出电压变化随输入电压变化调整率低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变压整流器输入功率控制电路，其特征在于，包括主变压器、辅助变压器、四个三相整流桥、控制电路；输入交流电源进入该电路后，首先进入主变压器的原边绕组，从主变压器绕组流出后再进入辅助变压器的输入端，主变压器副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，辅助变压器副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，辅助变压器副边连接的两个三相整流桥连接至控制电路，由控制电路检测输出电压的高低，控制电路的输出端连接至主变压器副边的两个三相整流桥的输出端，进行直流输出。
2.如权利要求1所述的变压整流器输入功率控制电路，其特征在于，所述主变压器原边有三个绕组，辅助变压器的原边绕组为三角形连接，辅助变压器三根输入线分别与主变压器三个绕组的输出端连接，主变压器和辅助变压器为串联关系。
3.如权利要求2所述的变压整流器输入功率控制电路，其特征在于，所述主变压器原边的三个绕组彼此独立，副边六个绕组，其中三个副边绕组为三角形连接，另外三个副边绕组为星形连接。
4.如权利要求3所述的变压整流器输入功率控制电路，其特征在于，所述辅助变压器原边的三个绕组为三角形连接，副边六个绕组，其中三个副边绕组为三角形连接，另外三个副边绕组为星形连接。
5.如权利要求4所述的变压整流器输入功率控制电路，其特征在于，所述主变压器原边三个绕组的两端分别记为：a1和a2、b1和b2、c1和c2，a1、b1、c1连接外部的三相交流供电电源，a2、b3、c4连接辅助变压器原边的三个输入端。
6.如权利要求5所述的变压整流器输入功率控制电路，其特征在于，所述主变压器副边的三角形绕组和星形绕组分别连接一个三相整流桥，两个三相整流桥输出端的正极和负极分别连接到一起；辅助变压器副边绕组的连接方式与主变压器副边绕组的连接方式相同，辅助变压器副边整流桥的正极与主变压器副边整流桥的负极连接，同时连接电感L1，电感L1的另外一端连接MOS管V1的D极和二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接主变压器T1副边整流桥的正极，MOS管V1的S极连接辅助变压器T2副边整流桥的负极。
7.如权利要求6所述的变压整流器输入功率控制电路，其特征在于，所述主变压器副边整流桥输出的正极作为反馈信号接入控制电路，控制电路根据反馈信号电压的高低调整控制MOS管V1的PWM信号占空比，PWM信号占空比的高低控制流过辅助变压器副边绕组和电感L1的电流，辅助变压器副边绕组上电流值与原边绕组上的电流值成等比例关系，主变压器与辅助变压器原边绕组为串联方式，通过控制MOS管V1开通的占空比实现对主变压器原边绕组电流的控制，进一步实现对主变压器T1输入功率的控制，形成输出电压的闭环反馈。
8.如权利要求7所述的变压整流器输入功率控制电路，其特征在于，所述主变压器为三相六绕组变压器，通过调整副边绕组匝数，使副边所有绕组之间的线电压相等，同时三角形连接的绕组产生的相电压超前星形连接绕组产生的相电压30°，两组整流桥输出线电压矢量相位依次相差30°。
9.如权利要求8所述的变压整流器输入功率控制电路，其特征在于，所述辅助变压器为三相六绕组变压器，副边连接方式与主变压器副边连接方式相同，但其原边与主变压器的原边进行串联，用来控制主变压器的回路阻抗，进而控制输入电流及输出电流。
10.如权利要求1-9中任一项所述的变压整流器输入功率控制电路在机载变压整流器技术领域中的应用。
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