CN201282413Y

CN201282413Y - 磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路

Info

Publication number: CN201282413Y
Application number: CNU2008201428914U
Authority: CN
Inventors: 李达; 付文杰
Original assignee: TIANJIN RED SUN ELECTRIC AUTOMATION CO Ltd
Current assignee: TIANJIN RED SUN ELECTRIC AUTOMATION CO Ltd
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2018-10-31

Abstract

本实用新型公开一种磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路，有输入电路，连接交流相电压，对交流电压进行分压和滤波，并经过比较器和推挽电路得到与交流相电压同频同相的电压脉冲；与输入电路相连的移相电路，对电压脉冲进行两级滤波并经过运算放大器电路的放大得到模拟信号；与移相电路相连的输出电路，对模拟信号进行比较，首先得到相对交流相电压移相90°的电压脉冲，后经反相电路得到相位互补的电压脉冲。本实用新型具有移相互补效果良好、通用性强等特征，同时具有结构简单、附加成本低、实现容易等优点，可应用在单相交流电源供电的变频器－电动机传动系统、三相交流电源供电的变频器－电动机传动系统中，并能够起到降低电磁干扰强度的作用。

Description

磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路

技术领域

本实用新型属于一种恢复开关移相互补脉冲发生电路，特别是涉及一种适用于采用磁能恢复开关、提高电网侧功率因数的串联补偿方案，具有非常广泛的应用场合的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路。

背景技术

随着相关技术的快速发展，目前工业变频器得到了广泛的应用。变频器的使用带来了巨大的社会效益和经济效益。但是通用变频器的前级电路大都采用不可控整流桥和电解电容，不可避免地带来网侧功率因数较低，谐波电流含量高，带来了较为严重的电力污染问题，引起了一些相关的问题。为了抑制谐波电流危害，必须在变频器的输入侧增加谐波电流抑制装置或采用可控整流器代替原有变频器的整流桥。而可控整流器开关损失随开关频率的提高而增加。造成开关损耗较大的原因是：(1)开关器件的通、断都是强制的；(2)开关器件是非理想的，即开和关不能瞬间完成，都需要一定的时间；(3)开关器件及与之相连的器件都有寄生参数，使通过开关器件的电压和电流不是纯方波。因此在开、关过程中会产生开关器件的电压、电流波形交叠现象，从而产生开关损耗。随着频率的增加，开关损耗在全部损耗中所占比例也随着增加。采用磁能恢复开关和滤波电感串联属于在变频器输入侧增加谐波电流抑制装置，是一种新的谐波电流抑制方法，尤其适合较大功率的变频器领域使用，值得研究和推广。电路通过移相，使全桥的四个开关轮流导通。在同一臂的两个开关管轮流导通过程中，通过电感与开关管的输出寄生电容组成谐振腔使电容上的电压以最快的速度放电。从而避免了开关工作过程中电压、电流的重叠。正常工作时，磁能恢复开关需要两路相位互补、移相电网电压90°的脉冲信号，即需要移相互补脉冲电路。如何设计一种安全可靠、成本低廉的移相互补脉冲电路是设计好磁能恢复开关的一个重要方面。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有结构简单、成本低廉、适应性强，具有非常广泛的应用场合的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路，包括有输入电路，连接交流相电压，对交流电压进行分压和滤波，并经过比较器和推挽电路得到与交流相电压同频同相的电压脉冲；与输入电路相连的移相电路，对电压脉冲进行两级滤波并经过运算放大器电路的放大得到模拟信号；与移相电路相连的输出电路，对模拟信号进行比较，首先得到相对交流相电压移相90°的电压脉冲，后经反相电路得到相位互补的电压脉冲。

所述的输入电路包括有：电阻、第一电容、第一运算放大器、三极管，其中，第一电阻的一端与正弦交流相电压的一端相连，第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第一运算放大器的正相输入端相连，第二电阻的另一端接地；第三电阻的一端与正弦交流相电压的另一端相连，第三电阻的另一端分别与第四电阻的一端，第一运算放大器的反相输入端相连，第四电阻的另一端接地；第一运算放大器的正相输入端与反相输入端之间还连接有相并联着的第一电容和第五电阻；第六电阻的一端分别与第一运算放大器的输出端、第七电阻的一端、第八电阻的一端连接，第六电阻的另一端与+5V电源相连，第七电阻的另一端与第一三极管的基极相连，第八电阻的另一端与第二三极管的基极相连；第一三极管的集电极与+5V相连，发射极分别与第九电阻的一端、第十电阻的一端相连，第九电阻的另一端接地，第十电阻的另一端与第三三极管的基极相连；第二三极管的集电极与+5V相连，发射极与第三三极管的集电极共同构成输出端连接移相电路，第三三极管的发射极通过第十一电阻接地。

所述的移相电路包括有：电阻、电容和第二运算放大器，其中，第十二电阻的一端接输入电路的输出端，第十二电阻的另一端分别与第二电容的一端、第十三电阻的一端相连，第二电容的另一端接地；第十三电阻的另一端分别与第十四电阻的一端、第三电容的一端、第二运算放大器的同相输入端相连，第十四电阻的另一端和第三电容的另一端接地；第二运算放大器的反相输入端通过第十五电阻接地，还通过第十只电阻与第四电容的并联连接到第二运算放大器的输出端，共同构成移相电路输出端。

所述的输出电路包括有：电阻、电容、三极管，其中第二十电阻的一端连接移相电路的输出端，第二十电阻的另一端分别与第二十一电阻的一端、第三运算放大器的同相输入端相连；第十七电阻的一端分别与第十八电阻的一端、第十九电阻的一端相连，第十七电阻的另一端接+5V电源，第十八电阻的另一端接地，第十九只电阻的另一端与第三运算放大器的一端相连；第二十一电阻的另一端分别与第二十二电阻的一端、第三运算放大器的输出端、第二十三电阻的一端、第二十四电阻的一端相连；第二十二电阻的另一端与+5V电源相连；第二十三电阻的另一端与第四三极管的基极相连，第四三极管的集电极与+5V电源相连，发射极分别与第五电容的一端、第二十五电阻的一端、第五三极管的集电极相连，第五电容的另一端和第二十五电阻的另一端接地；第二十四电阻的另一端分别与第六电容的一端、第五三极管的基极相连；第六电容的另一端接地；第五三极管的发射极分别与第六三极管的基极、第二十六电阻的一端相连，第六三极管的集电极与+5V电源相连；第六三极管的发射极与第二十七电阻的一端相连；第二十六电阻的另一端和第二十七电阻的另一端接地；第六三极管的发射极和第三运算放大器的输出端构成输出电路的输出端。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路，具有移相互补效果良好、通用性强等特征，同时具有结构简单、附加成本低、实现容易等优点，还可以支持较大的功率输出，尤其适用于采用磁能恢复开关的谐波电流抑制的应用领域。可应用在单相交流电源供电的变频器-电动机传动系统、三相交流电源供电的变频器-电动机传动系统中，能够获得接近于单位的输入功率因数和抑制谐波电流的含量，并能够起到降低电磁干扰强度的作用。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型应用于变频器传动系统中的电路示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明本实用新型的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路如下：

如图1所示，本料用新型的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路，包括有输入电路1，连接交流相电压，对交流电压进行分压和滤波，并经过比较器和推挽电路得到与交流相电压同频同相的电压脉冲；与输入电路1相连的移相电路2，对电压脉冲进行两级滤波并经过运算放大器电路的放大得到模拟信号；与移相电路2相连的输出电路3，对模拟信号进行比较，首先得到相对交流相电压移相90°的电压脉冲，后经反相电路得到相位互补的电压脉冲。

所述的输入电路1包括有：电阻R1～R11、第一电容C1、第一运算放大器OA1、三极管T1～T3，其中的四只电阻构成电阻桥，一只电容、二只电阻和一只运算放大器构成比较器，四只电阻、一只PNP三极管和两只NPN三极管构成信号放大器。具体构成是，第一电阻R1的一端与正弦交流相电压的一端相连，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一运算放大器OA1的正相输入端相连，第二电阻R2的另一端接地；第三电阻R3的一端与正弦交流相电压的另一端相连，第三电阻R3的另一端分别与第四电阻R4的一端、第一运算放大器OA1的反相输入端相连，第四电阻R4的另一端接地；第一运算放大器OA1的正相输入端与反相输入端之间还连接有相并联着的第一电容C1和第五电阻R5；第六电阻R6的一端分别与第一运算放大器OA1的输出端、第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端连接，第六电阻R6的另一端与+5V电源相连，第七电阻R7的另一端与第一三极管T1的基极相连，第八电阻R8的另一端与第二三极管T2的基极相连；第一三极管T1的集电极与+5V相连，发射极分别与第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端相连，第九电阻R9的另一端接地，第十电阻R10的另一端与第三三极管T3的基极相连；第二三极管T2的集电极与+5V相连，发射极与第三三极管T3的集电极共同构成输出端连接移相电路2，第三三极管T3的发射极通过第十一电阻R11接地。

所述的移相电路2包括有：电阻R12～R16、电容C2～C4和第二运算放大器OA2，其中，三只电阻和两只电容构成滤波器，两只电阻、一只电容和1只运算放大器构成放大器。具体构成是，第十二电阻R12的一端接输入电路1的输出端，第十二电阻R12的另一端分别与第二电容C2的一端、第十三电阻R13的一端相连，第二电容C2的另一端接地；第十三电阻R13的另一端分别与第十四电阻R14)的一端、第三电容C3的一端、第二运算放大器OA2的同相输入端相连，第十四电阻R14的另一端和第三电容C3的另一端接地；第二运算放大器OA2)的反相输入端通过第十五电阻R15接地，还通过第十只电阻R16与第四电容C4的并联连接到第二运算放大器OA2的输出端，共同构成移相电路2输出端。

所述的输出电路3包括有：电阻R17～R27、电容C5～C6、三极管T4～T6，其中，六只电阻和一只运算放大器构成比较器，五只电阻、两只电容、一只NPN三极管和两只PNP三极管构成反相器。具体构成是，第二十电阻R20的一端连接移相电路2的输出端，第二十电阻R20的另一端分别与第二十一电阻R21的一端、第三运算放大器OA3的同相输入端相连；第十七电阻R17的一端分别与第十八电阻R18的一端、第十九电阻R19的一端相连，第十七电阻R17的另一端接+5V电源，第十八电阻R18的另一端接地，第十九只电阻R19的另一端与第三运算放大器OA3的一端相连；第二十一电阻R21的另一端分别与第二十二电阻R22的一端、第三运算放大器OA3的输出端、第二十三电阻R23的一端、第二十四电阻R24的一端相连；第二十二电阻R22的另一端与+5V电源相连；第二十三电阻R23的另一端与第四三极管T4的基极相连，第四三极管T4的集电极与+5V电源相连，发射极分别与第五电容C5的一端、第二十五电阻R25的一端、第五三极管T5的集电极相连，第五电容C5的另一端和第二十五电阻R25的另一端接地；第二十四电阻R24的另一端分别与第六电容C6的一端、第五三极管T5的基极相连；第六电容C6的另一端接地；第五三极管T5的发射极分别与第六三极管T6的基极、第二十六电阻R26的一端相连，第六三极管T6的集电极与+5V电源相连；第六三极管T6的发射极与第二十七电阻R27的一端相连；第二十六电阻R26的另一端和第二十七电阻R27的另一端接地；第六三极管T6的发射极和第三运算放大器OA3的输出端构成输出电路3的输出端。

本实用新型的工作原理为：

输入电路1中，电阻R1～R4构成电阻桥，接入交流相电压，产生交流差动电压，经过第一电容C1和第五电阻R5的滤波后，经过第一运算放大器OA1和第六电阻R6产生与电网电压同步同频的脉冲电压，电阻R7～R11、三极管T1～T3构成驱动电路，对产生的同步同频的脉冲电压进行功率驱动；

移相电路2中，电阻R12～R14与电容C2～C3构成二阶滤波电路，对输入电路1中脉冲电压进行一定深度的滤波，得到一个充电和放电的指数规律变化、频率为电网频率的电压波形，电阻R15～R16、第四电容C4与第二运算放大器OA2构成同相放大电路，对得到的电压波形进行放大处理，仍然输出一个指数规律变化、频率为电网频率的电压波形；

输出电路3中，电阻R17～R19构成电阻分压电路，提供一个比较电压，电阻R20～R22、运算放大器OA3构成比较器，通过调节分压电路的比较电压，比较器输出一个相位滞后电网电压相位90°、频率为电网频率的电压波形，这是第一路移相脉冲输出。电阻R23～R27、电容C5～C6、三极管T4～T6构成反相器和驱动器，输出与第一路移相脉冲输出相位互补的脉冲信号，这是第二路互补移相脉冲输出。

本实用新型的输入电路1、移相电路2和输出电路3为密不可分的三个组成部分，不能简单地单独分析，从而构成磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路。工作原理的实质是：输入交流相电压经过输入电路的电阻电桥后产生差动信号，经过比较器后得到与电网电压同频同步的脉冲信号，该脉冲信号必须经过后级推挽电路进行功率驱动。经过功率驱动后的脉冲信号经过移相电路的两级滤波和放大后得到按照指数规律充电和放电的模拟电压。该模拟电压经过输出电路中的比较器产生移相90°的脉冲电压，该脉冲电压在经过后级的反相器后得到另一路移相90°的反相的脉冲电压。

上述器件中各电阻、电容均要求具有高精度；三极管可以选择普通的三极管，运算放大器可以选择常用的运算放大器；本实用新型一个实施例的参数为：R1取51kΩ，R2取100Ω，R3取51kΩ，R4取100Ω，R5取51kΩ，R6取1kΩ，R7取1kΩ，R8取1kΩ，R9取300Ω，R10取1kΩ，R11取50Ω，R12取200Ω，R13取5kΩ，R14取5kΩ，R15取5kΩ，R16取5kΩ，R17取3.062kΩ，R18取1.938kΩ，R19取1kΩ，R20取29kΩ，R21取43kΩ，R22取1kΩ，R23取5kΩ，R24取5kΩ，R25取5kΩ，R26取5kΩ，R27取5kΩ。C1取3.3nF，C2取10μF，C3取10pF，C4取10pF，C5取11nF，C6取22nF。PNP三极管选SS9012，NPN三极管选SS9013。运算放大器选LM724。

图2本实用新型应用于变频器传动系统中的实施例。

如图2所示，单相电源供电的磁能恢复开关—滤波电感—变频器传动系统，额定电压有效值为220V，输出功率5kW左右，由功率电路和控制电路构成。其中的功率电路包括有由功率开关S1～S4、功率二极管D1～D4、电解电容E1构成的磁能恢复开关、以及滤波电感L1、三相变频器—电动机传动系统C，其中的控制电路采用本实用新型的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路A。本实用新型在磁能恢复开关—滤波电感—变频器传动系统的应用目的就是提供两路移相90°的互补的脉冲信号，提供给磁能恢复开关的隔离驱动保护电路B。隔离驱动保护电路产生相应4路驱动信号为磁能恢复开关的四只功率开关驱动，开通或关断。结果是，磁能恢复开关和滤波电感对变频器产生的谐波电流进行滤波，提高了网侧的功率因数，既能够降低电网谐波电流污染，提高电源利用率，又能够提高负载能力，提高变频器的基本频率。

显然，本实用新型的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路可以应用在单相电源供电的变频器传动系统，也可以用在三相电源供电的变频器传动系统，适用于较大功率应用条件，起到提高输入功率因数、增加输出直流电压和降低EMI强度的作用。

Claims

1.一种磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路，其特征是：包括有输入电路(1)，连接交流相电压，对交流电压进行分压和滤波，并经过比较器和推挽电路得到与交流相电压同频同相的电压脉冲；与输入电路相连的移相电路(2)，对电压脉冲进行两级滤波并经过运算放大器电路的放大得到模拟信号；与移相电路相连的输出电路(3)，对模拟信号进行比较，首先得到相对交流相电压移相90°的电压脉冲，后经反相电路得到相位互补的电压脉冲。

2.根据权利要求1所述的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路，其特征是：所述的输入电路(1)包括有：电阻(R1～R11)、第一电容(C1)、第一运算放大器(OA1)、三极管(T1～T3)，其中，第一电阻(R1)的一端与正弦交流相电压的一端相连，第一电阻(R1)的另一端分别与第二电阻(R2)的一端、第一运算放大器(OA1)的正相输入端相连，第二电阻(R2)的另一端接地；第三电阻(R3)的一端与正弦交流相电压的另一端相连，第三电阻(R3)的另一端分别与第四电阻(R4)的一端、第一运算放大器(OA1)的反相输入端相连，第四电阻(R4)的另一端接地；第一运算放大器(OA1)的正相输入端与反相输入端之间还连接有相并联着的第一电容(C1)和第五电阻(R5)；第六电阻(R6)的一端分别与第一运算放大器(OA1)的输出端、第七电阻(R7)的一端、第八电阻(R8)的一端连接，第六电阻(R6)的另一端与+5V电源相连，第七电阻(R7)的另一端与第一三极管(T1)的基极相连，第八电阻(R8)的另一端与第二三极管(T2)的基极相连；第一三极管(T1)的集电极与+5V相连，发射极分别与第九电阻(R9)的一端、第十电阻(R10)的一端相连，第九电阻(R9)的另一端接地，第十电阻(R10)的另一端与第三三极管(T3)的基极相连；第二三极管(T2)的集电极与+5V相连，发射极与第三三极管(T3)的集电极共同构成输出端连接移相电路(2)，第三三极管(T3)的发射极通过第十一电阻(R11)接地。

3.根据权利要求1所述的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路，其特征是：所述的移相电路(2)包括有：电阻(R12～R16)、电容(C2～C4)和第二运算放大器(OA2)，其中，第十二电阻(R12)的一端接输入电路的输出端，第十二电阻(R12)的另一端分别与第二电容(C2)的一端、第十三电阻(R13)的一端相连，第二电容(C2)的另一端接地；第十三电阻(R13)的另一端分别与第十四电阻(R14)的一端、第三电容(C3)的一端、第二运算放大器(OA2)的同相输入端相连，第十四电阻(R14)的另一端和第三电容(C3)的另一端接地；第二运算放大器(OA2)的反相输入端通过第十五电阻(R15)接地，还通过第十只电阻(R16)与第四电容(C4)的并联连接到第二运算放大器(OA2)的输出端，共同构成移相电路(2)输出端。

4.根据权利要求1所述的磁能恢复开关移相互补脉冲发生电路，其特征是：所述的输出电路(3)包括有：电阻(R17～R27)、电容(C5～C6)、三极管(T4～T6)，其中第二十电阻(R20)的一端连接移相电路的输出端，第二十电阻(R20)的另一端分别与第二十一电阻(R21)的一端、第三运算放大器(OA3)的同相输入端相连；第十七电阻(R17)的一端分别与第十八电阻(R18)的一端、第十九电阻(R19)的一端相连，第十七电阻(R17)的另一端接+5V电源，第十八电阻(R18)的另一端接地，第十九只电阻(R19)的另一端与第三运算放大器(OA3)的一端相连；第二十一电阻(R21)的另一端分别与第二十二电阻(R22)的一端、第三运算放大器(OA3)的输出端、第二十三电阻(R23)的一端、第二十四电阻(R24)的一端相连；第二十二电阻(R22)的另一端与+5V电源相连；第二十三电阻(R23)的另一端与第四三极管(T4)的基极相连，第四三极管(T4)的集电极与+5V电源相连，发射极分别与第五电容(C5)的一端、第二十五电阻(R25)的一端、第五三极管(T5)的集电极相连，第五电容(C5)的另一端和第二十五电阻(R25)的另一端接地；第二十四电阻(R24)的另一端分别与第六电容(C6)的一端、第五三极管(T5)的基极相连；第六电容(C6)的另一端接地；第五三极管(T5)的发射极分别与第六三极管(T6)的基极、第二十六电阻(R26)的一端相连，第六三极管(T6)的集电极与+5V电源相连；第六三极管(T6)的发射极与第二十七电阻(R27)的一端相连；第二十六电阻(R26)的另一端和第二十七电阻(R27)的另一端接地；第六三极管(T6)的发射极和第三运算放大器(OA3)的输出端构成输出电路(3)的输出端。