CN202197227U - 单相桥式半控整流电源 - Google Patents

单相桥式半控整流电源 Download PDF

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本实用新型涉及一种单相桥式半控整流电源,其包括:半控桥式整流电路的输入端接220V交流输入,220V交流输入线路上连接有电网波形采样电路,所述电网波形采样电路的输出端连接整流电路、同步电路,整流电路的输出端连接过零脉冲电路,过零脉冲电路的输出端连接锯齿波发生电路,锯齿波发生电路的输出端连接触发角调节电路,触发角调节电路、同步电路和方波生成电路的输出端连接驱动信号生成电路,驱动信号生成电路的输出端连接可控硅驱动电路,可控硅驱动电路输出两路信号分别接半控桥式整流电路中两个可控硅。本实用新型优点是:控制电路结构简单,体积小,全部采用硬件电路实现,成本低,扩展性、移植性好,具有较强的抗干扰性。

Description

CN 202197227 U

单相桥式半控整流电源

技术领域

[0001 ] 本实用新型涉及交直流电源变换技术,具体涉及一种单相桥式半控整流电源。 背景技术

[0002] 整流电路是电力电子电路中最常见的一种。随着电子技术、微电技术的快速发展, 以晶闸管为代表的各类高电压、大电流半导体开关器件相继研究成功并得到了广泛的应用,也因此促进了电力电子技术的广泛应用,由于传统的整流方式已经不能满足电气设备控制对直流电源的要求,因此,对整流电路的要求也越来越高。

[0003] 整流电路按组成的器件分为不可控、半控和全控三种,按交流输入相数分为单相电路和多相电路,此外,还可根据电路结构或变压器二次侧电流的方向来进行分类。

[0004] 在目前的已有技术中,单相桥式整流电源的半控电路控制系统通常设计复杂,硬件成本高,体积大,不适合推广使用。

发明内容

[0005] 本实用新型的目的是克服现有技术的不足,提供一种单相桥式半控整流电源,可以通过调节可控硅的触发角改变直流侧电源的电压,控制电路简单,减小了系统的体积。

[0006] 按照本实用新型提供的技术方案,所述单相桥式半控整流电源包括:半控桥式整流电路,所述半控桥式整流电路为二极管整流桥中将与输出正端相连的两个二极管替换为两个可控硅;所述半控桥式整流电路的输入端接220V交流输入,220V交流输入线路上连接有电网波形采样电路,所述电网波形采样电路的输出端连接整流电路、同步电路,整流电路的输出端连接过零脉冲电路,过零脉冲电路的输出端连接锯齿波发生电路,锯齿波发生电路的输出端连接触发角调节电路,触发角调节电路、同步电路和方波生成电路的输出端连接驱动信号生成电路,驱动信号生成电路的输出端连接可控硅驱动电路,可控硅驱动电路输出两路信号分别接半控桥式整流电路中两个可控硅。

[0007] 所述220V交流输入线路上连接有过流保险丝。

[0008] 所述电网波形采样电路、整流电路、同步电路和过零脉冲电路结构为:变压器初级绕组接220V交流输入,次级绕组输出交流6V接二极管整流桥的输入端,次级绕组的一端通过第二电阻接第二电压跟随器的正输入端,次级绕组的另一端接地并通过第一电阻接第二电压跟随器的正输入端,第二电压跟随器的输出通过第六电阻接第三电压比较器的负输入端,第三电压比较器正输入端接地,第三电压比较器输出端通过上拉电阻接+5V电压,并连接第一非门的输入端,第一非门的输出端输出正半周的同步信号,再连接到第二非门输出负半周的同步信号;所述二极管整流桥的负输出端接地,正输出端接第一电压跟随器的正输入端,第一电压跟随器的输出接第一电压比较器的负输入端,第一电压比较器的正输入端通过第四电阻接+5V电压并通过第三电阻接地,第三电阻两端并联有第一电解电容,第一电压比较器的输出端通过第五电阻接+5V电压并输出过零脉冲。

[0009] 所述锯齿波发生电路包括:过零脉冲接到模拟开关⑶4066的控制端,模拟开关

4CD4066与第一电容并联,第一电容一端接运放的负端和第十电阻的一端,第十电阻另一端通过第八电阻接+5V电压并通过第九电阻接地,第九电阻两端并联第二电解电容;第一电容另一端接运放输出端,运放正端接地,运放输出端输出与电网同频的锯齿波形。 [0010] 所述触发角调节电路包括:所述运放输出端接第四电压比较器的正输入端,第四电压比较器的负输入端接电位器的调节端和一个固定端并通过第十一电阻接+5V电压,电位器的另一固定端接地,电位器两个固定端并联有第三电解电容;第四电压比较器的输出端通过第十二电阻接+5V电压,输出可控硅触发角波形。

[0011 ] 所述驱动信号生成电路包括第一〜第四与门,第一与门的第一输入端接第一非门输出的正半周的同步信号,第二与门的第二输入端接第二非门输出的负半周的同步信号, 第一与门的第二输入端和第二与门的第一输入端接所述可控硅触发角波形,第一与门输出端接第三与门第一输入端,第二与门输出端接第四与门第二输入端,第三与门的第二输入端和第四与门的第一输入端接方波生成电路输出的方波,第三与门和第四与门输出可控硅触发脉冲。

[0012] 所述可控硅驱动电路包括两个相同的驱动电路,其中一个包括:一路可控硅触发脉冲通过第十五接第一功率管的基极,第一功率管的发射极接地,集电极通过第五二极管和第十六电阻接+15V电压;脉冲变压器初级的一端通过第十七电阻接+15V电压,初级另一端接第一功率管集电极;脉冲变压器次级一端接第六二极管的阳极,第六二极管阴极接第七二极管阴极、第十八电阻一端、第四电容一端和一个可控硅控制端,脉冲变压器次级另一端接第七二极管阳极、第十八电阻另一端、第四电容另一端。

[0013] 本实用新型具有如下优点:

[0014] 1.控制电路结构简单,体积小,全部采用硬件电路实现,抗干扰性强,成本低。

[0015] 2.扩展性、移植性好,可根据负载需要更换不同功率的可控硅和整流二极管,而不需要对控制电路做较大的改动。

附图说明

[0016] 图1是本实用新型的电路框图。

[0017] 图2是本实用新型过零脉冲信号与同步信号的生成电路原理图。

[0018] 图3是锯齿波信号的生成与调节触发角电路原理图。

[0019] 图4是方波生成电路原理图。

[0020] 图5是驱动信号生成电路原理图。 [0021 ] 图6是SCR驱动电路原理图。

[0022] 图7是本实用新型主要点波形示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

[0024] 如图1所示,所述单相桥式半控整流电源包括:半控桥式整流电路,所述半控桥式整流电路为二极管整流桥中将与输出正端相连的两个二极管替换为两个可控硅;所述半控桥式整流电路的输入端接220V交流输入,220V交流输入线路上连接有电网波形采样电路, 所述电网波形采样电路的输出端连接整流电路、同步电路,整流电路的输出端连接过零脉冲电路,过零脉冲电路的输出端连接锯齿波发生电路,锯齿波发生电路的输出端连接触发角调节电路,触发角调节电路、同步电路和方波生成电路的输出端连接驱动信号生成电路, 驱动信号生成电路的输出端连接可控硅(SCR)驱动电路,可控硅驱动电路输出两路信号分别接半控桥式整流电路中两个可控硅。

[0025] 本实用新型通过电网波形采样电路获得与电网相位相同但幅值不同的正弦波形, 经同步电路得到电网正负半周的同步信号,整流电路将电网波形采样电路的采样波形进行整流,经过过零脉冲电路生成过零点脉冲,过零脉冲连接锯齿波发生电路,生成电网半周期频率的锯齿波,锯齿波输入触发角调节电路生成触发角信号,调节可控硅的触发角,由同步信号、触发角信号和方波信号进行一定逻辑关系生成驱动信号,最后由可控硅(SCR)驱动电路驱动相应的可控硅。

[0026] 具体各电路模块原理图如下。

[0027] 1.主电路工作原理

[0028] 本实用新型的主电路拓扑结构如图1所示。半控桥式整流主电路由可控硅SCRl和 SCR2及两个二极管构成,将二极管整流桥中将与输出正端相连的两个二极管替换为两个可控硅。

[0029] 220V交流输入串联了过流保险丝fuse,起到有效保护负载安全的作用。

[0030] 2.过零脉冲信号与同步信号的生成

[0031] 本部分电路包括所述电网波形采样电路、整流电路、同步电路和过零脉冲电路。

[0032] 如图2所示,变压器Tl初级绕组接220V交流输入,次级绕组输出交流6V接二极管整流桥的输入端,次级绕组的一端通过第二电阻R2接第二电压跟随器IClB的正输入端, 次级绕组的另一端接地并通过第一电阻Rl接第二电压跟随器IClB的正输入端,第二电压跟随器IClB的输出通过第六电阻R6接第三电压比较器IC2C的负输入端,第三电压比较器 IC2C正输入端接地,第三电压比较器IC2C输出端通过上拉电阻接+5V电压,并连接第一非门IC3A的输入端,第一非门IC3A的输出端输出正半周的同步信号A+,再连接到第二非门 IOB输出负半周的同步信号(A-);所述二极管整流桥的负输出端接地,正输出端接第一电压跟随器IClA的正输入端,第一电压跟随器IClA的输出接第一电压比较器IC2A的负输入端,第一电压比较器IC2A的正输入端通过第四电阻R4接+5V电压并通过第三电阻R3接地, 第三电阻R3两端并联有第一电解电容E1,第一电压比较器IC2A的输出端通过第五电阻R5 接+5V电压并输出过零脉冲。

[0033] 交流220V首先经变压器Tl变压到交流6V,经二极管Dl〜D4构成的整流电路对电压波形进行整流,经Rl、R2进行分压。经过整流后的电压波形输入到电压跟随器IClA (LF353-1),输出信号与LM339-1构成的电压比较器进行比较,调节R4与R3的比值,使电压比较器输出的过零信号占空比在5%以内。

[0034] 经R1、R2分压后的电网波形输入到电压跟随器IClB (LF!353-2),再输入到第三电压比较器(输出信号压比较器)IC2C (LM339-3 :LM339内部集成4个运算放大器)的反相输入端,由于LM339是集电极开路输出,故输出接IOK上拉电阻R7,保证输出高、低电平符合要求。二极管Dl的作用是滤掉正弦波的负半周,正、负半周的同步信号A+、A-由IC3A (74LS04-1 :74LS04内部集成6个非门与IC3B的输出得到。

[0035] 3.锯齿波信号的生成与触发角的调节[0036] 如图3所示,锯齿波发生电路包括:过零脉冲接到模拟开关⑶4066的控制端,模拟开关⑶4066与第一电容Cl并联,第一电容Cl 一端接运放IC4A的负端和第十电阻RlO的一端,第十电阻RlO另一端通过第八电阻R8接+5V电压并通过第九电阻R9接地,第九电阻 R9两端并联第二电解电容E2;第一电容Cl另一端接运放IC4A输出端,运放IC4A正端接地,运放IC4A输出端输出与电网同频的锯齿波形。

[0037] 锯齿波发生电路产生与电网同频率的锯齿波形。过零脉冲接到模拟开关⑶4066 的控制端。当控制端高电平时,模拟开关⑶4066的1脚和2脚接通,此时电容Cl迅速放电; 当控制端低电平时,模拟开关⑶4066的1脚和2脚断开,此时电容通过电阻RlO充电。电阻R10、电容Cl、运放IC4A构成积分电路。由运放输入的虚短虚断原则,电容Cl将会以恒流充电,由输出电压与电容电压成反相关系知,当电容Cl充电时,运放IC4A的输出端电压将成线性正方向增长,当电容Cl放电时,运放IC4A的输出端电压也将迅速下降,由于充电时间远大于放电时间,故运放IC4A的输出端输出与电网同频的锯齿波形。

[0038] 触发角调节电路包括:所述运放IC4A输出端接第四电压比较器IC2D的正输入端, 第四电压比较器IC2D的负输入端接电位器Wl的调节端和一个固定端并通过第十一电阻 Rll接+5V电压,电位器Wl的另一固定端接地,电位器Wl两个固定端并联有第三电解电容 E3 ;第四电压比较器IC2D的输出端通过第十二电阻R12接+5V电压,输出可控硅触发角波形。

[0039] 通过电位器Wl调节5V直流电压值输入到电压比较器IC2D的10脚,再与电压比较器IC2D的11脚锯齿波进行比较,电压比较器IC2D的13脚输出SCR触发角波形。

[0040] 4.触发脉冲信号的生成

[0041] 如图5所示,所述驱动信号生成电路包括第一〜第四与门,第一与门IC6A的第一输入端接第一非门IC3A输出的正半周的同步信号A+,第二与门IC6B的第二输入端接第二非门IOB输出的负半周的同步信号(A-),第一与门IC6A的第二输入端和第二与门IC6B的第一输入端接所述可控硅触发角波形,第一与门IC6A输出端接第三与门IC6C第一输入端, 第二与门IC6B输出端接第四与门IC6D第二输入端,第三与门IC6C的第二输入端和第四与门IC6D的第一输入端接方波生成电路输出的方波,第三与门IC6C和第四与门IC6D输出可控硅触发脉冲。

[0042] IC6A (74LS08 :内部集成4个与门)1脚取的是正弦波的正半周信号A+,5脚取的是正弦波的负半周信号A-,再与SCR触发角波形进行逻辑与,得到正相和负相驱动的触发信号。如图4中的IC5是NE555定时器,产生IOkHz方波,然后与IC6A的3脚正相和IC6B 的6脚负相触发信号进行逻辑与,产生可控硅SCRl与SCR2的触发脉冲。

[0043] 5. SCR驱动电路

[0044] 如图6所示,可控硅(SCR)驱动电路包括两个相同的驱动电路,其中一个包括:一路可控硅触发脉冲通过第十五R15接第一功率管Ql的基极,第一功率管Ql的发射极接地, 集电极通过第五二极管D5和第十六电阻R16接+15V电压;脉冲变压器T2初级的一端通过第十七电阻R17接+15V电压,初级另一端接第一功率管Ql集电极;脉冲变压器T2次级一端接第六二极管D6的阳极,第六二极管D6阴极接第七二极管D7阴极、第十八电阻R18 — 端、第四电容C4 一端和一个可控硅控制端,脉冲变压器T2次级另一端接第七二极管D7阳极、第十八电阻R18另一端、第四电容C4另一端。[0045] 第三与门IC6C的8脚和第四与门IC6D的11脚输出的分别是经过斩波的正相、负相触发脉冲信号。SCR1、SCR2的脉冲触发信号分别驱动功率管TIP41C Ql和Q2。二极管 D5、电阻R16主要起续流作用,电阻R17起限流作用,防止功率管Ql工作时温度过高,影响功率放大器的正常工作。脉冲变压器T2—方面起传递触发脉冲,另一方面对强弱电之间起到可靠的隔离作用。二极管D6、D7、电阻R18、电容C4对输出起整形作用。SCR2驱动电路工作原理相同。

[0046] 如图7所示,分别为:电网波形1、同步信号A+、A_、过零脉冲2、锯齿波与电压比较波形3、SCR1触发角4、SCR2触发角5、NE555定时器输出的IOkHz方波6、SCR1触发脉冲7、 SCR2触发脉冲。

Claims (7)

1.单相桥式半控整流电源,其特征是包括:半控桥式整流电路,所述半控桥式整流电路为二极管整流桥中将与输出正端相连的两个二极管替换为两个可控硅;所述半控桥式整流电路的输入端接220V交流输入,220V交流输入线路上连接有电网波形采样电路,所述电网波形采样电路的输出端连接整流电路、同步电路,整流电路的输出端连接过零脉冲电路, 过零脉冲电路的输出端连接锯齿波发生电路,锯齿波发生电路的输出端连接触发角调节电路,触发角调节电路、同步电路和方波生成电路的输出端连接驱动信号生成电路,驱动信号生成电路的输出端连接可控硅驱动电路,可控硅驱动电路输出两路信号分别接半控桥式整流电路中两个可控硅。
2.如权利要求1所述的单相桥式半控整流电源,其特征是所述220V交流输入线路上连接有过流保险丝。
3.如权利要求1所述的单相桥式半控整流电源,其特征是所述电网波形采样电路、整流电路、同步电路和过零脉冲电路结构为:变压器(Tl)初级绕组接220V交流输入,次级绕组输出交流6V接二极管整流桥的输入端,次级绕组的一端通过第二电阻(R2)接第二电压跟随器(IClB)的正输入端,次级绕组的另一端接地并通过第一电阻(Rl)接第二电压跟随器(IClB)的正输入端,第二电压跟随器(IClB)的输出通过第六电阻(R6)接第三电压比较器(IC2C)的负输入端,第三电压比较器(IC2C)正输入端接地,第三电压比较器(IC2C)输出端通过上拉电阻接+5V电压,并连接第一非门(IC3A)的输入端,第一非门(IC3A)的输出端输出正半周的同步信号(A+),再连接到第二非门(IC3B)输出负半周的同步信号(A-);所述二极管整流桥的负输出端接地,正输出端接第一电压跟随器(IClA)的正输入端,第一电压跟随器(IClA)的输出接第一电压比较器(IC2A)的负输入端,第一电压比较器(IC2A)的正输入端通过第四电阻(R4)接+5V电压并通过第三电阻(R3)接地,第三电阻(R3)两端并联有第一电解电容(E1),第一电压比较器(IC2A)的输出端通过第五电阻(R5)接+5V电压并输出过零脉冲。
4.如权利要求3所述的单相桥式半控整流电源,其特征是所述锯齿波发生电路包括: 过零脉冲接到模拟开关⑶4066的控制端,模拟开关⑶4066与第一电容(Cl)并联,第一电容(Cl) 一端接运放(IC4A)的负端和第十电阻(RlO)的一端,第十电阻(RlO)另一端通过第八电阻(R8)接+5V电压并通过第九电阻(R9)接地,第九电阻(R9)两端并联第二电解电容 (E2);第一电容(Cl)另一端接运放(IC4A)输出端,运放(IC4A)正端接地,运放(IC4A)输出端输出与电网同频的锯齿波形。
5.如权利要求4所述的单相桥式半控整流电源,其特征是所述触发角调节电路包括: 所述运放(IC4A)输出端接第四电压比较器(IC2D)的正输入端,第四电压比较器(IC2D)的负输入端接电位器(Wl)的调节端和一个固定端并通过第十一电阻(Rll)接+5V电压,电位器(Wl)的另一固定端接地,电位器(Wl)两个固定端并联有第三电解电容(E3);第四电压比较器(IC2D)的输出端通过第十二电阻(R12)接+5V电压,输出可控硅触发角波形。
6.如权利要求5所述的单相桥式半控整流电源,其特征是所述驱动信号生成电路包括第一〜第四与门,第一与门(IC6A)的第一输入端接第一非门(IC3A)输出的正半周的同步信号(A+),第二与门(IC6B)的第二输入端接第二非门(IC3B)输出的负半周的同步信号 (A-),第一与门(IC6A)的第二输入端和第二与门(IC6B)的第一输入端接所述可控硅触发角波形,第一与门(IC6A)输出端接第三与门(IC6C)第一输入端,第二与门(IC6B)输出端接第四与门(IC6D)第二输入端,第三与门(IC6C)的第二输入端和第四与门(IC6D)的第一输入端接方波生成电路输出的方波,第三与门(IC6C)和第四与门(IC6D)输出可控硅触发脉冲。
7.如权利要求6所述的单相桥式半控整流电源,其特征是所述可控硅驱动电路包括两个相同的驱动电路,其中一个包括:一路可控硅触发脉冲通过第十五(R15)接第一功率管 (Ql)的基极,第一功率管(Ql)的发射极接地,集电极通过第五二极管(D5)和第十六电阻 (R16)接+15V电压;脉冲变压器(T2)初级的一端通过第十七电阻(R17)接+15V电压,初级另一端接第一功率管(Ql)集电极;脉冲变压器(T2)次级一端接第六二极管(D6)的阳极, 第六二极管(D6)阴极接第七二极管(D7)阴极、第十八电阻(R18) —端、第四电容(C4) 一端和一个可控硅控制端,脉冲变压器(T2)次级另一端接第七二极管(D7)阳极、第十八电阻 (R18)另一端、第四电容(C4)另一端。
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