CN202261152U - 采用脉冲宽度调制技术的永磁发电机调压器 - Google Patents
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Abstract
一种采用脉冲宽度调制技术的永磁发电机调压器，同时采用线性霍尔元件对输出电流采样，将输出电流限制在预先设定的最大电流值以内，使电路得到有效的保护；其具有的完善过电流、短路保护功能，大大提高了工作的可靠性。克服了现在普遍采用的三相半控可控硅桥式整流电路稳压方式在大电流的使用条件下存在的可控硅功率损耗大、温升高、没有过电流和短路保护功能、不能按照蓄电池的最佳蓄电池可接受充电电流曲线对蓄电池充电、也不能进行温度补偿的缺点。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电机输出电压稳压技术，特别是一种采用脉冲宽度调制技术的永磁发电机调压器。
背景技术
目前，在航空器、轮船、汽车、工程机械的供电中，采用永磁发电机越来越普遍。永磁发电机用于上述用途时，其工作转速变化范围大，因而输出电压变化范围也大，转速高时输出电压高，转速低时输出电压低，有时甚至相差3-5倍。为了稳定输出电压，已有的技术采用机械或电子开关并联短路电能泄放法、机械或电子调节串联电阻降压法、单相或三相半控可控硅桥式整流电路稳压法等稳压方式。如现在普遍采用的三相半控可控硅桥式整流电路稳压方式，在大电流的使用条件下存在可控硅功率损耗大、温升高、没有过电流和短路保护功能的缺点。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种电路可靠、工作效率高、功率损耗低、具有过电流、短路保护，采用PWM脉宽调制技术调节输出电压的永磁发电机调压器。
本实用新型的技术方案是：一种采用脉冲宽度调制技术的永磁发电机调压器，由第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3、第四整流二极管4、第五整流二极管5、第六整流二极管6、第一滤波电容器7、半导体功率开关器件8、第一电阻9、NPN晶体三极管10、PNP晶体三极管11、第二电阻12、第三电阻13、续流二极管14、滤波电感器15、第二滤波电容器16、线性霍尔元件17、第一电压采样电阻18、第二电压采样电阻19、第三电压采样电阻20、第四电压采样电阻21、直流稳压电源电路22、PWM脉宽调制控制电路23、单电源运算放大器24、高边功率开关器件25、第一输出端子26、第二输出端子27、第三输出端子28、第一输入端子29、第二输入端子30、第三输入端子31组成。
第一输入端子29、第二输入端子30、第三输入端子31端加载永磁三相交流发电机的三相交流电压；第一输入端子29连接第一整流二极管1正极和第四整流二极管4负极，第二输入端子30连接第二整流二极管2正极和第五整流二极管5负极，第三输入端子31连接第三整流二极管3正极和第六整流二极管6负极，第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3负极均连接到直流稳压电源电路22的电压输入Vin端、第一滤波电容器7正极、第一电阻9一端和半导体功率开关器件8的漏极D，第四整流二极管4、第五整流二极管5、第六整流二极管6正极均连接到地，第一电阻9另一端连接到NPN晶体三极管10集电极，NPN晶体三极管10基极连接到PNP晶体三极管11基极、第二电阻12一端和第三电阻13一端，NPN晶体三极管10发射极连接到半导体功率开关器件8的栅极G和PNP晶体三极管11发射极，PNP晶体三极管11集电极接地，直流稳压电源电路22的Vcc端连接到PWM脉宽调制控制电路23的Vcc端和单电源运算放大器24的Vcc端，直流稳压电源电路22的GND端连接到地，半导体功率开关器件8的源极S连接到续流二极管14负极和滤波电感器15一端，滤波电感器15另一端连接到线性霍尔元件17电流输入Ii端和第二滤波电容器16正极，线性霍尔元件17电流输出Io端连接第一电压采样电阻18一端、高边功率开关器件25的Vin端和第一输出端子26，第一电压采样电阻18另一端连接第二电压采样电阻19一端和PWM脉宽调制控制电路23的2ADC端，第二电压采样电阻19另一端接地，高边功率开关器件25的PWMin端连接到PWM脉宽调制控制电路23的2PWM端，高边功率开关器件25的Vout端连接到第二输出端子27和第三电压采样电阻20一端，第三电压采样电阻20一端连接到第四电压采样电阻21一端和PWM脉宽调制控制电路23的3ADC端，第四电压采样电阻21另一端连接地和第三输出端子28，线性霍尔元件17的电压输出+端连接到单电源运算放大器24的IN+端，线性霍尔元件17的电压输出-端连接到单电源运算放大器24的IN-端，单电源运算放大器24的Iout端连接到PWM脉宽调制控制电路23的1ADC端，，单电源运算放大器24的GND端接地。
本实用新型通过如下方式调节输出电压：
交流三相永磁发电机发出的三相交流电电能通过第一输入端子29、第二输入端子30、第三输入端子31输入，经由整流二极管1、整流二极管2、整流二极管3、整流二极管4、整流二极管5、整流二极管7组成的全波桥式整流器整流，滤波电容器7滤波，PWM脉宽调制控制电路23根据由第一电压采样电阻18和第二电压采样电阻19构成的第一输出电压采样电路采集的输出电压的反馈电压信号输出第一组脉冲宽度调制信号调节半导体功率开关器件8的输出调制电压，经续流二极管14、滤波电感15和第二滤波电容16组成输出电压滤波电路滤波，再经过线性霍尔元件17电流采样后，经第一输出端子26输出第一输出电压向蓄电池充电，同时，第一输出端子26输出的第一电压向高边功率开关器件25的Vin端供电，PWM脉宽调制控制电路23根据由第三电压采样电阻20和第四电压采样电阻21构成的第二输出电压采样电路采集的输出电压的反馈电压信号输出第二组脉冲宽度调制信号调节高边功率开关器件25的输出调制电压，经高边功率开关器件25的Vout端向第二输出端子27输出第二输出电压；
采用调制脉冲宽度调节输出电压的基本工作原理如附图2和附图3所示：附图2是半导体功率开关器件8的工作原理示意图，附图3是半导体功率开关器件8接通和关断时的波形图。当半导体功率开关器件8导通，直流输入电压ui加到负载电阻上；当半导体功率开关器件8关断，负载电阻RL上无电压。如果半导体功率开关器件8交替导通关断，在负载上便出现如附图3所示的矩形波；
设半导体功率开关器件8导通的持续时间为ton，半导体功率开关器件8断开的持续时间为toff，半导体功率功率开关8转换周期为T=ton+toff，则输出电压的平均值为Uo
式中δ为脉冲占空系数，它等于ton／T。由此可见，改变占空系数δ值，就可以调节输出电压平均值的高低；本实用新型采用的脉冲宽度调制方法，随着输出电压变化所反馈的电压信号，改变输出电压的脉冲宽度来调节输出电压；
续流二极管14、滤波电感15和第二滤波电容16组成输出电压滤波电路滤波，将经过半导体功率开关器件8的脉冲电压变成平滑的直流电压输出：当半导体功率开关器件8饱和导通时，续流二极管14由于反偏而截止，此时半导体功率开关器件8的输出电流通过滤波电感15、第二滤波电容16构成的滤波器对负载供电，同时滤波电感15、第二滤波电容16储存一定的能量；当半导体功率开关器件8截止时，它的输出电流为零，滤波电感15上的感应电压使续流二极管14处于正偏状态而导通，滤波电感15中储存的能量便通过续流二极管14对负载继续放电。当滤波电感15的放电电流小于输出电流Io时，不足的部分由第二滤波电容16对负载补充放电，这样负载便可获得连续的平滑直流供电电压；
线性霍尔元件17对输出电流采样，输出与电流成一定比例的电压，经单电源运算放大器24放大，送PWM脉宽调制控制电路23处理，分别控制半导体功率开关器件8和高边功率开关器件25，将输出电流限制在预先设定的最大电流值以内，使电路得到有效的保护。
本实用新型与现有技术相比具有如下特点：
1、采用脉冲宽度调制（PWM）技术调节输出电压，降低了功率消耗，提高了可靠性；
2、采用线性霍尔元件对输出电流采样，将输出电流限制在预先设定的最大电流值以内，使电路得到有效的保护；
3、具有完善的过电流、短路保护功能，大大提高了工作的可靠性。
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的详细结构作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明的电路结构示意图；
附图2为开关器件11的工作原理示意图；
附图3为开关器件11接通和关断时的波形图。
具体实施方式
如附图1所示：一种采用脉冲宽度调制技术的永磁发电机调压器，由第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3、第四整流二极管4、第五整流二极管5、第六整流二极管6、第一滤波电容器7、半导体功率开关器件8、第一电阻9、NPN晶体三极管10、PNP晶体三极管11、第二电阻12、第三电阻13、续流二极管14、滤波电感器15、第二滤波电容器16、线性霍尔元件17、第一电压采样电阻18、第二电压采样电阻19、第三电压采样电阻20、第四电压采样电阻21、直流稳压电源电路22、PWM脉宽调制控制电路23、单电源运算放大器24、高边功率开关器件25、第一输出端子26、第二输出端子27、第三输出端子28、第一输入端子29、第二输入端子30、第三输入端子31组成；
第一输入端子29、第二输入端子30、第三输入端子31端加载永磁三相交流发电机的三相交流电压；第一输入端子29连接第一整流二极管1正极和第四整流二极管4负极，第二输入端子30连接第二整流二极管2正极和第五整流二极管5负极，第三输入端子31连接第三整流二极管3正极和第六整流二极管6负极，第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3负极均连接到直流稳压电源电路22的电压输入Vin端、第一滤波电容器7正极、第一电阻9一端和半导体功率开关器件8的漏极D，第四整流二极管4、第五整流二极管5、第六整流二极管6正极均连接到地，第一电阻9另一端连接到NPN晶体三极管10集电极，NPN晶体三极管10基极连接到PNP晶体三极管11基极、第二电阻12一端和第三电阻13一端，NPN晶体三极管10发射极连接到半导体功率开关器件8的栅极G和PNP晶体三极管11发射极，PNP晶体三极管11集电极接地，直流稳压电源电路22的Vcc端连接到PWM脉宽调制控制电路23的Vcc端和单电源运算放大器24的Vcc端，直流稳压电源电路22的GND端连接到地，半导体功率开关器件8的源极S连接到续流二极管14负极和滤波电感器15一端，滤波电感器15另一端连接到线性霍尔元件17电流输入Ii端和第二滤波电容器16正极，线性霍尔元件17电流输出Io端连接第一电压采样电阻18一端、高边功率开关器件25的Vin端和第一输出端子26，第一电压采样电阻18另一端连接第二电压采样电阻19一端和PWM脉宽调制控制电路23的2ADC端，第二电压采样电阻19另一端接地，高边功率开关器件25的PWMin端连接到PWM脉宽调制控制电路23的2PWM端，高边功率开关器件25的Vout端连接到第二输出端子27和第三电压采样电阻20一端，第三电压采样电阻20一端连接到第四电压采样电阻21一端和PWM脉宽调制控制电路23的3ADC端，第四电压采样电阻21另一端连接地和第三输出端子28，线性霍尔元件17的电压输出+端连接到单电源运算放大器24的IN+端，线性霍尔元件17的电压输出-端连接到单电源运算放大器24的IN-端，单电源运算放大器24的Iout端连接到PWM脉宽调制控制电路23的1ADC端，，单电源运算放大器24的GND端接地。
Claims (1)
1.一种采用脉冲宽度调制技术的永磁发电机调压器，其特征是：由第一整流二极管（1）、第二整流二极管（2）、第三整流二极管（3）、第四整流二极管（4）、第五整流二极管（5）、第六整流二极管（6）、第一滤波电容器（7）、半导体功率开关器件（8）、第一电阻（9）、NPN晶体三极管（10）、PNP晶体三极管（11）、第二电阻（12）、第三电阻（13）、续流二极管（14）、滤波电感器（15）、第二滤波电容器（16）、线性霍尔元件（17）、第一电压采样电阻（18）、第二电压采样电阻（19）、第三电压采样电阻（20）、第四电压采样电阻（21）、直流稳压电源电路（22）、PWM脉宽调制控制电路（23）、单电源运算放大器（24）、高边功率开关器件（25）、第一输出端子（26）、第二输出端子（27）、第三输出端子（28）、第一输入端子（29）、第二输入端子（30）、第三输入端子（31）组成；
第一输入端子（29）、第二输入端子（30）、第三输入端子(31)端加载永磁三相交流发电机的三相交流电压；第一输入端子(29)接第一整流二极管1正极和第四整流二极管（4）负极，第二输入端子（30）连接第二整流二极管（2）正极和第五整流二极管（5）负极，第三输入端子（31）连接第三整流二极管（3）正极和第六整流二极管（6）负极，第一整流二极管（1）、第二整流二极管（2）、第三整流二极管（3）负极均连接到直流稳压电源电路（22）的电压输入Vin端、第一滤波电容器（7）正极、第一电阻（9）一端和半导体功率开关器件（8）的漏极D，第四整流二极管（4）、第五整流二极管（5）、第六整流二极管（6）正极均连接到地，第一电阻（9）另一端连接到NPN晶体三极管（10）集电极，NPN晶体三极管（10）基极连接到PNP晶体三极管（11）基极、第二电阻（12）一端和第三电阻（13）一端，NPN晶体三极管（10）发射极连接到半导体功率开关器件（8）的栅极G和PNP晶体三极管（11）发射极，PNP晶体三极管（11）集电极接地，直流稳压电源电路（22）的Vcc端连接到PWM脉宽调制控制电路（23）的Vcc端和单电源运算放大器（24）的Vcc端，直流稳压电源电路（22）的GND端连接到地，半导体功率开关器件（8）的源极S连接到续流二极管（14）负极和滤波电感器（15）一端，滤波电感器（15）另一端连接到线性霍尔元件（17）电流输入Ii端和第二滤波电容器（16）正极，线性霍尔元件（17）电流输出Io端连接第一电压采样电阻（18）一端、高边功率开关器件（25）的Vin端和第一输出端子（26），第一电压采样电阻（18）另一端连接第二电压采样电阻（19）一端和PWM脉宽调制控制电路（23）的2ADC端，第二电压采样电阻（19）另一端接地，高边功率开关器件（25）的PWMin端连接到PWM脉宽调制控制电路（23）的2PWM端，高边功率开关器件（25）的Vout端连接到第二输出端子（27）和第三电压采样电阻（20）一端，第三电压采样电阻（20）一端连接到第四电压采样电阻（21）一端和PWM脉宽调制控制电路（23）的3ADC端，第四电压采样电阻（21）另一端连接地和第三输出端子（28），线性霍尔元件（17）的电压输出+端连接到单电源运算放大器（24）的IN+端，线性霍尔元件（17）的电压输出-端连接到单电源运算放大器（24）的IN-端，单电源运算放大器（24）的Iout端连接到PWM脉宽调制控制电路（23）的1ADC端，单电源运算放大器（24）的GND端接地。
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| CN108475912B (zh) * | 2016-01-15 | 2019-10-29 | 株式会社自动网络技术研究所 | 供电控制装置 |
| CN109803462A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-05-24 | 苏州工业园区海沃科技有限公司 | 一种变压器直流加热电源 |
| CN109803462B (zh) * | 2019-03-20 | 2021-11-09 | 苏州工业园区海沃科技有限公司 | 一种变压器直流加热电源 |
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