CN202475843U - 一种正弦波恒流变频调光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种正弦波恒流变频调光器，包括整流模块、逆变模块、滤波模块、升压变压器模块、输出设定模块和控制模块，所述整流模块将输入的交流电压转换为直流母线电压，所述逆变模块将直流母线电压转换成高频SPWM脉冲电压，所述滤波模块将高频SPWM脉冲电压滤波后得到正弦波电压，所述升压变压器模块将正弦波电压升压，所述控制模块获得输出设定模块设置的输出电流值和频率值并实时采样升压变压器模块输出的信号进行比较，调整和控制整流模块和逆变模块。本实用新型有益效果：输出正弦波电流，电流大小可设为输出范围内任意恒定值，满足调光需求；输出频率可高精度在线调整；功耗小；输出谐波小，输入功率因数高，对电网污染小。
Description
技术领域
本发明涉及机场助航灯光设备，更具体的说，涉及一种用于机场助航灯光回路供电和光级给定的正弦波恒流变频调光器。
背景技术
调光器是助航灯光系统的重要组成部分之一，是一种输出高电压的电流可调节的恒流电源。现有助航灯光系统的恒流调光器大都属于以晶闸管为开关器件的斩波式调光器，其存在的问题是：斩波式调光器的输出为非正弦波，输出谐波大，造成整个设备的功率因数低，效率低，浪费了大量的电能，同时还向电网注入谐波电流、产生电力公害。由于输出的谐波电流在灯光回路电缆中是以热量形式损耗掉，既缩短了灯泡和电缆的使用寿命，又增加了维护及运行成本。
目前，机场助航灯通常采用传统的卤钨灯。根据《国际民航公约》规定的助航灯亮度等级的调节要求，光强调节范围一般分为五级：即1％、3％、10％、30％和 100％。对应斩波式调光器输出恒定电流值分别为：2.8A、3.4A、4.1A、5.2A、6.6A。然而随着科技的发展，卤钨光源由于发光效率低、寿命短而逐渐被能耗低、节能、环保的LED光源所替代，LED在助航灯上的应用也是必然趋势。而LED助航灯所需的电流远远小于卤钨灯，其控制方式也有所不同，现有五级电流调光输出的斩波式调光器也不能完全满足LED助航灯的回路供电需求和光级给定控制。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种正弦波恒流变频调光器。
本实用新型采用的技术方案是这样的：一种正弦波恒流变频调光器，包括整流模块、逆变模块、滤波模块、升压变压器模块、输出设定模块和控制模块，所述整流模块用于将输入的交流电压转换为稳定的直流母线电压，所述逆变模块用于将所述直流母线电压通过SPWM技术转换成高频SPWM脉冲电压，所述滤波模块用于将所述高频SPWM脉冲电压滤波后得到正弦波电压，所述升压变压器模块用于将所述正弦波电压升压并保持正弦波形，所述控制模块用于获得输出设定模块设置的输出电流值和频率值并实时采样升压变压器模块输出的电压值、电流值和频率值进行比较，通过负反馈控制技术，调整和控制整流模块和逆变模块。
作为优选方式，所述整流模块内包含一个PFC变换器，该PFC变换器调节经过整流之后的直流电流，并在控制模块产生的高频PWM信号的控制下改善电流波形、减小电流谐波分量和无功功率，降低输入端总谐波畸变指数。
作为优选方式，所述逆变模块采用IGBT作为开关，用于在控制模块输出的高频SPWM信号的控制下完成导通、截止的过程，输出高频SPWM脉冲电压。
作为优选方式，所述逆变模块可以有两种结构：一种为IGBT全桥逆变电路；另一种结构为二极管钳位三电平IGBT逆变电路。
作为优选方式，所述滤波模块为低通LC电路结构，将逆变模块输出的高频SPWM脉冲电压转换为低频正弦波电压。
作为优选方式，所述输出设定模块通过键盘输入、液晶显示实现输出正弦电流大小和频率的设定。
作为优选方式，所述输出设定模块通过通信接口连接到外部的工作站通过远程控制来实现正弦电流大小和频率的设定。
作为优选方式，所述升压变压器模块输出的正弦波电流为0-6.6A，频率为45-75Hz，电压为0-3000V。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：输出正弦波电流，电流大小可设为输出范围内任意恒定值，满足调光需求；输出频率可高精度在线调整；功耗小；输出谐波小，输入功率因数高，对电网污染小。
附图说明
图1是本发明正弦波恒流变频调光器的组成框图。
图2是本发明正弦波恒流变频调光器的功能原理图。
图3是SPWM控制的基本原理示意图。
图4是PFC变换器电路结构。
图5是IGBT全桥逆变电路结构。
图6是二极管钳位三电平IGBT逆变电路结构。
图7是LC低通滤波电路。
1为整流模块，2为逆变模块，3为滤波模块，4为升压变压器模块，5为输出设定模块，6为控制模块。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
如图1所示，一种正弦波恒流变频调光器，包括整流模块1、逆变模块2、滤波模块3、升压变压器模块4、输出设定模块5和控制模块6。
所述整流模块1用于将输入的交流电压转换为稳定的直流母线电压，实现AC-DC转换。本整流模块1支持220V单相或380V三相交流输入。
所述逆变模块2用于将所述直流母线电压通过SPWM技术转换成高频SPWM（正弦脉冲宽度调制）脉冲电压。所述的SPWM调制技术是从开关电源控制角度出发，用脉冲宽度按正弦规律变化而与正弦波等效的PWM波形，即SPWM波形，控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变SPWM调制波的频率和占空比则可调节逆变电路输出电压电流的频率和幅值。
所述滤波模块3用于将所述高频SPWM脉冲电压滤波后得到正弦波电压，实现DC-AC转换。
所述升压变压器模块4用于将所述正弦波电压升压并保持正弦波形，获得助航灯回路所需的电压值。
所述控制模块6用于获得输出设定模块5设置的输出电流值和频率值并实时采样升压变压器模块4输出的电压值、电流值和频率值进行比较，通过负反馈控制技术，调整和控制整流模块1和逆变模块2，以便获得预期的电流大小和频率。控制模块6与升压变压器模块4之间设置电压取样模块、电流取样模块和过载检测报警保护模块。
电流取样模块：电流取样是完成闭环控制的重要环节。电流取样将升压变压器模块隔离输出的电流反馈至微处理器控制板，以便微处理器控制板测量实际输出电流并与预先设定值进行比较。
电压取样模块：电压取样完成电压监测信号的反馈。通过电压取样将升压变压器模块隔离输出的电压反馈至微处理器控制板，以便微处理器控制板测量实际输出电压并与预先计算的电压进行比较。
过载检测报警保护模块：过载检测包括过压、过流及过热情况的检测，当检测值处于异常情况限定的范围时，微处理器控制板关闭SPWM控制信号输出并进行声光报警。
控制模块6中微处理器控制板的控制核心是微处理器，可选用DSP、MCU、FPGA等器件作为系统的微处理器，产生PFC变换器的PWM控制信号和逆变电路的SPWM逆变控制信号。微处理器依据键盘输入指令或上位机控制指令，计算生成指定调制波频率的SPWM逆变控制信号，调制波频率决定了输出正弦波频率。微处理器还可依据控制指令的变化，调整正弦波的频率。通过比较电流取样模块的输出值和设定值的误差，调整SPWM逆变控制信号的波形，控制逆变电路电流输出大小，从而保持输出电流稳定。微处理器控制板通过监测过载检测报警保护模块的输出信号，控制逆变电路输出的通断，起到对输出的保护作用。微处理器控制板通过与键盘、显示的接口完成键盘输入及显示功能。
还可通过通讯接口完成与上位机的通讯控制。通信接口可通过RS485总线、以太网接口或CAN总线将微处理器控制板与工作站连接，从而通过工作站的控制软件对本实用新型进行远程控制。
如图2、图3、图4所示，所述整流模块1内包含一个PFC变换器，该PFC（功率因数校正）变换器调节经过整流之后的直流电流，并在控制模块6产生的高频PWM信号的控制下改善电流波形、减小电流谐波分量和无功功率，降低输入端总谐波畸变指数，功率因素达到0.99，减小了对电网的污染。
如图2所示，所述逆变模块2采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）作为开关，用于在控制模块6输出的高频SPWM（正弦脉冲宽度调制）信号的控制下完成导通、截止的过程，输出高频SPWM脉冲电压。
所述逆变模块2可以有两种结构：一种为IGBT全桥逆变电路，如图5所示；另一种结构为二极管钳位三电平IGBT逆变电路，如图6所示。
所述滤波模块3为低通LC电路结构，将逆变模块2输出的高频SPWM脉冲电压转换为低频正弦波电压，如图7所示。
所述输出设定模块5输出设定值的方式也有两种：一种是通过键盘输入、液晶显示实现输出正弦电流大小和频率的设定；另一种是通过通信接口连接到外部的工作站通过远程控制来实现正弦电流大小和频率的设定。
所述升压变压器模块4输出的正弦波电流为0-6.6A，频率为45-75Hz，电压为0-3000V。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种正弦波恒流变频调光器，其特征在于：包括整流模块（1）、逆变模块（2）、滤波模块（3）、升压变压器模块（4）、输出设定模块（5）和控制模块（6），所述整流模块（1）用于将输入的交流电压转换为稳定的直流母线电压，所述逆变模块（2）用于将所述直流母线电压通过SPWM技术转换成高频SPWM脉冲电压，所述滤波模块（3）用于将所述高频SPWM脉冲电压滤波后得到正弦波电压，所述升压变压器模块（4）用于将所述正弦波电压升压并保持正弦波形，所述控制模块（6）用于获得输出设定模块（5）设置的输出电流值和频率值并实时采样升压变压器模块（4）输出的电压值、电流值和频率值进行比较，通过负反馈控制技术，调整和控制整流模块（1）和逆变模块（2）。
2.根据权利要求1所述的一种正弦波恒流变频调光器，其特征在于：所述整流模块（1）内包含一个PFC变换器，该PFC变换器调节经过整流之后的直流电流，并在控制模块（6）产生的高频PWM信号的控制下改善电流波形、减小电流谐波分量和无功功率，降低输入端总谐波畸变指数。
3.根据权利要求1所述的一种正弦波恒流变频调光器，其特征在于：所述逆变模块（2）采用IGBT作为开关，用于在控制模块（6）输出的高频SPWM信号的控制下完成导通、截止的过程，输出高频SPWM脉冲电压。
4.根据权利要求3所述的一种正弦波恒流变频调光器，其特征在于：所述逆变模块（2）为IGBT全桥逆变电路。
5.根据权利要求3所述的一种正弦波恒流变频调光器，其特征在于：所述逆变模块（2）为二极管钳位三电平IGBT逆变电路。
6.根据权利要求1所述的一种正弦波恒流变频调光器，其特征在于：所述滤波模块（3）为低通LC电路结构，将逆变模块（2）输出的高频SPWM脉冲电压转换为低频正弦波电压。
7.根据权利要求1所述的一种正弦波恒流变频调光器，其特征在于：所述输出设定模块（5）通过键盘输入、液晶显示实现输出正弦电流大小和频率的设定。
8.根据权利要求1所述的一种正弦波恒流变频调光器，其特征在于：所述输出设定模块（5）通过通信接口连接到外部的工作站通过远程控制来实现正弦电流大小和频率的设定。
9.根据权利要求1所述的一种正弦波恒流变频调光器，其特征在于：所述升压变压器模块（4）输出的正弦波电流为0-6.6A，频率为45-75Hz，电压为0-3000V。
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