CN203775041U - 基于倍压整流和boost电路的交流电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于倍压整流和BOOST电路的交流电源，包括二倍压整流电路、输出可控的BOOST升压电路、单相逆变器、负载电压电流检测单元和保护电路；所述二倍压整流电路的输入端与市电连接，输出端连接输出可控的BOOST升压电路的输入端；输出可控的BOOST升压电路的输出端与单向逆变器的输入端连接；交流负载的输入端与单向逆变器的输出端连接，其输出端与负载电压电流检测单元输入端连接；保护电路的两端分别连接市电和负载电压电流检测单元。本实用新型通过倍压整流电路和BOOST电路替代现有技术中的变压器，减轻了电源重量和体积，降低电源成本；而且减小了充放电电流和噪声对电网的损害，降低电路损耗；提高了电路工作的可靠性，具有体积小巧，质量轻便，绿色环保的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于电源电路领域，尤其是一种基于倍压整流和BOOST电路的交流电源。
背景技术
倍压整流电路可以把较低的交流电压通过耐压较低的整流二极管和电容振荡后产生一个较高的直流电压。在高压电源的设计中，为了获得较高的电压，通常采用增加变压器的变比，在变压器次级直接(或采用常规电源中的半波、全波整流方法) 获得高压输出的方法。
这种方法存在的问题是：当要求电源输出电压较高时，若要在变压器次级直接获得高压输出，必然使变压器的次级绕组匝数过多，使得电源重量和体积增加。另外，由于变压器绕组的层间寄生电容和线间寄生电容的影响，在变压器工作中会出现很大的充放电电流和噪声，使变压器的初级开关产生很大损耗，甚至无法正常工作。
因此，现有技术已不能满足工业生产的需求。
实用新型内容
实用新型目的：提供一种基于倍压整流和BOOST电路的交流电源，以解决现有技术存在的问题，减轻电源的重量，减小电源的体积和损耗。
技术方案：一种基于倍压整流和BOOST电路的交流电源，包括二倍压整流电路、输出可控的BOOST升压电路、单相逆变器、负载电压电流检测单元和保护电路；所述二倍压整流电路的输入端与市电连接，输出端连接输出可控的BOOST升压电路的输入端；输出可控的BOOST升压电路的输出端与单向逆变器的输入端连接；交流负载的输入端与单向逆变器的输出端连接，其输出端与负载电压电流检测单元输入端连接；保护电路分别连接市电和负载电压电流检测单元。
所述输出可控的BOOST升压电路包括BOOST电路、BOOST输出电压检测单元、PID控制器和PWM电路；BOOST输出电压检测单元的输入端和输出端分别连接BOOST电路的输出端及PID控制器的输入端；PWM电路的输入端和输出端分别连接PID控制器的输出端和BOOST电路的控制端。
电路工作时，市电（220V/50Hz的交流电）经过倍压整流电路整流升压后输入输出可控的BOOST升压电路，BOOST输出电压检测单元检测该输出电压并将其与期望电压比较，求取偏差量，PID控制器根据偏差量计算BOOST的占空比，使其输出电压跟踪给定。最后经单相逆变器DC/AC变换，得到所需的高压交流电。
当电路出现异常时，比如电网电压大幅波动、系统过载等，负载电压电流检测单元将电路参数检测并传送给保护电路，由保护电路做出相应的动作，使系统免受损坏。
有益效果：本实用新型通过倍压整流电路和BOOST电路替代现有技术中的变压器，减轻了电源重量和体积，降低电源成本；而且可避免变压器绕组的层间寄生电容和线间寄生电容的影响，减小充放电电流和噪声对电网的损害，降低电路损耗；提高了电路工作的可靠性，具有体积小巧，质量轻便，绿色环保的优点。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的结构示意图。
图3是本实用新型的仿真结果示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的基于倍压整流和BOOST电路的交流电源主要包括顺序连接的二倍压整流电路2、BOOST电路6、BOOST输出电压检测单元7、PID控制器4、PWM电路5、单相逆变器8、交流负载9、负载电压电流检测单元10及保护电路11。
正常使用时，将负载连接到交流负载9上，将市电输入1接入电网，二倍压整流电路2进行整流升压并作为BOOST电路的输入。电压经过BOOST电路6进一步的提升，BOOST输出电压检测单元7实时将提升后的电压信号反馈给PID控制器4，再与期望给定3比较并计算控制量。PWM电路5生成脉宽调制波，实现BOOST电路输出电压跟踪期望给定电压。最后，经过单相逆变器8进行DC/AC变换得到高压交流电。
当电路出现异常时，比如电网电压大幅波动、系统过载等，负载电压电流检测10将电路参数检测并传送给保护电路11，由保护电路做出相应的动作，使系统免受损坏。
如图2所示，交流电源AC为市电输入1，R1、C1、D1、D2、C2、R2构成二倍压整流电路2，PID模块为PID控制器4，L1、IGBT、D3、C3、PWM模块构成BOOST电路6和PWM电路5，V用于仿真BOOST输出电压检测7，Universal Bridge 2 arms 和Pulse构成单相逆变器8，L2、C4构成滤波电路、R3模拟交流负载9。
将AC设定成220V 50Hz的工频交流电，R1和R2为倍压整流电路的限流电阻，经过倍压整流后，C2两端的电压再经过BOOST升压。C3两端的电压通过V实时检测反馈给PID控制器，PID控制器根据偏差信号调整IGBT的触发脉冲的占空比(PWM)，系统自动调整C3两端的电压使其跟踪给定。最后，经过逆变器和滤波网络，得到高压交流电。通过PID控制器，可以使系统的电源调整率和负载调整率较低。
图3为本实施案例的输出波形，由波形可知，在0.25秒左右时，基本达到稳态。系统输出稳定平滑的900V/ 50Hz的高压交流电，方案能够解决相关问题。。
在本实用新型中，首先使用倍压整流技术实现升压，倍压整流电路可以把较低的交流电压通过耐压较低的整流二极管和电容振荡后产生一个较高的直流电压。而BOOST电路将倍压整流电路的输出电压再次进行升压。结合PID控制器可使BOOST输出电压实时跟随给定，单相逆变器和滤波电路完成DC/AC变换。采用倍压整流电路可在获得高压输出的同时避免电源体积和重量过大。通过计算机仿真来分析被压整流电路的暂态响应和稳态输出特性，可以缩短研制周期和减少实验成本，提高工作效率。本实用新型无需使用变压器，减轻了系统重量，节约了有色金属材料，结构简单，稳定可靠，整体电路拓扑新颖，结构简洁，层次分明，具有较高市场推广价值。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (2)
1.一种基于倍压整流和BOOST电路的交流电源，其特征在于，包括二倍压整流电路、输出可控的BOOST升压电路、单相逆变器、负载电压电流检测单元和保护电路；所述二倍压整流电路的输入端与市电连接，输出端连接输出可控的BOOST升压电路的输入端；输出可控的BOOST升压电路的输出端与单向逆变器的输入端连接；交流负载的输入端与单向逆变器的输出端连接，其输出端与负载电压电流检测单元输入端连接；保护电路的两端分别连接市电和负载电压电流检测单元。
2.如权利要求1所述的基于倍压整流和BOOST电路的交流电源，其特征在于，所述输出可控的BOOST升压电路包括BOOST电路、BOOST输出电压检测单元、PID控制器和PWM电路；BOOST输出电压检测单元的输入端和输出端分别连接BOOST电路的输出端及PID控制器的输入端；PWM电路的输入端和输出端分别连接PID控制器的输出端和BOOST电路的控制端。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103887991A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-06-25 | 河海大学 | 一种无变压器的高压小功率电源 |
| CN109617208A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-12 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） | 一种中高压变频器直流电容预充电装置 |
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| CN109617208B (zh) * | 2018-12-26 | 2022-01-28 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种中高压变频器直流电容预充电装置 |
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