CN206301235U - 交流供电质量调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的交流供电质量调节装置，包括单片机、电源电路、人机接口、RTC电路、通信电路、保护电路、反馈电路、驱动电路、滤波电路，电源电路为装置提供电力供应，人机接口、RTC电路、通信电路分别连接到单片机上，保护电路输入端接单片机，保护电路输出端接驱动电路输入端，驱动电路输出端接滤波电路输入端，滤波电路输出端接负载，反馈电路输入端接负载，反馈电路输出端接单片机。通过实时采集供用电参数，将可变PWM调节技术、小电流连续调节电压换流技术、分相平衡调节技术、用电能耗统计技术、运行管理技术融为一体，提高供电质量，确保设备使用寿命，降低维护成本。

Description

交流供电质量调节装置

技术领域

本实用新型涉及楼宇智能化领域，具体是交流供电质量调节装置。

背景技术

在楼宇智能化系统中，需要对整个楼宇内的电器、灯光等负载进行有效管理，然而，由于交流供电网的不稳定性，会导致楼宇内负载的用电负荷存在的冲击性、波动性、不平衡性，大大影响负载的使用寿命，以及楼宇智能化的效用。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了交流供电质量调节装置，针对用电负荷存在的冲击性、波动性、不平衡性，通过实时采集供用电参数，将可变PWM调节技术、小电流连续调节电压换流技术、分相平衡调节技术、用电能耗统计技术、运行管理技术融为一体，提高供电质量，确保设备使用寿命，降低维护成本。

本实用新型采用以下技术方案：交流供电质量调节装置，包括单片机、电源电路、人机接口、RTC电路、通信电路，其特征在于，还包括保护电路、反馈电路、驱动电路、滤波电路，电源电路为装置提供电力供应，人机接口、RTC电路、通信电路分别连接到单片机上，保护电路输入端接单片机，保护电路输出端接驱动电路输入端，驱动电路输出端接滤波电路输入端，滤波电路输出端接负载，反馈电路输入端接负载，反馈电路输出端接单片机。

进一步的，所述的电源电路包括供电电路、延时电路和输出电路，供电电路包括变压器T1、整流器BD1、整流器BD2，整流器BD1第二引脚接滑动变阻器RT1一个固定端，滑动变阻器RT1另一个固定端接VAIN，滑动变阻器RT1滑动端接整流器BD2第三引脚，整流器BD1第三引脚接滑动变阻器RT2一个固定端，滑动变阻器RT2另一个固定端接VBIN，滑动变阻器RT2滑动端接整流器BD2第三引脚，整流器BD2第二引脚接滑动变阻器RT3一个固定端，滑动变阻器RT3另一个固定端接VCIN，滑动变阻器RT2滑动端接整流器BD2第三引脚，整流器BD2第三引脚接N线，整流器BD1第一引脚、整流器BD2第一引脚均接V300，整流器BD1第四引脚、整流器BD2第四引脚均接G300V；

变压器T1第八输入端分别连接V300、稳压二极管D3负极、电阻R2一端、电阻R1一端、极性电容C7正极，稳压二极管D3正极通过电阻R4接二极管D4负极，二极管D4正极接变压器T1第六输入端，电阻R2另一端能通过依次串联的电阻R7、电阻R15、电阻R12接稳压二极管D6负极，稳压二极管D6正极接G300V，电阻R2另一端能通过依次串联的电阻R7、电阻R15、电阻R8接场效应管Q1的G极，场效应管Q1的G极接稳压二极管D5负极，稳压二极管D5正极分别接场效应管Q1的S极、电源块U3第四引脚，场效应管Q1的D极接变压器T1第六输入端，电阻R1另一端通过电阻R5分别接电阻R9一端、极性电容C7负极、极性电容C11正极，电阻R9另一端通过电阻R14接C300V，极性电容C11负极接G300V，电源块U3第五、第六、第七、第八引脚均接G300V，电源块U3第二引脚通过电容C16接G300V，电源块U3第一引脚分别接逛够U2第四引脚、三极管Q14发射极，光耦U2第三引脚、三极管Q14集电极均接G300V，三极管Q14基极为控制输出端，且通过电阻R6接G300V；

变压器T1第一输出端接二极管D2正极，变压器T1第三输出端接地，二极管D2负极分别接稳压芯片U2第一引脚、极性电容C3正极，极性电容C3负极接地，稳压芯片U2第二引脚接地，稳压芯片U2第三引脚输出VDD，稳压芯片U2第三引脚分别接极性电容C4正极、电容C6一端、电容C70一端、极性电容C71正极、极性电容C72正极，极性电容C4负极、电容C6另一端、电容C70另一端、极性电容C71负极、极性电容C72负极均接地；

变压器T1第十输出端接二极管D1正极，二极管D1负极分别接极性电容C1正极、极性电容C55正极、电容C50一端、电阻R3一端、电感L1一端，极性电容C1负极、极性电容C55负极、电容C50另一端、电阻R3另一端均接地，电感L1另一端分别接电阻R11一端、极性电容C2正极、极性电容C56正极、电容C5一端，极性电容C2负极、极性电容C56负极、电容C5另一端均接地，电阻R11另一端分别接电容C12一端、电阻R16一端、放大器U4第一引脚，电阻R16另一端接地，电容C12另一端分别接放大器U4第三引脚、电阻R10一端、光耦U2第二引脚，电阻R10另一端、光耦U2第一引脚、放大器U4第二引脚均接地；

延时电路包括芯片U5，芯片U5第十二引脚分别连接电容C10一端、电阻R24一端，电阻R24另一端接G300V，电容C10另一端接V12V、极性电容C8正极、稳压二极管D7负极、电阻R13一端，极性电容C8负极、稳压二极管D7正极均接地，电阻R13另一端接V300；芯片U5第十引脚接电阻R19一端，电阻R19另一端分别接电容C9一端、电阻R18一端，电容C9另一端接芯片U5第九引脚，电阻R18另一端分别接芯片U5第十一引脚、二极管D8负极，二极管D8正极分别接电阻R17一端、芯片U5第三引脚，电阻R17另一端接电源电路控制输出端；

输出电路包括中间继电器RE1和交流接触器CJ1，中间继电器RE1的两个固定端分别连接VDD和GND，中间继电器RE1的活动端分别连接AC_L线和交流接触器CJ1一个固定端，交流接触器CJ1另一个固定端连接AC_N线，交流接触器CJ1的活动端连接输出线缆。

进一步的，保护电路包括220V交流信号处理电路和PWM信号处理电路，220V交流信号处理电路包括光耦U32、光耦U33、光耦U34、光耦U35，光耦U32第一引脚分别接电容C31一端、AC_N信号端，电容C31另一端分别接电阻R31一端、电容C32一端、光耦U32第二引脚、光耦U33第一引脚，电阻R31另一端接AC_L信号端，电容C32另一端分别接AC_N信号端、光耦U33第二引脚，光耦U32第四引脚接VCC电压，光耦U32第三引脚分别接电阻R33一端、电容C35一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R33另一端、电容C35另一端均接地，光耦U33第四引脚接VCC电压，光耦U33第三引脚分别接电阻R34一端、电容C36一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R34另一端、电容C36另一端均接地；光耦U34第一引脚分别接电容C33一端、AC_N信号端，电容C33另一端分别接电阻R32一端、电容C34一端、光耦U34第二引脚、光耦U35第一引脚，电阻R32另一端接AC_L信号端，电容C34另一端分别接AC_N信号端、光耦U35第二引脚，光耦U34第四引脚接VCC电压，光耦U34第三引脚分别接电阻R35一端、电容C37一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R35另一端、电容C37另一端均接地，光耦U35第四引脚接VCC电压，光耦U35第三引脚分别接电阻R36一端、电容C38一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R36另一端、电容C38另一端均接地；

PWM信号处理电路包括反相器U31、与门芯片U36、或门芯片U37，反相器U31第一引脚接信号端PWM_IN，反相器U31第二引脚分别接与门芯片U36第一引脚、与门芯片U36第四引脚，反相器U31第三引脚接光耦U32第三引脚，反相器U31第四引脚接或门芯片U37第十引脚，反相器U31第五引脚接光耦U33第三引脚，反相器U31第六引脚接或门芯片U37第十三引脚；与门芯片U36第二引脚接光耦U34第三引脚，与门芯片U36第五引脚接光耦U35第三引脚，与门芯片U36第三引脚接或门芯片U37第二引脚，与门芯片U36第六引脚接或门芯片U37第五引脚；或门芯片U37第一引脚、第四引脚、第九引脚、第十二引脚均连接保护信号输入端PRO_IN，或门芯片U37第三引脚连接输出端PWM_OUT1，或门芯片U37第六引脚连接输出端PWM_OUT2，或门芯片U37第八引脚连接输出端PWM_OUT3，或门芯片U37第十一引脚连接输出端PWM_OUT4。

进一步的，驱动电路包括交流正半周斩波信号输入电路、交流负半周斩波信号输入电路、交流负半周续流信号输入电路、交流正半周续流信号输入电路、交流信号输出电路，正半周斩波信号输入电路包括光耦U41，光耦U41第二引脚接电压VC4C4，光耦U41第三引脚通过电阻R41接正半周斩波信号PWM_1，光耦U41第五引脚接地，光耦U41第八引脚接电压Vdrv1，光耦U41第六引脚和第七引脚均接电阻R47一端，电阻R47另一端分别接三极管Q41基极、三极管Q42基极，三极管Q41集电极接电压Vdrv1，三极管Q41发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q42发射极，三极管Q42集电极接地；

负半周斩波信号输入电路包括光耦U42，光耦U42第二引脚接电压VC4C4，光耦U41第三引脚通过电阻R42接负半周斩波信号PWM_2，光耦U42第五引脚接地，光耦U42第八引脚接电压Vdrv1，光耦U42第六引脚和第七引脚均接电阻R48一端，电阻R48另一端分别接三极管Q43基极、三极管Q44基极，三极管Q43集电极接电压Vdrv1，三极管Q43发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q44发射极，三极管Q44集电极接地；

负半周续流信号输入电路包括光耦U43，光耦U43第二引脚接电压VC4C4，光耦U43第三引脚通过电阻R43接负半周续流信号PWM_3，光耦U43第五引脚接地，光耦U43第八引脚接电压Vdrv2，光耦U43第六引脚和第七引脚均接电阻R49一端，电阻R49另一端分别接三极管Q45基极、三极管Q46基极，三极管Q45集电极接电压Vdrv2，三极管Q45发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q46发射极，三极管Q46集电极接地；

正半周续流信号输入电路包括光耦U44，光耦U44第二引脚接电压VC4C4，光耦U44第三引脚通过电阻R43接正半周续流信号PWM_4，光耦U44第五引脚接地，光耦U44第八引脚接电压Vdrv2，光耦U44第六引脚和第七引脚均接电阻R412一端，电阻R412另一端分别接三极管Q47基极、三极管Q48基极，三极管Q47集电极接电压Vdrv2，三极管Q47发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q48发射极，三极管Q48集电极接地；

交流信号输出电路包括GB1、GB2、GB3、GB4四个IGBT，GB1的集电极分别接二极管D41负极、交流信号AC_L_INPU4T，二极管D41正极接地，GB1发射极接地，GB1门极分别接二极管D42负极、电阻R413一端，二极管D42正极接地，电阻R413另一端接地；GB2的集电极分别接二极管D46负极、信号AC_L_PWM，二极管D46正极接地，GB2发射极接地，GB2门极分别接二极管D42负极、电阻R414一端，二极管D43正极接地，电阻R414另一端接地；GB3的集电极分别接二极管D47负极、信号AC_L_PWM，二极管D47正极接地，GB3发射极接地，GB3门极分别接二极管D44负极、电阻R415一端，二极管D44正极接地，电阻R415另一端接地；GB4的集电极分别接二极管D48负极、信号AC_N，二极管D48正极接地，GB4发射极接地，GB4门极分别接二极管D45负极、电阻R416一端，二极管D45正极接地，电阻R416另一端接地；二极管D42正极通过电阻R410接稳压二极管Z1负极，稳压二极管Z1正极接地，稳压二极管Z1负极通过电阻R45接电压Vdrv1，二极管D44正极通过电阻R411接稳压二极管Z2负极，稳压二极管Z2正极接地，稳压二极管Z2负极通过电阻R46接电压Vdrv2。

进一步的，滤波电路包括可调电抗器L52，可调电抗器L52滑动控制端连接微处理器U51，可调电抗器L52一个固定端分别连接信号输入端AC_L5_PWM、电阻R51一端、电容C51一端、电感L51一端、滑动变阻器RV51一个固定端，电阻R51另一端、电容C51另一端、滑动变阻器RV51另一个固定端均连接AC_N，电感L51另一端通过电容C52连接AC_N；可调电抗器L52另一固定端分别连接电容C53一端、电阻R52一端、电容C54一端、电流互感器CT1一端、电感L55一端、电容C55一端、电阻R53一端，电容C53另一端、电阻R52另一端、电容C54另一端均连接AC_N，电流互感器CT1另一端接信号输出端AC_L_OUTPUT，电感L55另一端、电容C55另一端、电阻R53另一端均连接电容C56一端，电容C56另一端通过电感L54接AC_N。

本实用新型的有益效果是：

1、系统通过实时采集供用电参数，将可变PWM调节技术、小电流连续调节电压换流技术、分相平衡调节技术、用电能耗统计技术、运行管理技术融为一体，提高供电质量，确保设备使用寿命，降低维护成本。

2、利用电子元器件的硬连接实现延时供电，响应速度快且稳定性高。延时时间可以通过改变C9、R19的值进行设置，也可以通过调整U5－Q1～U5－Q14来改变延时时间。

3、保护电路由硬件直接触发得到，过零信号异常时能迅速关断PWM驱动，对MCU而言只需要一路PWM信号输出，配合逻辑门电路便可以驱动正负半周的斩波信号和续流信号。

4、驱动电路中，PWM1为交流正半周斩波信号，PWM2为交流负半周斩波信号，PWM3为交流负半周续流信号，PWM4为交流正半周续流信号，PWM1、PWM2、PWM3、PWM4四路PWM信号分别经过光耦U41、U42、U43、U44进行光电耦合，再由光耦U41、U42、U43、U44的次级输出，分别经过驱动三极管Q41和Q42、Q43和Q44、Q45和Q46、Q47和Q48来驱动GB1、GB2、GB3、GB4。整个控制过程对电流信号中不同部分的单独处理后，在将斩波信号与交流信号AC_L_INPUT整合输出，大大提高了PWM控制的准确度和稳定性。

5、这种自消谐的斩波输出滤波电路通过对输出电流、电压谐波含量的采样回馈，能够将低次谐波和高次谐波进行吸收，提高输出的供电质量，延长用电器的使用寿命，降低线路传输损耗，不污染电网。

附图说明

图1是本实用新型系统原理框图；

图2是本实用新型电源电路和延时电路的电路原理图；

图3是本实用新型保护电路原理图；

图4是本实用新型驱动电路原理图；

图5是本实用新型滤波电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，供电质量调节装置由单片机、电源电路、保护电路、反馈电路、驱动电路、滤波电路、人机接口、RTC电路和通信电路构成。

单片机负责整个系统的逻辑控制，电源电路负责给整个系统提供工作电源，保护电路根据系统输出电压、电流、温度等信号对系统和负载进行有效的保护，反馈电路负责采集系统输出的电压、电流以及系统温度信号，为保护电路提供保护依据，同时为单片机提供当前输出的电压、电流、温度数据，驱动电路负责输出电压、电流的PWM功率控制，滤波电路负责将调制输出的电压进行滤波整形，人机接口包括LCD显示和按键，负责人机对话，RTC电路为系统提供实时时钟，通信电路提供多种通信接口，可以连接远程计算机，实现远程调节与监控。

如图2所示，电源电路包括供电电路、延时电路和输出电路，所述的电源电路利用变压器T1实现降压，电源电路输入端连接外部电压，电源电路输出端包括VDD电压输出端、D5V电压输出端和控制输出端，控制输出端连接延时电路，VDD电压输出端连接输出电路。

供电电路包括变压器T1、整流器BD1、整流器BD2，整流器BD1第二引脚接滑动变阻器RT1一个固定端，滑动变阻器RT1另一个固定端接VAIN，滑动变阻器RT1滑动端接整流器BD2第三引脚，整流器BD1第三引脚接滑动变阻器RT2一个固定端，滑动变阻器RT2另一个固定端接VBIN，滑动变阻器RT2滑动端接整流器BD2第三引脚，整流器BD2第二引脚接滑动变阻器RT3一个固定端，滑动变阻器RT3另一个固定端接VCIN，滑动变阻器RT2滑动端接整流器BD2第三引脚，整流器BD2第三引脚接N线，整流器BD1第一引脚、整流器BD2第一引脚均接V300，整流器BD1第四引脚、整流器BD2第四引脚均接G300V；变压器T1第八输入端分别连接V300、稳压二极管D3负极、电阻R2一端、电阻R1一端、极性电容C7正极，稳压二极管D3正极通过电阻R4接二极管D4负极，二极管D4正极接变压器T1第六输入端，电阻R2另一端能通过依次串联的电阻R7、电阻R15、电阻R12接稳压二极管D6负极，稳压二极管D6正极接G300V，电阻R2另一端能通过依次串联的电阻R7、电阻R15、电阻R8接场效应管Q1的G极，场效应管Q1的G极接稳压二极管D5负极，稳压二极管D5正极分别接场效应管Q1的S极、电源块U3第四引脚，场效应管Q1的D极接变压器T1第六输入端，电阻R1另一端通过电阻R5分别接电阻R9一端、极性电容C7负极、极性电容C11正极，电阻R9另一端通过电阻R14接C300V，极性电容C11负极接G300V，电源块U3第五、第六、第七、第八引脚均接G300V，电源块U3第二引脚通过电容C16接G300V，电源块U3第一引脚分别接逛够U2第四引脚、三极管Q14发射极，光耦U2第三引脚、三极管Q14集电极均接G300V，三极管Q14基极为控制输出端，且通过电阻R6接G300V；变压器T1第一输出端接二极管D2正极，变压器T1第三输出端接地，二极管D2负极分别接稳压芯片U2第一引脚、极性电容C3正极，极性电容C3负极接地，稳压芯片U2第二引脚接地，稳压芯片U2第三引脚输出VDD，稳压芯片U2第三引脚分别接极性电容C4正极、电容C6一端、电容C70一端、极性电容C71正极、极性电容C72正极，极性电容C4负极、电容C6另一端、电容C70另一端、极性电容C71负极、极性电容C72负极均接地；变压器T1第十输出端接二极管D1正极，二极管D1负极分别接极性电容C1正极、极性电容C55正极、电容C50一端、电阻R3一端、电感L1一端，极性电容C1负极、极性电容C55负极、电容C50另一端、电阻R3另一端均接地，电感L1另一端分别接电阻R11一端、极性电容C2正极、极性电容C56正极、电容C5一端，极性电容C2负极、极性电容C56负极、电容C5另一端均接地，电阻R11另一端分别接电容C12一端、电阻R16一端、放大器U4第一引脚，电阻R16另一端接地，电容C12另一端分别接放大器U4第三引脚、电阻R10一端、光耦U2第二引脚，电阻R10另一端、光耦U2第一引脚、放大器U4第二引脚均接地。其中，电源块U3采用芯片TNY276P，光耦U2采用PC817K。

延时电路包括芯片U5，芯片U5第十二引脚分别连接电容C10一端、电阻R24一端，电阻R24另一端接G300V，电容C10另一端接V12V、极性电容C8正极、稳压二极管D7负极、电阻R13一端，极性电容C8负极、稳压二极管D7正极均接地，电阻R13另一端接V300；芯片U5第十引脚接电阻R19一端，电阻R19另一端分别接电容C9一端、电阻R18一端，电容C9另一端接芯片U5第九引脚，电阻R18另一端分别接芯片U5第十一引脚、二极管D8负极，二极管D8正极分别接电阻R17一端、芯片U5第三引脚，电阻R17另一端接电源电路控制输出端。其中，所述的芯片U5为14级二进制计数器/分频器。

的输出电路包括中间继电器RE1和交流接触器CJ1，中间继电器RE1的两个固定端分别连接VDD和GND，中间继电器RE1的活动端分别连接AC_L线和交流接触器CJ1一个固定端，交流接触器CJ1另一个固定端连接AC_N线，交流接触器CJ1的活动端连接输出线缆。

电源电路的工作原理为：

工作原理：给系统送电后，由于三极管Q2导通，U6-1脚输入低电平，U1单元不会输出电压，此时系统电源在变压器T1的次级线圈都不会有电压输出。U5为14级二进制计数器/分频器，计数时基为t0＝2.2*C9*R19＝2.2mS；T_Q14＝2.2mS*2^14≈36S；当经过36S后U5-Q14输出高电平，此时Q2截止，U6-1脚由光耦U2进行控制，T1的次级线圈输出电压，同时Q14输出端经过D8将U5_11脚拉高，禁止U5的时钟震荡输入，让U5-Q14一直保持高电平，使电源持续工作。此时U1单元的两路电源输出电压，系统的弱电部分得电，由于VDD和GND得电，中间继电器RE1吸合，控制交流接触器CJ1吸合，可以给强电部分送电运行。延时时间可以通过改变C9、R19的值进行设置，也可以通过调整U5－Q1～U5－Q14来改变延时时间。

如图3所示，保护电路包括220V交流信号处理电路和PWM信号处理电路。

220V交流信号处理电路包括光耦U32、光耦U33、光耦U34、光耦U35，光耦U32第一引脚分别接电容C31一端、AC_N信号端，电容C31另一端分别接电阻R31一端、电容C32一端、光耦U32第二引脚、光耦U33第一引脚，电阻R31另一端接AC_L信号端，电容C32另一端分别接AC_N信号端、光耦U33第二引脚，光耦U32第四引脚接VCC电压，光耦U32第三引脚分别接电阻R33一端、电容C35一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R33另一端、电容C35另一端均接地，光耦U33第四引脚接VCC电压，光耦U33第三引脚分别接电阻R34一端、电容C36一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R34另一端、电容C36另一端均接地；光耦U34第一引脚分别接电容C33一端、AC_N信号端，电容C33另一端分别接电阻R32一端、电容C34一端、光耦U34第二引脚、光耦U35第一引脚，电阻R32另一端接AC_L信号端，电容C34另一端分别接AC_N信号端、光耦U35第二引脚，光耦U34第四引脚接VCC电压，光耦U34第三引脚分别接电阻R35一端、电容C37一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R35另一端、电容C37另一端均接地，光耦U35第四引脚接VCC电压，光耦U35第三引脚分别接电阻R36一端、电容C38一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R36另一端、电容C38另一端均接地。其中，光耦U32、光耦U33、光耦U34、光耦U35均为PS2501光电耦合器。

PWM信号处理电路包括反相器U31、与门芯片U36、或门芯片U37，反相器U31第一引脚接信号端PWM_IN，反相器U31第二引脚分别接与门芯片U36第一引脚、与门芯片U36第四引脚，反相器U31第三引脚接光耦U32第三引脚，反相器U31第四引脚接或门芯片U37第十引脚，反相器U31第五引脚接光耦U33第三引脚，反相器U31第六引脚接或门芯片U37第十三引脚；与门芯片U36第二引脚接光耦U34第三引脚，与门芯片U36第五引脚接光耦U35第三引脚，与门芯片U36第三引脚接或门芯片U37第二引脚，与门芯片U36第六引脚接或门芯片U37第五引脚；或门芯片U37第一引脚、第四引脚、第九引脚、第十二引脚均连接保护信号输入端PRO_IN，或门芯片U37第三引脚连接输出端PWM_OUT1，或门芯片U37第六引脚连接输出端PWM_OUT2，或门芯片U37第八引脚连接输出端PWM_OUT3，或门芯片U37第十一引脚连接输出端PWM_OUT4。其中，反相器U31的型号为六反相器74F04，与门芯片U36采用74F08芯片，或门芯片U37采用74F32芯片。

保护电路的工作原理为：

PRO_IN为输入保护信号，高电平有效；PWM_N为占空比可调的PWM信号,高电平触发；AC_L为220V交流输入信号的相线，AC_N为220V交流输入信号的零线，PWM_OUT1、PWM_OUT2、PWM_OUT3、PWM_OUT4为经过本电路调制输出用于驱动交流斩波IGBT电路的PWM信号，其中PWM_OUT1、PWM_OUT2、PWM_OUT3、PWM_OUT4输出为低电平时有效，可触发IGBT驱动电路工作。

当保护信号PRO_IN为高电平时，PWM_OUT1、PWM_OUT2、PWM_OUT3、PWM_OUT4输出高，关断IGBT驱动电路，当保护信号PRO_IN为低电平时，解除对IGBT的保护。

PWM信号经过反相器U31A，变为低电平触发，与U32、U33、U34、U35输出的过零死区信号进行调制后输出给PWM_OUT1、PWM_OUT2、PWM_OUT3、PWM_OUT4以可触发IGBT驱动电路。

AC_L在正半周时，光耦U33和U35会打开，输出高电平，其中U33为斩波电路提供续流信号，U33经过U31C后和保护信号经过U37D生成信号PWM_OUT3为斩波电路提供正半周续流触发信号，U35和PWM_IN信号经过U36B后与保护信号经过U37B生成信号PWM_OUT2为斩波电路提供正半周斩波触发信号，由于R31和R32的电阻值不同，U33开通的时间要大于U35，U33会在U35导通之前导通，会在U35关闭之后再关闭，可以保证续流电路在斩波电路工作之前先工作，在续流电路不工作之后再关闭，这样就保证了为斩波电路提供了有效的续流。

AC_L在负半周时，光耦U32和U34会打开，输出高电平，其中U32为斩波电路提供续流信号，U32经过U31B后和保护信号经过U37C生成信号PWM_OUT4为斩波电路提供负半周续流触发信号，U34和PWM_IN信号经过U36A后与保护信号经过U37A生成信号PWM_OUT1为斩波电路提供负半周斩波触发信号，由于R31和R32的电阻值不同，U32开通的时间要大于U34，U32会在U34导通之前导通，会在U34关闭之后再关闭，可以保证续流电路在斩波电路工作之前先工作，在续流电路不工作之后再关闭，这样就保证了为斩波电路提供了有效的续流。

如图4所示，驱动电路包括交流正半周斩波信号输入电路、交流负半周斩波信号输入电路、交流负半周续流信号输入电路、交流正半周续流信号输入电路、交流信号输出电路。

正半周斩波信号输入电路包括光耦U41，光耦U41第二引脚接电压VC4C4，光耦U41第三引脚通过电阻R41接正半周斩波信号PWM_1，光耦U41第五引脚接地，光耦U41第八引脚接电压Vdrv1，光耦U41第六引脚和第七引脚均接电阻R47一端，电阻R47另一端分别接三极管Q41基极、三极管Q42基极，三极管Q41集电极接电压Vdrv1，三极管Q41发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q42发射极，三极管Q42集电极接地。

负半周斩波信号输入电路包括光耦U42，光耦U42第二引脚接电压VC4C4，光耦U41第三引脚通过电阻R42接负半周斩波信号PWM_2，光耦U42第五引脚接地，光耦U42第八引脚接电压Vdrv1，光耦U42第六引脚和第七引脚均接电阻R48一端，电阻R48另一端分别接三极管Q43基极、三极管Q44基极，三极管Q43集电极接电压Vdrv1，三极管Q43发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q44发射极，三极管Q44集电极接地。

负半周续流信号输入电路包括光耦U43，光耦U43第二引脚接电压VC4C4，光耦U43第三引脚通过电阻R43接负半周续流信号PWM_3，光耦U43第五引脚接地，光耦U43第八引脚接电压Vdrv2，光耦U43第六引脚和第七引脚均接电阻R49一端，电阻R49另一端分别接三极管Q45基极、三极管Q46基极，三极管Q45集电极接电压Vdrv2，三极管Q45发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q46发射极，三极管Q46集电极接地。

正半周续流信号输入电路包括光耦U44，光耦U44第二引脚接电压VC4C4，光耦U44第三引脚通过电阻R43接正半周续流信号PWM_4，光耦U44第五引脚接地，光耦U44第八引脚接电压Vdrv2，光耦U44第六引脚和第七引脚均接电阻R412一端，电阻R412另一端分别接三极管Q47基极、三极管Q48基极，三极管Q47集电极接电压Vdrv2，三极管Q47发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q48发射极，三极管Q48集电极接地。

上述的光耦U41、光耦U42、光耦U43、光耦U44均采用TLP250芯片，三极管Q41-Q48均采用SS8550三极管。

交流信号输出电路包括GB1、GB2、GB3、GB4四个IGBT，GB1的集电极分别接二极管D41负极、交流信号AC_L_INPU4T，二极管D41正极接地，GB1发射极接地，GB1门极分别接二极管D42负极、电阻R413一端，二极管D42正极接地，电阻R413另一端接地；GB2的集电极分别接二极管D46负极、信号AC_L_PWM，二极管D46正极接地，GB2发射极接地，GB2门极分别接二极管D42负极、电阻R414一端，二极管D43正极接地，电阻R414另一端接地；GB3的集电极分别接二极管D47负极、信号AC_L_PWM，二极管D47正极接地，GB3发射极接地，GB3门极分别接二极管D44负极、电阻R415一端，二极管D44正极接地，电阻R415另一端接地；GB4的集电极分别接二极管D48负极、信号AC_N，二极管D48正极接地，GB4发射极接地，GB4门极分别接二极管D45负极、电阻R416一端，二极管D45正极接地，电阻R416另一端接地；二极管D42正极通过电阻R410接稳压二极管Z1负极，稳压二极管Z1正极接地，稳压二极管Z1负极通过电阻R45接电压Vdrv1，二极管D44正极通过电阻R411接稳压二极管Z2负极，稳压二极管Z2正极接地，稳压二极管Z2负极通过电阻R46接电压Vdrv2。

驱动电路的工作原理为：

PWM1为交流正半周斩波信号，PWM2为交流负半周斩波信号，PWM3为交流负半周续流信号，PWM4为交流正半周续流信号，PWM1、PWM2、PWM3、PWM4四路PWM信号分别经过光耦U41、U42、U43、U44进行光电耦合，再由光耦U41、U42、U43、U44的次级输出，分别经过驱动三极管Q41和Q42、Q43和Q44、Q45和Q46、Q47和Q48来驱动GB1、GB2、GB3、GB4。

交流信号AC_L_INPUT为正半周时，PWM1输出PWM斩波信号，交流信号AC_L_INPUT经过PWM1的斩波调制，通过二极管D6输出，此时GB4持续导通和D47组成正半周续流电路；交流信号AC_L_INPUT为负半周时，PWM2输出PWM斩波信号，交流信号AC_L_INPUT经过PWM2的斩波调制，通过二极管D41输出，此时GB3持续导通和D48组成负半周续流电路；R45和Z1、R46和Z6分别产生GB1和GB2、GB3和GB4工作的关断负压产生电路；R413和D42、R414和D43、R415和D44、R416和D45分别构成GB1、GB2、GB3、GB4的栅极保护电路。

如图5所示，滤波电路包括可调电抗器L52，可调电抗器L52滑动控制端连接微处理器U51，可调电抗器L52一个固定端分别连接信号输入端AC_L5_PWM、电阻R51一端、电容C51一端、电感L51一端、滑动变阻器RV51一个固定端，电阻R51另一端、电容C51另一端、滑动变阻器RV51另一个固定端均连接AC_N，电感L51另一端通过电容C52连接AC_N；可调电抗器L52另一固定端分别连接电容C53一端、电阻R52一端、电容C54一端、电流互感器CT1一端、电感L55一端、电容C55一端、电阻R53一端，电容C53另一端、电阻R52另一端、电容C54另一端均连接AC_N，电流互感器CT1另一端接信号输出端AC_L_OUTPUT，电感L55另一端、电容C55另一端、电阻R53另一端均连接电容C56一端，电容C56另一端通过电感L54接AC_N。其中，可调电抗器L52的工作参数为：30Kvar/450Vac/ADJ，电容C53的工作参数为：30Kvar/450Vac。

滤波电路的工作原理为：

AC_L_PWM为斩波输出的离散正弦波电压信号，AC_N为N线，AC_L_PWM信号经过可调电抗器(MCR或TCR)L52和电力滤波电容器C53的LC滤波器，输出模拟的连续正弦交流电压信号，但是由于斩波电路采用的高频PWM信号驱动IGBT进行斩波的，所以会产生低次谐波和高次谐波，CT1为电流互感器，采集输出电流信号，CT1输出的电流信号和直接采样的电压信号经过U52采样单元输出到U51的MCU单元，U51经过电压、电流FFT变换分析低次谐波数据，根据谐波数据输出信号实时调节可调电抗器的电感值，与C53构成低次滤波器，滤除低次谐波，同时由L55、C55、R53、C56、L54组成高次谐波滤波器滤除高次谐波。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型的具体结构，但不以任何方式限制本实用新型创造。因此，尽管说明书及附图和实施例对本实用新型创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本实用新型创造专利的保护范围当中。

Claims (5)

1.交流供电质量调节装置，包括单片机、电源电路、人机接口、RTC电路、通信电路，其特征在于，还包括保护电路、反馈电路、驱动电路、滤波电路，电源电路为装置提供电力供应，人机接口、RTC电路、通信电路分别连接到单片机上，保护电路输入端接单片机，保护电路输出端接驱动电路输入端，驱动电路输出端接滤波电路输入端，滤波电路输出端接负载，反馈电路输入端接负载，反馈电路输出端接单片机。

2.根据权利要求1所述的交流供电质量调节装置，其特征在于，所述的电源电路包括供电电路、延时电路和输出电路，供电电路包括变压器T1、整流器BD1、整流器BD2，整流器BD1第二引脚接滑动变阻器RT1一个固定端，滑动变阻器RT1另一个固定端接VAIN，滑动变阻器RT1滑动端接整流器BD2第三引脚，整流器BD1第三引脚接滑动变阻器RT2一个固定端，滑动变阻器RT2另一个固定端接VBIN，滑动变阻器RT2滑动端接整流器BD2第三引脚，整流器BD2第二引脚接滑动变阻器RT3一个固定端，滑动变阻器RT3另一个固定端接VCIN，滑动变阻器RT2滑动端接整流器BD2第三引脚，整流器BD2第三引脚接N线，整流器BD1第一引脚、整流器BD2第一引脚均接V300，整流器BD1第四引脚、整流器BD2第四引脚均接G300V；

变压器T1第八输入端分别连接V300、稳压二极管D3负极、电阻R2一端、电阻R1一端、极性电容C7正极，稳压二极管D3正极通过电阻R4接二极管D4负极，二极管D4正极接变压器T1第六输入端，电阻R2另一端能通过依次串联的电阻R7、电阻R15、电阻R12接稳压二极管D6负极，稳压二极管D6正极接G300V，电阻R2另一端能通过依次串联的电阻R7、电阻R15、电阻R8接场效应管Q1的G极，场效应管Q1的G极接稳压二极管D5负极，稳压二极管D5正极分别接场效应管Q1的S极、电源块U3第四引脚，场效应管Q1的D极接变压器T1第六输入端，电阻R1另一端通过电阻R5分别接电阻R9一端、极性电容C7负极、极性电容C11正极，电阻R9另一端通过电阻R14接C300V，极性电容C11负极接G300V，电源块U3第五、第六、第七、第八引脚均接G300V，电源块U3第二引脚通过电容C16接G300V，电源块U3第一引脚分别接逛够U2第四引脚、三极管Q14发射极，光耦U2第三引脚、三极管Q14集电极均接G300V，三极管Q14基极为控制输出端，且通过电阻R6接G300V；

变压器T1第一输出端接二极管D2正极，变压器T1第三输出端接地，二极管D2负极分别接稳压芯片U2第一引脚、极性电容C3正极，极性电容C3负极接地，稳压芯片U2第二引脚接地，稳压芯片U2第三引脚输出VDD，稳压芯片U2第三引脚分别接极性电容C4正极、电容C6一端、电容C70一端、极性电容C71正极、极性电容C72正极，极性电容C4负极、电容C6另一端、电容C70另一端、极性电容C71负极、极性电容C72负极均接地；

变压器T1第十输出端接二极管D1正极，二极管D1负极分别接极性电容C1正极、极性电容C55正极、电容C50一端、电阻R3一端、电感L1一端，极性电容C1负极、极性电容C55负极、电容C50另一端、电阻R3另一端均接地，电感L1另一端分别接电阻R11一端、极性电容C2正极、极性电容C56正极、电容C5一端，极性电容C2负极、极性电容C56负极、电容C5另一端均接地，电阻R11另一端分别接电容C12一端、电阻R16一端、放大器U4第一引脚，电阻R16另一端接地，电容C12另一端分别接放大器U4第三引脚、电阻R10一端、光耦U2第二引脚，电阻R10另一端、光耦U2第一引脚、放大器U4第二引脚均接地；

延时电路包括芯片U5，芯片U5第十二引脚分别连接电容C10一端、电阻R24一端，电阻R24另一端接G300V，电容C10另一端接V12V、极性电容C8正极、稳压二极管D7负极、电阻R13一端，极性电容C8负极、稳压二极管D7正极均接地，电阻R13另一端接V300；芯片U5第十引脚接电阻R19一端，电阻R19另一端分别接电容C9一端、电阻R18一端，电容C9另一端接芯片U5第九引脚，电阻R18另一端分别接芯片U5第十一引脚、二极管D8负极，二极管D8正极分别接电阻R17一端、芯片U5第三引脚，电阻R17另一端接电源电路控制输出端；

输出电路包括中间继电器RE1和交流接触器CJ1，中间继电器RE1的两个固定端分别连接VDD和GND，中间继电器RE1的活动端分别连接AC_L线和交流接触器CJ1一个固定端，交流接触器CJ1另一个固定端连接AC_N线，交流接触器CJ1的活动端连接输出线缆。

3.根据权利要求1所述的交流供电质量调节装置，其特征在于，保护电路包括220V交流信号处理电路和PWM信号处理电路，220V交流信号处理电路包括光耦U32、光耦U33、光耦U34、光耦U35，光耦U32第一引脚分别接电容C31一端、AC_N信号端，电容C31另一端分别接电阻R31一端、电容C32一端、光耦U32第二引脚、光耦U33第一引脚，电阻R31另一端接AC_L信号端，电容C32另一端分别接AC_N信号端、光耦U33第二引脚，光耦U32第四引脚接VCC电压，光耦U32第三引脚分别接电阻R33一端、电容C35一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R33另一端、电容C35另一端均接地，光耦U33第四引脚接VCC电压，光耦U33第三引脚分别接电阻R34一端、电容C36一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R34另一端、电容C36另一端均接地；光耦U34第一引脚分别接电容C33一端、AC_N信号端，电容C33另一端分别接电阻R32一端、电容C34一端、光耦U34第二引脚、光耦U35第一引脚，电阻R32另一端接AC_L信号端，电容C34另一端分别接AC_N信号端、光耦U35第二引脚，光耦U34第四引脚接VCC电压，光耦U34第三引脚分别接电阻R35一端、电容C37一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R35另一端、电容C37另一端均接地，光耦U35第四引脚接VCC电压，光耦U35第三引脚分别接电阻R36一端、电容C38一端、PWM信号处理电路信号输入端，电阻R36另一端、电容C38另一端均接地；

PWM信号处理电路包括反相器U31、与门芯片U36、或门芯片U37，反相器U31第一引脚接信号端PWM_IN，反相器U31第二引脚分别接与门芯片U36第一引脚、与门芯片U36第四引脚，反相器U31第三引脚接光耦U32第三引脚，反相器U31第四引脚接或门芯片U37第十引脚，反相器U31第五引脚接光耦U33第三引脚，反相器U31第六引脚接或门芯片U37第十三引脚；与门芯片U36第二引脚接光耦U34第三引脚，与门芯片U36第五引脚接光耦U35第三引脚，与门芯片U36第三引脚接或门芯片U37第二引脚，与门芯片U36第六引脚接或门芯片U37第五引脚；或门芯片U37第一引脚、第四引脚、第九引脚、第十二引脚均连接保护信号输入端PRO_IN，或门芯片U37第三引脚连接输出端PWM_OUT1，或门芯片U37第六引脚连接输出端PWM_OUT2，或门芯片U37第八引脚连接输出端PWM_OUT3，或门芯片U37第十一引脚连接输出端PWM_OUT4。

4.根据权利要求1所述的交流供电质量调节装置，其特征在于，驱动电路包括交流正半周斩波信号输入电路、交流负半周斩波信号输入电路、交流负半周续流信号输入电路、交流正半周续流信号输入电路、交流信号输出电路，正半周斩波信号输入电路包括光耦U41，光耦U41第二引脚接电压VC4C4，光耦U41第三引脚通过电阻R41接正半周斩波信号PWM_1，光耦U41第五引脚接地，光耦U41第八引脚接电压Vdrv1，光耦U41第六引脚和第七引脚均接电阻R47一端，电阻R47另一端分别接三极管Q41基极、三极管Q42基极，三极管Q41集电极接电压Vdrv1，三极管Q41发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q42发射极，三极管Q42集电极接地；

负半周斩波信号输入电路包括光耦U42，光耦U42第二引脚接电压VC4C4，光耦U41第三引脚通过电阻R42接负半周斩波信号PWM_2，光耦U42第五引脚接地，光耦U42第八引脚接电压Vdrv1，光耦U42第六引脚和第七引脚均接电阻R48一端，电阻R48另一端分别接三极管Q43基极、三极管Q44基极，三极管Q43集电极接电压Vdrv1，三极管Q43发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q44发射极，三极管Q44集电极接地；

负半周续流信号输入电路包括光耦U43，光耦U43第二引脚接电压VC4C4，光耦U43第三引脚通过电阻R43接负半周续流信号PWM_3，光耦U43第五引脚接地，光耦U43第八引脚接电压Vdrv2，光耦U43第六引脚和第七引脚均接电阻R49一端，电阻R49另一端分别接三极管Q45基极、三极管Q46基极，三极管Q45集电极接电压Vdrv2，三极管Q45发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q46发射极，三极管Q46集电极接地；

正半周续流信号输入电路包括光耦U44，光耦U44第二引脚接电压VC4C4，光耦U44第三引脚通过电阻R43接正半周续流信号PWM_4，光耦U44第五引脚接地，光耦U44第八引脚接电压Vdrv2，光耦U44第六引脚和第七引脚均接电阻R412一端，电阻R412另一端分别接三极管Q47基极、三极管Q48基极，三极管Q47集电极接电压Vdrv2，三极管Q47发射极分别接交流信号输出电路控制端、三极管Q48发射极，三极管Q48集电极接地；

交流信号输出电路包括GB1、GB2、GB3、GB4四个IGBT，GB1的集电极分别接二极管D41负极、交流信号AC_L_INPU4T，二极管D41正极接地，GB1发射极接地，GB1门极分别接二极管D42负极、电阻R413一端，二极管D42正极接地，电阻R413另一端接地；GB2的集电极分别接二极管D46负极、信号AC_L_PWM，二极管D46正极接地，GB2发射极接地，GB2门极分别接二极管D42负极、电阻R414一端，二极管D43正极接地，电阻R414另一端接地；GB3的集电极分别接二极管D47负极、信号AC_L_PWM，二极管D47正极接地，GB3发射极接地，GB3门极分别接二极管D44负极、电阻R415一端，二极管D44正极接地，电阻R415另一端接地；GB4的集电极分别接二极管D48负极、信号AC_N，二极管D48正极接地，GB4发射极接地，GB4门极分别接二极管D45负极、电阻R416一端，二极管D45正极接地，电阻R416另一端接地；二极管D42正极通过电阻R410接稳压二极管Z1负极，稳压二极管Z1正极接地，稳压二极管Z1负极通过电阻R45接电压Vdrv1，二极管D44正极通过电阻R411接稳压二极管Z2负极，稳压二极管Z2正极接地，稳压二极管Z2负极通过电阻R46接电压Vdrv2。

5.根据权利要求1所述的交流供电质量调节装置，其特征在于，滤波电路包括可调电抗器L52，可调电抗器L52滑动控制端连接微处理器U51，可调电抗器L52一个固定端分别连接信号输入端AC_L5_PWM、电阻R51一端、电容C51一端、电感L51一端、滑动变阻器RV51一个固定端，电阻R51另一端、电容C51另一端、滑动变阻器RV51另一个固定端均连接AC_N，电感L51另一端通过电容C52连接AC_N；可调电抗器L52另一固定端分别连接电容C53一端、电阻R52一端、电容C54一端、电流互感器CT1一端、电感L55一端、电容C55一端、电阻R53一端，电容C53另一端、电阻R52另一端、电容C54另一端均连接AC_N，电流互感器CT1另一端接信号输出端AC_L_OUTPUT，电感L55另一端、电容C55另一端、电阻R53另一端均连接电容C56一端，电容C56另一端通过电感L54接AC_N。