CN209375477U - 电压型pwm高频整流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压型PWM高频整流装置，包括主电路、控制器、同步变压器、DC/DC开关电源、多个电流传感器、多个电压传感器、显示控制板，控制器由数字信号控制器和复杂可编程逻辑器件组成。本新型具有输入电流正弦化、可运行于任意功率因数下尤其是运行于单位功率因数下、能量可实现双向流动等优点。

Description

电压型PWM高频整流装置

技术领域

本实用新型属于电压型PWM高频整流技术领域，更具体地说，涉及一种电压型PWM高频整流装置。

背景技术

随着电力电子装置的广泛使用，由此引起的谐波污染问题逐渐受到了人们的重视。目前，大部分电力电子装置所使用的直流电源是通过不控整流或者相控整流得到的，这些设备在运行中对电网注入大量的谐波和无功，造成电网污染。

随着用电设备谐波标准日益严格，采用高功率因数、低谐波的高频开关模式PWM整流器，替代传统的二极管不控整流和晶闸管相控整流是大势所趋。和传统整流器相比，PWM整流器可以控制交流电源电流为畸形很小的正弦化电流，且功率因数为1；另外，高频整流器与传统相控整流器相比，体积、重量可以大大地减小，动态响应速度显著提高。

PWM开关模式整流器工作中一般采用全控器件进行高频PWM控制，所以从本质上称为PWM整流器，从不同角度看，PWM整流器有不同的类型，按电路的拓扑结构和外特性，PWM整流器分为电压型和电流型。电压型PWM整流器输出的直流电压高于交流电源电压峰值，其一般呈现电压源特性。电流型PWM整流输出的直流电压低于交流电源电压峰值，其一般呈现电流源特性。无论哪种PWM整流电路，都基本能达到功率因数为1，但是谐波含量、控制复杂性、动态性能、电路体积、重量、成本方面有较大的差异。

与电压型PWM整流器相比，电流型整流器有其独特的优点。由于输出电抗器的存在，它没有桥臂直通过流和输出短路的问题。其次，开关器件直接对直流电流做脉宽调制，所以其输入电流控制简单。但电流型整流器通常要经过LC滤波器再和电网连接，且直流侧平波电抗器和交流侧LC滤波器的重量、体积都比较大。另外常用的现代全控器件如IGBT、P-MOSFET都是反并联二极管反向自然导电的开关器件，在电流型变换器电路中为防止电流反方向流动而必须再串联一个二极管，因此主电路构成不方便且通态损耗大，从装置体积、重量、成本和损耗来看，电流型整流器不如电压器整流器。

发明内容

本实用新型为解决传统二极管不控整流和晶闸管相控整流存在的缺点，提供一种电压型PWM高频整流装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

设计一种电压型PWM高频整流装置，包括主电路、控制器、同步变压器、DC/DC开关电源、多个电流传感器、多个电压传感器、显示控制板；所述主电路的输入端与电网连接，所述主电路的输出端为直流输出；所述同步变压器的输入端连接电网，输出端连接控制器，用于检测电网相位；多个所述电流传感器分别用于检测主电路的输出电流及输出电流，多个所述电压传感器分别用于检测主电路的输出电流及输出电压，并将检测结果传输至所述控制器；所述DC/DC开关电源为主电路、控制器、电流传感器提供电源；所述显示控制板与控制器连接，用于向所述控制器发送控制信号以及显示需求信息；所述控制器获取和处理电网电压相位信号、电网电压信号、电网单相电流信号、直流母线电压和保护信号，再输出PWM信号至主电路。

在上述方案中，所述主电路为智能功率模块。

在上述方案中，所述控制器由数字信号控制器和复杂可编程逻辑器件组成。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

本新型具有输入电流正弦化、可运行于任意功率因数下尤其是运行于单位功率因数下、能量可实现双向流动等优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的原理示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型提供一种电压型PWM高频整流装置，其主要包括主电路、控制器、同步变压器、DC/DC开关电源、多个电流传感器、多个电压传感器、显示控制板。主电路的输入端与电网连接，主电路的输出端为直流输出；同步变压器的输入端连接电网，输出端连接控制器，用于检测电网相位。多个电流传感器分别用于检测主电路的输出电流及输出电流，多个电压传感器分别用于检测主电路的输出电流及输出电压，并将检测结果传输至控制器，其中电流传感器选用型号为LA28-NP的电流传感器，电压传感器选用型号为CS10mA-PA的电压传感器。DC/DC开关电源为主电路、控制器、电流传感器提供电源。控制器获取和处理电网电压相位信号、电网电压信号、电网单相电流信号、直流母线电压和保护信号，再输出PWM信号至主电路。显示控制板与控制器连接，用于向控制器发送控制信号以及显示需求信息。

在本实用新型实施例中，主电路采用高性能的智能功率模块(IPM模块)，IPM模块集成了驱动电路和过流/过压/欠压等故障保护，性能非常稳定。IPM模块内置6个富士公司型号为6MBP25RA120的IGBT，集成驱动和保护电路，最大电流为25A，母线最高电压1200V，保护电路具有过电流保护OC、短路保护SC、控制电源欠压保护UV、过热保护(TcOH、TjOH)及外部输出报警的功能。型号为6MBP25RA120的IGBT具有OC、SC保护功能，使IGBT免遭过电流、负载短路等破坏，通过内置于各IGBT内的检测元件对集成电极电流实施检测，所以无论哪个IGBT发生异常都可以加以保护，另外桥臂短路也可以保护。UV保护功能对驱动电源欠压起保护作用，内置整个驱动电路。过热保护(TcOH、TjOH)是能防止IGBT、FWD过热的保护功能，在IPM模块内部的绝缘基板上安装有温度检测元件，可以检测绝缘基板温度。IPM模块的驱动电源采用电压大小为15V的四路独立DC/DC开关电源，DC/DC开关电源的主控制芯片采用TOP Switch 223Y。

控制器由数字信号控制器和复杂可编程逻辑器件组成。数字信号控制器的主控芯片采用DSPIC30F2023，它速度快，速度可达150MHz、性能好、外设功能齐全，功耗低(芯内电压1.8V)，内含了CAN总线，且有快速高精度的A/D转换。数字信号控制器的组合逻辑处理芯片采用Altera公司的EPM3064ATC44-10，3.3V的核电压和极短的传输便于与DSPIC30F2023连接和控制。复杂可编程逻辑器件选用型号为MAX3000的可编程逻辑器件。

三相高频PWM整流器为有源系统，系统的所有控制都是基于电网电压，因此获得电网电压的相位是非常关键的环节。为了获得电网相位信号，采用三相变压器。该变压器是用来使系统和电网同步的，所以称为三相同步变压器。同步变压器有两个作用：一是获得电网相位，二是获取电网电压大小。电网电压大小也可以采用霍尔传感器，但是这样成本要大大的提高。由于控制板必须和电网隔离，所以要获得电网电压的大小首先想到的电压霍尔传感器，但是霍尔传感器价格比较昂贵，而对电网电压大小的精度要求又不是很高，同步变压器已经获得了来自电网的一切电压信号，并且输出和电网隔离。因此可以在同步变压器的输出接三相半桥不控整流，输出用LC滤波，得到平滑的直流电压。

采用锁相环技术来确保电网相位的准确性，由于控制器处于高频环境中，各种干扰信号都存在，难免会出现误触发信号。如果一旦出现错误的电网相位信号，则整个系统无法继续运行，由于系统是有源的，此时很可能酿成事故，而锁相环以其高效的抗干扰性能和可以忽略不计的相位滞后恰好符合要求。本新型采用CD4046BCM作为锁相环芯片，该芯片内部具有两个锁相器，我们选择使用锁相器2。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (3)

1.电压型PWM高频整流装置，其特征在于，包括主电路、控制器、同步变压器、DC/DC开关电源、多个电流传感器、多个电压传感器、显示控制板；所述主电路的输入端与电网连接，所述主电路的输出端为直流输出；所述同步变压器的输入端连接电网，输出端连接控制器，用于检测电网相位；多个所述电流传感器分别用于检测主电路的输出电流及输出电流，多个所述电压传感器分别用于检测主电路的输出电流及输出电压，并将检测结果传输至所述控制器；所述DC/DC开关电源为主电路、控制器、电流传感器提供电源；所述显示控制板与控制器连接，用于向所述控制器发送控制信号以及显示需求信息；所述控制器获取和处理电网电压相位信号、电网电压信号、电网单相电流信号、直流母线电压和保护信号，再输出PWM信号至主电路。

2.根据权利要求1所述的电压型PWM高频整流装置，其特征在于，所述主电路为智能功率模块。

3.根据权利要求1所述的电压型PWM高频整流装置，其特征在于，所述控制器由数字信号控制器和复杂可编程逻辑器件组成。