CN2277536Y - 精密开关式交流稳压器 - Google Patents

Abstract

一种精密开关式交流稳压器,由控制电路(1)和开关电路(2)组成,开关电路(2)中市电的输入电压Ui经桥式整流后被由电容C₅、C₆和开关管T₁、T₂组成的半桥式电路进行开关切换,然后驱动变压器T_R的初级N_A、T₁、T₂在被与市电同步的正弦波调制过的高频矩形脉冲的驱动下交替导通和关断,T_R次级N_B感应电压与Ui相加再经LC低通滤波后即为交流稳压器的输出。本实用新型具有稳定度高、失真小、成本低等优点,当市电电压Ui在150伏—350伏之间变化时输出电压的变化可小于5伏,可以接任何负载。

Description

精密开关式交流稳压器

本实用新型是一种交流稳压器。

利用相位反转技术的交流稳压器具有稳压范围宽、电路简单等优点，公开号为CN1032528A的发明公报公开了一种利用相位反转技术的交流稳压器，具有波形失真小、响应速度快、稳压范围宽等特点，但由于采用继电器来控制电压的反转，因而在继电器触点切换时输出会出现阶跃突变，对某些应用场合是有害的，此外，由于采用可控硅移相技术来控制导通角的大小以实现输出电压的调整会因可控硅存在误触发而使得可靠性降低。

申请号为94221918X的《无大功率工频变压器的交流稳压器》抛弃了大功率工频变压器，并且是无触点的开关式稳压器，具有体积小、重量轻等优点，但空载时电路不太稳定，且输出电压波形失真较大，不利于调试生产。

本实用新型克服上述缺点，做出了一种高稳定度、低失真、低成本的精密开关式交流稳压器。

这种精密开关式交流稳压器，由控制电路(1)和开关电路(2)组成，其特征在于开关电路(2)中市电的输入端子A、G分别与整流桥堆B的交流输入端子相连，G是交流稳压器输入、输出的公共端子，也是控制电路的“地”，B的正极输出端子与电容C₅的正极以及开关管T₁的漏极相连于P点，B的负极与电容C₆的负极以及开关管T₂的源极相连于G₂点，C₅的负极与C₆的正极相连于M点，T₁的源极与T₂的漏极相连于G₁点，变压器T_R的初级绕组N_A的同名端接于G₁点，N_A的异名端接于M点，T_R的次级绕组N_B的异名端接A点，N_B的同名端与电感L的一端相连，L的另一端与电容C₁相连于C点，C、G是交流稳压器的输出端子，T₁、T₂可以是场效应管，也可以是绝缘门双极性晶体管(IGBT)，还可以是晶体三极管，T₁、T₂在被与市电同步的正弦波调制过的高频矩形脉冲的驱动下交替导通和关断。

本实用新型和现有技术相比是一种高精度的交流稳压器，其稳压精度可以与直流稳压电源相比，由于深度的闭环负反馈作用使得输出正弦波失真度在输出接任何负载时都在0.1％以下，此外还具有相当宽的稳压范围，如果变压器T_R的初、次级绕组匝数相同，则市电电压U_i在150伏-350伏之间变化时，输出电压的变化不大于5伏，此外，由于N_B的异名端直接与U_i的A点相连，其结果使U。输出的电流大部分直接来源于输入，起着控制作用的N_A只流过少部分的电流，从而大大减小了开关管T₁、T₂的功耗，也就大大提高了交流稳压器的效率。另一方面，由于T₁、T₂的驱动脉冲工作频率达20KHz，就从根本上消除了令人难于忍受的音频噪声，还减小了输出滤波器的体积，提高了交流稳压器的输出响应速度。

图1为本实用新型的电路原理图，下面结合图1及实施例对本实用新型的工作原理作进一步的详述：

市电U_i从A、G两端子输入，G是交流稳压器输入、输出的公共端子，也是控制电路的“地”，控制电路(1)中运算放大器IC₁与电阻R₂、R₃和电容C₂及电位器W组成频率为50Hz左右的方波振荡器，由于IC₁的反向输入端通过电阻R₁与A点相连，其结果使IC₁输出方波与市电同步，运算放大器IC₂和电组R₆、R₇、R₈、R₉及电容C₃、C₄组成二阶低通滤波器，IC₁的输出方波经R₄、R₅分压后再经过二阶低通滤波即可在IC₂的输出端得到失真很小的标准正弦波，通过调节电位器W可以使IC₂的输出正弦波与U_i同频同相，运算放大器IC₃与R₁₀、R₁₁组成的差分放大器将标准正弦波与稳压器输出U。进行差分放大后得到反映误差大小的正弦波送至比较器IC₆的同相输入端，运算放大器IC₄和IC₅与电阻R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇及电容C₇组成三角波发生器，产生频率为20KHz左右的标准三角波送到IC₆的反相输入端，于是IC₆的输出将是被市电约50Hz正弦波调制后的矩形脉冲，通过电阻R₁₈驱动高速光电耦合器O₁、O₂，即正脉冲时O₁输入端导通，负脉冲时O₂输入端导通，于是在O₁、O₂的输出端有矩形脉冲输出，O₁的输出电路由独立的直流电源U_C1供电，G₁是该电源的负极，R₁₂是O₁的集电极电阻，S₁为反相输出的施密特触发器，将O₁输出脉冲整形成上升沿和下降沿都很陡的矩形脉冲后再驱动开关管T₁，O₂的输出电路也由独立的直流电源U_C2供电，G₂是该电源的负极，R₁₃是O₂的集电极电阻，S₂为反相输出的施密特触发器，将O₂输出脉冲整形成上升沿和下降沿都很陡的矩形脉冲后再驱动开关管T₂。

开关电路(2)中电容C₅、C₆和开关管T₁、T₂及变压器T_R实际组成了一个半桥式开关电路，只不过驱动脉冲的宽度是按50Hz左右的正弦波规律周期性变化的，如果用二个开关管代替C₅、C₆，再增加二路驱动脉冲构成全桥开关电路就可以进一步增大稳压器的功率，由于施密特触发器S₁、S₂的作用就使得T₁、T₂存在一个都不导通的“死区”，这个“死区”可以避免T₁、T₂共态导通，从而大大提高交流稳压器的可靠性，当T₁导通时T₂关断，电流由P点经T₁、变压器T_R初级N_A后向电容C₆充电，同时C₅放电，当T₂导通时，T₁关断，电流经P点对电容C₅充电后从N_A流向T₂然后到达G₂，同时电容C₆放电，于是在M、G₁点之间将得到与IC₆输出一样只是幅度和功率放大了的调制脉冲U_A，在T_R的次级N_B则得到电压U_B。

变压器T_R初级电压U_A与次级电压U_B关系为： $\frac{N_B}{N_A}=\frac{U_B}{U_A}---\left(1\right)$

①式中，N_A、N_B分别为变压器T_R的初、次级绕组匝数。

U_B经低通滤波后即可得与输入U_i同步的正弦波，图1中U_B与U_i相加后再经电感L与C₁组成的低通滤波器即可在C、G之间得到交流稳压器的输出U_o。

U_o的稳压过程是：如果由于某种原因使U_o减小，则差分放大器中IC₃的输出正弦波幅度变大，于是调制脉冲的调制度增加，其结果使U_A、U_B有所增加，于是U_o有所上升，最后使U_o趋于稳定，反之亦然。

元件的选择

开关管T₁、T₂的耐压不小于市电最高时的峰值电压值，假设最高输入电压有效值U_i为300伏，则T₁、T₂的耐压要大于424伏，T₁、T₂可以是场效应管(图1中画出的是场效应管)，也可以用IGBT或三极管，如果选用IGBT或三极管，则应在C、E间反向并联二极管，变压器T_R的功率由输入稳压范围和输出功率决定，T_R的初级N_A最大压降只有输入电压U_i的一半，因此，在绕制变压器T_R的初级时要注意，稳压范围越宽要求越大功率的变压器T_R，假设稳压器能使U_o稳定的U_i下限值为U_L，则由①式可得T_R的匝数比为 $\frac{U_B}{N_A}=\frac{2(U_o-U_L)}{U_L}---\left(2\right)$ 设稳压器输出功率为P_o，输出电流为I_o，变压器初级电流为I_A，则变压器的功率P_T由下式决定： $\frac{P_T}{P_o}=\frac{I_A{U}_A}{I_o{U}_o}=\frac{N_B}{N_A}\×\frac{0.5U_L}{U_o}$ $=\frac{2(U_o-U_L)}{U_L}\×\frac{0.5U_L}{U_o}$ $=1-\frac{U_L}{U_O}$ 即 $P_T=P_o(1-\frac{U_L}{U_o})---\left(3\right)$ ③式可以求得变压器的功率。

输出滤波电感L与输出功率的大小及稳压范围有关，要求其在工作范围内不饱和，稳压范围越宽、输出功率越大则要求越大的电感，如果稳压范围不大，则可直接利用变压器T_R的漏感代替L，即把L短路。

电容C₅、C₆既是滤波电容又在开关电路中担任“桥臂”，所以尽可能取相同的值以便保证各分担一半的压降。

整流桥堆B的耐压与T₁、T₂一样，还要能流过足够大的电流，因为开机瞬间电容C₅、C₆要流过很大的充电电流，输出滤波电容应采用无极电容。

Claims (2)

1、精密开关式交流稳压器，由控制电路(1)和开关电路(2)组成，其特征在于开关电路(2)中市电的输入端子(A)、(G)分别与整流桥堆(B)的交流输入端子相连，(G)是交流稳压器输入、输出的公共端子，也是控制电路的“地”，(B)的正极输出端子与电容(C₅)的正极以及开关管(T₁)的漏极相连于(P)点，(B)的负极与电容(C₆)的负极以及开关管(T₂)的源极相连于(G₂)点，(C₅)的负极与(C₆)的正极相连于(M)点，(T₁)的源极与(T₂)的漏极相连于(G₁)点，变压器(T_R)的初级绕组(N_A)的同名端接于(G₁)点，(N_A)的异名端接于(M)点，(T_R)的次级绕组(N_B)的异名端接(A)点，(N_B)的同名端与电感(L)的一端相连，(L)的另一端与电容(C₁)相连于(C)点，(C)、(G)是交流稳压器的输出端子，(T₁)、(T₂)在被与市电同步的正弦波调制过的高频矩形脉冲的驱动下交替导通和关断。

2、根据权利要求1所述的精密开关式交流稳压器，其特征在于(T₁、T₂)为场效应管，也可以是绝缘门双极性晶体管(IGBT)，还可以是晶体三极管。

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