专利名称：一种采用igbt控制的交流调压稳压装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种采用IGBT控制的交流调压稳压装置。
背景技术：
目前现有的交流调压稳压电源的控制技术分别为1.采用伺服电机转动带动碳 刷运动切换变压器绕组抽头实现调压的稳压电源，虽然输出电压是无级调节的，但由于电 机和碳刷的存在，使其存在着调节速度缓慢、寿命短、易卡壳、体积重量大等缺点；2.采用 可控硅作为电子开关来调节变压器绕组抽头位置的稳压电源，虽然克服了前一种稳压电源 的缺点，但因调节是有级的，因而存在着输出电压精度差的缺点；3.利用铁磁谐振实现稳 压的设备，存在着噪音大、发热高、体积重量大等缺点；4.采用基准正弦波作为调制波形的 SPWM控制型稳压电源，虽然克服了前三种稳压电源的缺点，但由于需要与输入完全同步的 基准正弦波，因而使控制电路变得极为复杂；用于DC/AC变换的直流电压必须是纹波很小 的直流电压，需要大量的大功率电解电容进行滤波，使成本变得更高；由于滤波电解电容的 存在，因此需要电容充电时缓解充电电流冲击的软启动电路，由此又恶化了次项技术控制 复杂成本高的缺点，因而此项技术由于控制复杂成本高额而使其实用性变得很小。
发明内容
本发明的目的是在于克服上述现有技术的不足，从而提供一种纯电子的、无级调 节的、控制简单、体积小、重量轻、成本低、适用于各种不同功率的实用性强的高精度调压、 稳压装置。本发明所提供的一种采用IGBT控制的交流调压稳压装置，包括一个AC/DC全桥整流电路，如图1所示的“ 1-整流电路”，交流输入电源经“ 1-整流 电路”中的双向开关器件IGBT进行AC/DC全波变换，产生如图2波形B所示直流电压Vab， 本电路中的整流元件必须是双向开关元件，这样做的目的是(a)产生如图2中波形B所 示的直流脉动电压Vab ； (b)利用图2波形B所示的直流电源进行DC/AC变换，变换后的 PWM波形经LC滤波后自动就产生了与输入同步、同相或反相的正弦波交流电压；因此本装 置不需要与输入电压同步的正弦波基准信号发生装置，使电路更为简单，安全，可靠；一个与“1-整流电路”输出母线并联的续流电容，本电容是交流电容，而非传统电 路中使用的直流电解电容，本电容的作用是(a):起续流作用，为逆变电路中IGBT死区控 制过程中提供续流能量；(b)当本装置接非线性感性负载时，可以提高整个供电系统的功 率因数，起功率因数校正作用；(c)本交流电容直接并连载整流器直流母线上，可以吸收 IGBT的尖峰脉冲，省去了昂贵的IGBT吸收电容；一个EPWM控制电路，用如图2波形C所示的三角波做载波信号，输出交流电压经 采样降压整流后得到的直流采样信号与直流基准电压相比后产生如图2波形D所示的直流 调制电压Vd，当输入交流电压在220V士20%范围内变化时Vd在+Vz -Vz范围内调节，利 用Vd与载波三角波进行比较产生如图2波形E所示占空比随Vd变化可调的且各脉冲宽度
4都相等的EPWM信号；从而达到调节交流补偿电压Δν，当输入电压大于给定的输出电压时 △V与输入交流电压Vin同步、同相；当输入电压小于给定的输出电压时△ V与输入交流电 压Vin同步、反相；当输入电压等于给定的输出电压时AV = 0V，从而达到调节或稳定输出 电压的目的；一个EPWM信号和与输入同步方波的“同或”运算电路，图2波形E所示的EPWM信 号和与输入电压同步的方波信号(如图2波形F所示)做“同或”运算即G = AB+AB，得到 如图2波形H所示的逆变器控制信号；一个逆变控制电路，利用如图2波形H所示的波形方式控制“2-逆变电路”，产生 如图2波形H所示的PWM电压；一个LC滤波电路，经DA/AC变换产生的如附图2波形所示的P丽电压经LC滤波 后自动产生了与输入电压完全同步(同相或反相)的正弦波交流电压，此电压通过补偿变 压器与输入电压相加，就得到了精度可达士 的稳定输出电压；一个由电子开关组成的“8-电子旁路”，当设备调压电路故障时，电子开关闭合，将 补偿变压器的原边短路，此时补偿变压器不再起变压器的作用，设备的输入电压与输出电 压相等；一个变压器启动励磁控制电路，当设备每次上电时，调节电压Δ V从OV开始以一 定的启动速度接近需要调节的△ V值，这样做的目的是防止变压器上电的大电流冲击.完成本发明的任务是以如下途径实现的交流输入电源经“1-整流电路”中的双向开关器件IGBT进行AC/DC全波变换，产 生如图2波形B所示直流电压Vab，起到为逆变电路提供脉动直流电源和迫使通过EPWM控 制的DC/AC逆变转换后的输出交流与输入完全同步的目的(因此本装置不需要同步正弦 波发生电路)；经“2-逆变器电路”转换和“4-滤波电路”转换后的交流输出(如图2波形 M所示)与输入交流同步、同相(或反相)，通过“3-补偿变压器”与输入电压相加或相减， 从而达到调节输出的目的，由于稳压控制过程中采用直流控制信号与三角波相比较产生的 EPWM逆变控制信号，是快速的、无级调节的，因而无需机械运动部件，故本装置控制技术是 最新的，是纯电子无级调节型交流调压稳压电源。下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步详细的说明
图1是本发明的工作原理图。图2是本发明在控制过程中必须的控制波形图。图3是“7-输入输出采样与控制电路”原理4是“6-整流/逆变控制电路”原理图
具体实施例方式如图1所示，输入交流电压经过整流桥整流后输出如图2波形B 所示的直流电压，供“2-逆变电路”进行PWM变换；如图3所示，输入电压采样变压器T2将输入电压变换成低压控制信号，此交流 信号通过电压比较器IC7A产生与输入交流正弦波同步的方波信号，此方波信号输入到IC3(4046)和IC4(4040)所组成的倍频电路，产生高频方波信号，此高频方波信号经IC2C后 产生三角波载波信号即图2中的波形C ；输出反馈电压经采样变压器Tl采样，经由二极管 Dl D4、电阻Rl、R2、电容Cl、C2组成的快速整流电路整流滤波后产生的直流控制电压与 IClOC的8脚输出的直流基准电压通过IClC相比较并进行PI调节后，再经IClD的14脚输 出直流调制电压信号Vd，当输入交流电压在220V士20%范围内变化时Vd在+Vz -Vz范 围内调节，Vd通过IC7C与由IC2D的14脚输出的如图2中的波形C所示的三角波相比较， 在IC7C的14脚便可输出如图2波形E所示的占空比随Vd变化可调且各脉冲宽度都相等 的如图2波形E所示的EPWM控制信号，；从而达到调节交流补偿电压ΔΥ在输入电压大于 给定的输出电压时与输入交流电压Vin同步、同相；在输入电压小于给定的输出电压时 AV与输入交流电压Vin同步、反相；在输入电压等于给定的输出电压时M = 0V，从而达 到调节、稳定输出电压的目的。 直流调制电压Vd与三角波比较后产生的EPWM信号通过IC9C、IC9D、IC8B、IC8A、 D1、D6和R17做“同或”运算，产生如图2波形G所示的PWM控制信号，此信号通过D8、R18、 和C42 ；D9、C43组成的两路死区电路后送入图4所示的“逆变控制电路”的光电隔离器件 OPl 0P4隔离后，驱动“2-逆变电路”的功率器件，功率器件Sl和S4的驱动波形相同，S2 和S3的驱动波形相同，通过上述的控制过程，便在如图1所示的“4-滤波电路”的输入端产 生了如图2波形H所示的PWM波形Vcd，Vcd经“4-滤波电路”滤波后输出如图2波形M所 示的与输入交流电压自动同步，相位相同或相反的正弦波交流电压Δν，此电压通过如图1 所示的“3-补偿变压器”与交流输入电压相加后最终输出了稳定的，精度可达士 的输出 电压。
权利要求
一种采用IGBT控制的交流调压稳压装置，包括一个AC/DC全桥整流电路，如图1所示的“1 整流电路”，交流输入电源经“1 整流电路”中的双向开关器件IGBT进行AC/DC全波变换，产生如图2波形B所示直流电压Vab，本电路中的整流元件必须是双向开关元件，这样做的目的是(a)产生如图2中波形B所示的直流脉动电压Vab；(b)利用图2波形B所示的直流电源进行DC/AC变换，变换后的PWM波形经LC滤波后自动就产生了与输入同步、同相或反相的正弦波交流电压；因此本装置不需要与输入电压同步的正弦波基准信号发生装置，使电路更为简单、安全、可靠；一个与“1 整流电路”输出母线并联的续流电容，本电容是交流电容，而非传统电路中使用的直流电解电容，本电容的作用是(a)起续流作用，为逆变电路中IGBT死区控制过程中提供续流能量；(b)当本装置接非线性感性负载时，可以提高整个供电系统的功率因数，起功率因数校正作用；(c)本交流电容直接并连载整流器直流母线上，可以吸收IGBT尖峰脉冲，省去了昂贵的IGBT吸收电容；一个PWM控制电路，用如图2波形C所示的三角波做载波信号，输出交流电压经采样降压整流后得到的直流采样信号与直流基准电压相比后产生如图2波形D所示的直流调制电压Vd，当 输入交流电压在220V±20％范围内变化时Vd在+Vz～ Vz范围内调节，利用Vd与载波三角波进行比较产生如图2波形E所示占空比随Vd变化可调的且各脉冲宽度都相等的PWM信号；从而达到调节交流补偿电压ΔV，当输入电压大于给定的输出电压时ΔV与输入交流电压Vin同步、同相；当输入电压小于给定的输出电压时ΔV与输入交流电压Vin同步、反相；当输入电压等于给定的输出电压时ΔV＝0V，从而达到调节或稳定输出电压的目的；一个PWM信号与输入同步方波的“同或”运算电路，图2波形E所示的PWM信号和与输入电压同步的方波信号(如图2波形F所示)做“同或”运算即 得到如图2波形H所示的逆变器控制信号；一个逆变控制电路，利用如图2波形H所示的波形方式控制“2 逆变电路”，产生如图2波形H所示的PWM电压；一个LC滤波电路，经DA/AC变换产生的如附图2波形所示的PWM电压经LC滤波后自动产生了与输入电压完全同步(同相或反相)的正弦波交流电压，此电压通过补偿变压器与输入电压相加，就得到了精度可达±1％的稳定输出电压；一个由电子开关组成的“8 电子旁路”，当设备调压电路故障时，电子开关闭合，将补偿变压器的原边短路，此时补偿变压器不再起变压器的作用，设备的输入电压与输出电压相等。FSA00000145361600021.tif
2.根据权利要求1所述的采用IGBT控制的交流调压稳压装置，当设备每次上电时，调 节电压ΔΥ从OV开始以一定的启动速度接近需要调节的ΔV值，这样做的目的是防止变 压器上电的大电流冲击。
3.根据权利要求1所述的采用IGBT控制的交流调压稳压装置，所述的调压器可以是一 个补偿变压器，交流输出电压Vout = Vin+ Δ V。
4.根据权利要求1所述的采用IGBT控制的交流调压稳压装置，所述的调压器可以是一 个升压变压器，交流输出电压Vout = nXAV(n是升压变压器的变比)，具有调压和隔离的 双重作用。
5.根据权利要求1所述的采用IGBT控制的交流调压稳压装置，所述的调压稳压装置可以是一个单相的调压稳压装置。
6.根据权利要求1所述的采用IGBT控制的交流调压稳压装置，所述的调压稳压装置可 以由三个单相的稳压装置组成一个三相调压稳压装置。每相是完全独立的，因而可带100% 不平衡负载。
全文摘要
本发明是一种采用IGBT控制的交流调压稳压装置。如图所示，交流输入电源经“1-整流电路”中的双向开关器件IGBT进行AC/DC全波变换(如图2波形B所示)，起到为逆变电路提供脉动直流电源和迫使通过PWM控制的DC/AC逆变转换后的输出交流电压与输入完全同步的目的(因此本装置不需要同步正弦波发生电路)；经“2-逆变器电路”转换和“4-滤波电路”转换后的交流输出(如图2波形M所示)与输入交流同步、同相(或反相)，通过“3-补偿变压器”与输入电压相加或相减，从而达到调节输出的目的，由于稳压控制过程中采用直流控制信号与三角波相比较产生的PWM逆变控制信号，是快速的、无级调节的，因而无需机械运动部件，故本装置控制技术是最新的，是纯电子无级调节型交流调压稳压装置。
文档编号H02M1/42GK101895206SQ20101018975
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者黄禹舜 申请人:北京惠特优宝机电有限公司