一种工业用单相交流斩波式降压调压电路及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种工业用单相交流斩波式降压调压电路及其方法，其特征在于，包括滤波电感L1、滤波电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、开关管K1和负载R；主要运用PWM斩波技术对工业用户负载的工作电压进行降压调节，具有结构简单，成本低廉等特点。
【专利说明】一种工业用单相交流斩波式降压调压电路及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用斩波技术实现工业用户单相交流连续可调的降压调压电路及其方法。
【背景技术】
[0002]降压电路在实际应用非常广泛，目前比较常用的调压方式有:一种是采用自耦降压调压，它包括固定抽头和连续调节两种方式。它与普通变压器的区别在于，自耦变压器的一、二次侧线圈不仅有磁的联系，还有电的联系，所以在输出电压调节范围不大时它的容量比较小，耗材少，造价低，效率高。它最大的优点是克服了可控硅斩波型产品产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，可靠性也比较高。但两种方式都存在着各自的缺陷，固定抽头式的降低电压是固定值，而连续调节型降压器由于成本较高，大规模的推广，还是有一定的困难。另一种是可控硅相控调压，它采用可控硅斩波原理，通过控制晶闸管(可控硅)的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低了输出电压的平均值，达到控压节电的目的。该种调控设备对照明系统的电压可以无级调节，速度快，精度高，可分时段实时调整，有稳压作用。并且还具有体积小、设备轻、成本低等优点。但是该调压方式存在一个严重缺陷:由于斩波，不但使电压波形失真不对称，同时出现大量谐波，造成对电网系统的谐波污染，虽然可以加装滤波设备解决该问题，但是成本太高，不经济。
[0003]本发明设计一种工业用单相交流斩波式降压调压电路及其方法，该种方法主要通过控制开关的频率以使输出电压的有效值降低达到降压的目的，可以无级调整，输出电压波形为标准的正弦波。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种利用PWM斩波技术实现工业用户单相交流连续可调的降压调压电路及其方法，一种工业用单相交流斩波式降压调压电路，包括滤波电感L1、滤波电感L2、二极管Dl、二极管D2、二极管D3、二极管D4、开关管Kl和负载R ；二极管Dl和二极管D2串联在一起；二极管D3和二极管D4串联在一起；开关管Kl并联在二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4中间；滤波电感LI和滤波电感L2串联在主回路上。
[0005]开关管Kl为功率管,例如大功率三极管IGBT、场效应管,开关管Kl的开关频率在10KHz-250KHz之间，利用PWM斩波技术实现降压。
[0006]本发明具有积极的效果:(I)本发明的一种工业用单相交流斩波式降压调压电路及其方法，采用整流和开关组合方式利用PWM控制技术实现降压。(2)本发明的一种工业用单相交流斩波式降压调压电路结构简单，成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】[0007]图1为实施例1的一种工业用单相交流斩波式降压调压电路总体结构图。
[0008]图2为实施例1的开关管两端电压输出波形。
[0009]图3为实施例1的程序流程图。
【具体实施方式】
[0010](实施例1)
[0011]见图1、图2和图3，本实施例的一种工业用单相交流斩波式降压调压电路，包括滤波电感L1、滤波电感L2、二极管Dl、二极管D2、二极管D3、二极管D4、开关管Kl和负载R ；二极管Dl和二极管D2串联在一起；二极管D3和二极管D4串联在一起；开关管Kl并联在二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4中间；滤波电感LI和滤波电感L2串联在主回路上。
[0012]开关管Kl为功率管,例如大功率三极管IGBT、场效应管,开关管Kl的开关频率在10KHz-250KHz之间，利用PWM斩波技术实现降压。
[0013]降压原理是较高的电压通过斩波后其电压的有效值减少，如图1，具体过程是:具体过程是:因为是交流电，当电流从上面进入时，即通过Dl电流再向下进入开关管Kl转到D4，电流再向上走，最后进负载，从另外一路线出，形成一个完整的交流通路；反之，如果电流从下面流进时，电流通过负载先经过D2，向下进入开关管K1，再进入D3最后向上从上面一路线出，形成一个完整的交流通路；斩波的实现是由开关管Kl实现的，由一个工频周期内输入开关管Kl的控制极高电平时间的长短来控制开关管Kl的导通，以此来调节输出电压的高低丨丽的占空比越大开关管Kl的导通时间越长，即输出电压越高；PWM的占空比越小开关管Kl的导通时间越短，即输出电压越低。，PWM的占空比的大小可以由单片机程序直接控制，开关管Kl的控制极通过驱动电路及光耦隔离与单片输出PWM信号输出端连接，开关管Kl两端的波形如图2所示。
[0014]单片机程序设计包括电网电压采集A/D转换子程序、LCD显示子程序、键盘控制子程序、数字信号处理子程序、控制输出子程序、串行通信子程序六个部分，采用C语言编写。系统上电后，先对单片机的内部资源进行初始化，包括设置堆栈指针、中断的禁止及优先级的决定、设置各个定时/计数器的工作方式等；然后对单片机的外部设备进行初始化，包括IXD、时钟芯片以及串口。初始化之后系统开始工作，首先采样电网电压，并且进行计算，根据相应的算法控制电网电压；对键盘和LCD显示器接口进行查询，显示各设定值，并且进行设定；适时读取时间芯片的时间值，并且根据不同的降压要求对电网分等级调控，用中断方式将数据从串口上传，主程序流程图如图3所示。程序设计采用模块化设计方法，主程序在完成了单片机片内各存储器、寄存器的初始化和其外部设备的初始化设定之后，其主要功能是控制和协调各个功能模块的工作顺序。由于是在线检测与控制，通常电网电压值波动不是很大，所需传送的数据量也不是很大，将单片机与上位机的RS-232C串口通信设为中断方式，从而节省单片机的资源，使之更好的作用于对现场数据的处理上。只有当电网电压变化超过某个设定值时或者间隔一定的工作时间，单片机才产生一次中断，触发串口通信，将数据信号上传，所以在主程序中并未体现串口通信的函数。
【权利要求】
1.一种工业用单相交流斩波式降压调压电路及其方法，其特征在于，包括滤波电感L1、滤波电感L2、二极管Dl、二极管D2、二极管D3、二极管D4、开关管Kl和负载R ;二极管Dl和二极管D2串联在一起；二极管D3和二极管D4串联在一起；开关管Kl并联在二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4中间；滤波电感LI和滤波电感L2串联在主回路上。
2.如权利要求1所述的一种工业用单相交流斩波式降压调压电路及其方法，其特征在于，开关管Kl为功率管,例如大功率三极管IGBT、场效应管，开关管Kl的开关频率在10KHz-250KHz之间，利用PWM斩波技术实现降压。
3.如权利要求1所述的一种工业用单相交流斩波式降压调压电路及其方法，其特征在于，包括如下步骤: 具体过程是:因为是交流电，当电流从上面进入时，即通过Dl电流再向下进入开关管Kl转到D4，电流再向上走，最后进负载，从另外一路线出，形成一个完整的交流通路；反之，如果电流从下面流进时，电流通过负载先经过D2，向下进入开关管Kl，再进入D3最后向上从上面一路线出，形成一个完整的交流通路；斩波的实现是由开关管Kl实现的，由一个工频周期内输入开关管Kl的控制极高电平时间的长短来控制开关管Kl的导通，以此来调节输出电压的高低；PWM的占空比越大开关管Kl的导通时间越长，即输出电压越高；PWM的占空比越小开关管Kl的导通时间越短，即输出电压越低。
【文档编号】H02M5/22GK103633853SQ201210324469
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月25日 优先权日:2012年8月25日
【发明者】童本亮, 张金波, 童兴豪 申请人:江苏东能电力科技有限公司