電流型逆變電源的製作方法

2023-10-07 16:57:04 1

電流型逆變電源的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電流型逆變電源，涉及一種逆變電源，本發明在直流母線側上增加了電流檢測裝置，形成閉環反饋，實現了輸出電流的正弦化，不僅較好的滿足了負載對於正弦電流的需求，減少了諧波，提高了功率因數，而且由於採用了閉環控制，因此其穩定性和輸出控制精度受系統參數影響較小，具有很好的魯棒性，可實現輸出功率在較大範圍內連續可調。
【專利說明】電流型逆變電源
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種逆變電源，特別是涉及一種電流型逆變電源。
【背景技術】
[0002]在實際應用中，很多電力電子負載都要求逆變電路的輸出功率能夠得到有效和靈活的控制，以滿足不同負載的需求。逆變電源的功率調節方式可分為兩大類:直流調功和逆變調功。直流調功是對逆變器直流側的輸入電壓進行調節，達到調節負載輸出功率的目的。目前，直流斬波調壓調功是直流調功的主要方式。
[0003]常規的逆變電源調節功率採取的直流斬波調壓方式，在直流母線側採用降壓斬波電路，通過改變佔空比的大小來調節直流輸出電壓，實現對輸出功率的調節。採用這種常規控制方式，負載上電壓波形為不連續方波，電流波形通常視負載而定，故常規逆變電源的缺點是難以實現輸出電流的正弦化，因此諧波分量大，功率因數低，不適合大範圍調功。
[0004]專利號為200810089351.9的發明專利公開了一種中頻逆變電源，其調節功率的方式為變壓器調功，採用此種方式控制的逆變電源輸出功率雖然連續可調，但是其電流波形要視負載特性而定，通常不是正弦波。

【發明內容】

[0005]有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠減少諧波的逆變電源。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種電流型逆變電源，包括整流器、斬波電路和逆變電路，所述整流器的輸出端連接所述斬波電路的輸入端，所述斬波電路的輸出端連接所述逆變電路的輸入端；所述斬波電路包括第五絕緣柵雙極型電晶體、第一二極體、電抗器及電流檢測電路；
[0007]所述整流器的正極輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型電晶體的漏極，所述第五絕緣柵雙極型電晶體的源極連接所述電抗器的一端，所述電抗器的另一端通過所述電流檢測電路連接所述逆變電路的正極輸入端；所述整流器的負極輸出端連接所述逆變電路的負極輸入端；所述整流器與逆變電路之間並聯有第一二極體；所述第一二極體的負極連接在所述第五絕緣柵雙極型電晶體與所述電抗器之間的電路上，所述第一二極體的正極連接在所述整流器與逆變電路之間的電路上；所述電流檢測電路連接控制電路，所述電流檢測電路輸出檢測信號給所述控制電路，所述控制電路的控制信號輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型電晶體的柵極。
[0008]所述控制電路包括運算放大器、滯回比較器、正弦波信號發生裝置、第一電阻、第二電阻、第三電阻、和反向二極體；所述電流檢測電路的第一信號輸出端連接運算放大器的正極信號輸入端，所述電流檢測電路的第二信號輸出端通過所述第一電阻連接所述運算放大器的負極信號輸入端，所述運算放大器的信號輸出端連接滯回比較器的第一輸入端，所述運算放大器的負極信號輸入端與所述運算放大器的信號輸出端並聯有第二電阻，所述滯回比較器的第二輸入端連接有正弦波信號發生裝置，所述正弦波信號發生裝置輸出正弦波信號給所述滯回比較器；所述整流器的正極輸出端還通過第三電阻連接反向二極體的負極，所述反向二極體的正極連接所述第五絕緣柵雙極型電晶體的源極，所述反向二極體的負極與所述第五絕緣柵雙極型電晶體的柵極連接；所述滯回比較器的輸出端連接繼電器的控制信號輸入端，所述繼電器的動作末端串聯在所述第三電阻與反向二極體之間的電路。
[0009]一般的電流型感應加熱逆變電源逆變橋的輸入電流為恆流，負載上電流波形為不連續矩形波，而矩形波電流不能很好滿足負載的需求，造成電能損耗大，功率因數低。本發明提出的感應加熱逆變電源與傳統電流型逆變電源最大的不同之處在於:在斬波電路中採用了電抗器，結合特有的控制規律以及逆變橋中四個開關管的相互配合，實現了在負載上輸出正弦電流，且能對電流直接進行控制，是一種全新的正弦波電流控制電路。採用此種電路結構，逆變橋中的四個開關管僅僅起到改變電流方向的作用，所以採用低頻管就能滿足實際需求，降低了開關管的選型要求。
[0010]由運算放大器將電流檢測電路輸出的小信號放大後作為滯回比較器的一個輸入信號，當滯回比較器的另一個輸入信號與運算放大器輸出的信號值之差超過了上門限值或低於了下門限值時，滯回比較器就會輸出高電平或低電平去控制繼電器動作末端的通斷。當繼電器動作末端閉合時，第五絕緣柵雙極型電晶體的柵極與源極之間就存在電壓使得所述第五絕緣柵雙極型電晶體導通；當繼電器的動作末端斷開時，第五絕緣柵雙極型電晶體關斷。採用以上技術方案，整流器將交流電整流成直流電，經斬波電路轉化為直流母線上的正弦半波電流，最後經逆變電路後在負載上得到正弦全波電流。本專利針對常規直流斬波調功方式的缺點，提出了一種電流型逆變電源，與常規直流斬波調功方式相比具有如下顯著優勢:在直流母線側上增加了電流檢測裝置，形成閉環反饋，實現了輸出電流的正弦化，不僅較好的滿足了負載對於正弦電流的需求，減少了諧波，提高了功率因數，而且由於採用了閉環控制，因此其穩定性和輸出控制精度受系統參數影響較小，具有很好的魯棒性，可實現輸出功率在較大範圍內連續可調。
[0011]所述逆變電路包括第一絕緣柵雙極型電晶體、第二絕緣柵雙極型電晶體、第三絕緣柵雙極型電晶體和第四絕緣柵雙極型電晶體；所述第一絕緣柵雙極型電晶體的柵極連接處理器的第一信號輸出端，所述處理器的第二信號輸出端連接所述第二絕緣柵雙極型電晶體的柵極，所述處理器的第三信號輸出端連接所述第三絕緣柵雙極型電晶體的柵極，所述處理器的第四信號輸出端連接所述第四絕緣柵雙極型電晶體的柵極；所述電抗器通過所述電流檢測電路連接第一絕緣柵雙極型電晶體的漏極，所述第一絕緣柵雙極型電晶體的源極與第二絕緣柵雙極型電晶體的漏極連接，所述第二絕緣柵雙極型電晶體的源極與所述整流器的負極輸出端連接，所述第二絕緣柵雙極型電晶體的源極與第三絕緣柵雙極型電晶體的源極連接，所述第三絕緣柵雙極型電晶體的漏極與第四絕緣柵雙極型電晶體的源極連接，所述第四絕緣柵雙極型電晶體的漏極與所述第一絕緣柵雙極型電晶體的漏極連接；所述第一絕緣柵雙極型電晶體與第二絕緣柵雙極型電晶體之間的電路連接負載的正極，所述負載的負極連接在所述第三絕緣柵雙極型電晶體與第四絕緣柵雙極型電晶體之間的電路上。
[0012]本發明的有益效果是:本發明在直流母線側上增加了電流檢測裝置，形成閉環反饋，實現了輸出電流的正弦化，不僅較好的滿足了負載對於正弦電流的需求，減少了諧波，提高了功率因數，而且由於採用了閉環控制，因此其穩定性和輸出控制精度受系統參數影響較小，具有很好的魯棒性，可實現輸出功率在較大範圍內連續可調。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發明一【具體實施方式】的具體電路示意圖。
[0014]圖2是本發明電路中實際電流值、設定電流值的波形圖以及第五絕緣柵雙極型電晶體的開關波形圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
[0016]如圖1和圖2所示，一種電流型逆變電源，包括整流器1、斬波電路2和逆變電路3，所述整流器I的輸出端連接所述斬波電路2的輸入端，所述斬波電路2的輸出端連接所述逆變電路3的輸入端；所述斬波電路2包括第五絕緣柵雙極型電晶體4、第一二極體D1、電抗器Ld及電流檢測電路5 ；，電流檢測電路5為現有技術，在此不再贅述。
[0017]所述整流器I的正極輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型電晶體4的漏極，所述第五絕緣柵雙極型電晶體4的源極連接所述電抗器Ld的一端，所述電抗器Ld的另一端通過所述電流檢測電路5連接所述逆變電路3的正極輸入端；所述整流器I的負極輸出端連接所述逆變電路3的負極輸入端；所述整流器I與逆變電路3之間並聯有第一二極體Dl ;所述第一二極體Dl的負極連接在所述第五絕緣柵雙極型電晶體4與所述電抗器Ld之間的電路上，所述第一二極體Dl的正極連接在所述整流器I與逆變電路3之間的電路上；所述電流檢測電路5連接控制電路，所述電流檢測電路5輸出檢測信號給所述控制電路，所述控制電路的控制信號輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型電晶體4的柵極。
[0018]所述控制電路包括運算放大器6、滯回比較器7、正弦波信號發生裝置8、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、和反向二極體D2 ;所述電流檢測電路5的第一信號輸出端連接運算放大器6的正極信號輸入端，所述電流檢測電路5的第二信號輸出端通過所述第一電阻Rl連接所述運算放大器6的負極信號輸入端，所述運算放大器6的信號輸出端連接滯回比較器7的第一輸入端，所述運算放大器6的負極信號輸入端與所述運算放大器6的信號輸出端並聯有第二電阻R2，所述滯回比較器7的第二輸入端連接有正弦波信號發生裝置8，所述正弦波信號發生裝置8輸出正弦波信號給所述滯回比較器7 ;所述整流器I的正極輸出端還通過第三電阻R3連接反向二極體D2的負極，所述反向二極體D2的正極連接所述第五絕緣柵雙極型電晶體4的源極，所述反向二極體D2的負極與所述第五絕緣柵雙極型電晶體4的柵極連接；所述滯回比較器7的輸出端連接繼電器9的控制信號輸入端，所述繼電器9的動作末端串聯在所述第三電阻R3與反向二極體D2之間的電路。
[0019]所述逆變電路3包括第一絕緣柵雙極型電晶體Q1、第二絕緣柵雙極型電晶體Q2、第三絕緣柵雙極型電晶體Q3和第四絕緣柵雙極型電晶體Q4 ;所述第一絕緣柵雙極型電晶體Ql的柵極連接處理器10的第一信號輸出端，所述處理器10的第二信號輸出端連接所述第二絕緣柵雙極型電晶體Q2的柵極，所述處理器10的第三信號輸出端連接所述第三絕緣柵雙極型電晶體Q3的柵極，所述處理器10的第四信號輸出端連接所述第四絕緣柵雙極型電晶體Q4的柵極；所述電抗器Ld通過所述電流檢測電路5連接第一絕緣柵雙極型電晶體Ql的漏極，所述第一絕緣柵雙極型電晶體Ql的源極與第二絕緣柵雙極型電晶體Q2的漏極連接，所述第二絕緣柵雙極型電晶體Q2的源極與所述整流器I的負極輸出端連接，所述第二絕緣柵雙極型電晶體Q2的源極與第三絕緣柵雙極型電晶體Q3的源極連接，所述第三絕緣柵雙極型電晶體Q3的漏極與第四絕緣柵雙極型電晶體Q4的源極連接，所述第四絕緣柵雙極型電晶體Q4的漏極與所述第一絕緣柵雙極型電晶體Ql的漏極連接；所述第一絕緣柵雙極型電晶體Ql與第二絕緣柵雙極型電晶體Q2之間的電路連接負載的正極，所述負載的負極連接在所述第三絕緣柵雙極型電晶體Q3與第四絕緣柵雙極型電晶體Q4之間的電路上。
[0020]本實施例中，所述處理器採用正弦波信號發生裝置的單片機實現，由於借用了正弦波信號發生裝置的單片機，進一步的簡化了電路複雜度，降低了成本。
[0021]直流母線上正弦半波產生過程如圖2所示:直流母線上的電流檢測電路通過檢測得到實際電流值id，id*為設定電流值，設定電流值id*和實際電流值id的差值為e，設定第五絕緣柵雙極型電晶體的開關波形為V0，將設定電流值id*和實際電流值id的偏差e放大後輸出給滯回比較器，通過其輸出來控制第五絕緣柵雙極型電晶體的通斷。當e I時，斷開第五絕緣柵雙極型電晶體，使得id減小；當e < - Λ I時，開通第五絕緣柵雙極型電晶體，使得id開始增大，Λ I為設定閾值，Λ I的取值範圍為id*的2%?5%。這樣交替通斷，使得|e| I，實現了 id對設定值id*的自動跟蹤，id就在id*土 Λ I的範圍內呈鋸齒狀地跟蹤設定電流id*。將id*設定為正弦半波，設定經逆變電路進行逆變後在負載上得到的正弦全波電流為i，因為負載與電抗器Ld是串聯的關係，所以id和i的大小始終相等。在i的前半個周期，它們的方向相同；在後半個周期，它們的方向相反。將第一絕緣柵雙極型電晶體與第三絕緣柵雙極型電晶體設為第一絕緣柵雙極型電晶體組、將第二絕緣柵雙極型電晶體與第四絕緣柵雙極型電晶體設為第二絕緣柵雙極型電晶體組，讓第一絕緣柵雙極型電晶體組與第二絕緣柵雙極型電晶體組180°交替導通即可在負載上得到完整的正弦電流全波。
[0022]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種電流型逆變電源，包括整流器(I)、斬波電路⑵和逆變電路(3)，所述整流器(I)的輸出端連接所述斬波電路(2)的輸入端，所述斬波電路(2)的輸出端連接所述逆變電路(3)的輸入端；其特徵在於:所述斬波電路(2)包括第五絕緣柵雙極型電晶體(4)、第一二極體(Dl)、電抗器(Ld)及電流檢測電路(5)； 所述整流器(I)的正極輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型電晶體(4)的漏極，所述第五絕緣柵雙極型電晶體(4)的源極連接所述電抗器(Ld)的一端，所述電抗器(Ld)的另一端通過所述電流檢測電路(5)連接所述逆變電路(3)的正極輸入端；所述整流器(I)的負極輸出端連接所述逆變電路(3)的負極輸入端；所述整流器(I)與逆變電路(3)之間並聯有第一二極體(Dl);所述第一二極體(Dl)的負極連接在所述第五絕緣柵雙極型電晶體(4)與所述電抗器(Ld)之間的電路上，所述第一二極體(Dl)的正極連接在所述整流器(I)與逆變電路⑶之間的電路上；所述電流檢測電路(5)連接控制電路，所述電流檢測電路(5)輸出檢測信號給所述控制電路，所述控制電路的控制信號輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型電晶體(4)的柵極。
2.如權利要求1所述的電流型逆變電源，其特徵是:所述控制電路包括運算放大器(6)、滯回比較器(7)、正弦波信號發生裝置(8)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、和反向二極體(D2);所述電流檢測電路(5)的第一信號輸出端連接運算放大器(6)的正極信號輸入端，所述電流檢測電路(5)的第二信號輸出端通過所述第一電阻(Rl)連接所述運算放大器(6)的負極信號輸入端，所述運算放大器(6)的信號輸出端連接滯回比較器(7)的第一輸入端，所述運算放大器(6)的負極信號輸入端與所述運算放大器(6)的信號輸出端並聯有第二電阻(R2)，所述滯回比較器(7)的第二輸入端連接有正弦波信號發生裝置(8)，所述正弦波信號發生裝置(8)輸出正弦波信號給所述滯回比較器(7);所述整流器(I)的正極輸出端還 通過第三電阻(R3)連接反向二極體(D2)的負極，所述反向二極體(D2)的正極連接所述第五絕緣柵雙極型電晶體(4)的源極，所述反向二極體(D2)的負極與所述第五絕緣柵雙極型電晶體(4)的柵極連接；所述滯回比較器(7)的輸出端連接繼電器(9)的控制信號輸入端，所述繼電器(9)的動作末端串聯在所述第三電阻(R3)與反向二極體(D2)之間的電路。
3.如權利要求1或2所述的電流型逆變電源，其特徵是:所述逆變電路(3)包括第一絕緣柵雙極型電晶體(Ql)、第二絕緣柵雙極型電晶體(Q2)、第三絕緣柵雙極型電晶體(Q3)和第四絕緣柵雙極型電晶體(Q4);所述第一絕緣柵雙極型電晶體(Ql)的柵極連接處理器(10)的第一信號輸出端，所述處理器(10)的第二信號輸出端連接所述第二絕緣柵雙極型電晶體(Q2)的柵極，所述處理器(10)的第三信號輸出端連接所述第三絕緣柵雙極型電晶體(Q3)的柵極，所述處理器(10)的第四信號輸出端連接所述第四絕緣柵雙極型電晶體(Q4)的柵極；所述電抗器(Ld)通過所述電流檢測電路(5)連接第一絕緣柵雙極型電晶體(Ql)的漏極，所述第一絕緣柵雙極型電晶體(Ql)的源極與第二絕緣柵雙極型電晶體(Q2)的漏極連接，所述第二絕緣柵雙極型電晶體(Q2)的源極與所述整流器(I)的負極輸出端連接，所述第二絕緣柵雙極型電晶體(Q2)的源極與第三絕緣柵雙極型電晶體(Q3)的源極連接，所述第三絕緣柵雙極型電晶體(Q3)的漏極與第四絕緣柵雙極型電晶體(Q4)的源極連接，所述第四絕緣柵雙極型電晶體(Q4)的漏極與所述第一絕緣柵雙極型電晶體(Ql)的漏極連接；所述第一絕緣柵雙極型電晶體(Ql)與第二絕緣柵雙極型電晶體(Q2)之間的電路連接負載 的正極，所述負載的負極連接在所述第三絕緣柵雙極型電晶體(Q3)與第四絕緣柵雙極型電晶體(Q4)之間的電路上。
【文檔編號】H02M1/12GK103973150SQ201410214561
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】程森林, 徐智, 趙曉兀, 王燕, 楊發如 申請人:重慶大學, 重慶恆銳機電有限公司