交流穩壓器電路和三相交流穩壓器的製作方法

2023-06-09 02:17:16 1

專利名稱：交流穩壓器電路和三相交流穩壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源技術，更具體地說，涉及一種使用PWM進行調節的交流 穩壓器電路和三相交流穩壓器。
背景技術：
交流穩壓器被廣泛使用在各行業中，目前的交流穩壓器均使用大的工頻 電磁元件來進行調壓或補償穩壓，主要分有刷和無刷兩種，有刷調壓器主要 是通過電刷在自藕變壓器上的移動，改變變比達到調壓的目的。類似該方式 的無刷型穩壓器主要通過繼電器或SCR來進行變比的切換。典型的電路如圖1 示，其主要缺點是需要工頻的磁性元件，體積大，重量重，效率低，成本高。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述交流穩壓器存在效 率低、成本高的缺陷，提供一種新型交流穩壓器電路。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種交流穩壓器電路，
包括交流輸入端和交流輸出端，其特徵在於，包括橋式Boost電路、儲能電 路、全橋逆變電路和控制電路；
所述橋式Boost電路和所述交流輸入端相連，用於對交流輸入進行升壓 及功率因數校正處理並轉換為直流電；
所述儲能電路，用於儲存所述直流電的能量；
所述全橋逆變電路的輸出端和所述交流輸出端相連，用於將儲存在所述 儲能電路中的電能逆變為交流輸出；
所述控制電路為所述橋式Boost電路和所述全橋逆變電路提供P麗調製 信號和工頻控制信號。在本發明所述的交流穩壓器電路中，所述橋式Boost電路包括儲能電感、 第一開關電路、第二開關電路、第三開關電路、第四開關電路；所述儲能電 路包括儲能電容；所述全橋逆變電路包括第五開關電路、第六開關電路、還 包括所述第三開關電路和所述第四開關電路；
所述開關電路具有控制端、第一信號端和第二信號端；
所述第一開關電路的第一信號端和所述第三開關電路的第一信號端相 連，形成連接點A;
所述第三開關電路的第二信號端和所述第四開關電路的第一信號端相 連，形成連接點B;
所述第四開關電路的第二信號端和所述第二開關電路的第二信號端相
連，形成連接點C;
所述第二開關電路的第一信號端和所述第一開關電路的第二信號端相
連，形成連接點D;
所述儲能電感一端連接交流輸入端，另一端連接到所述連接點D; 所述儲能電容一端連接到所述連接點A，另一端連接到所述連接點C; 所述第五開關電路的第一信號端和所述連接點A相連； 所述第六開關電路的第二信號端和所述連接點C相連；
所述第五開關電路的第二信號端和所述第六開關電路的第一信號端相 連，形成連接點E，所述連接點E和交流輸出端相連；
所述第一開關電路、第二開關電路、第五開關電路和第六開關電路的控 制端連接到P麗信號；
所述第三開關電路和第四開關電路的控制端連接到工頻控制信號。
在本發明所述的交流穩壓器電路中，所述橋式Boost電路還包括輸入濾
波電容，所述輸入濾波電容一端連接輸入端，另一端連接零線。
在本發明所述的交流穩壓器電路中，所述全橋逆變電路還包括輸出濾波
電感和輸出濾波電容，所述輸出濾波電感串接在所述連接點E和輸出端之間，
所述輸出濾波電容一端連接輸出端，另一端連接零線。
在本發明所述的交流穩壓器電路中，所述儲能電路還包括儲能電池，所述儲能電池和所述儲能電容並聯。
在本發明所述的交流穩壓器電路中，所述第一開關電路、第二開關電路、
第三開關電路、第四開關電路、第五開關電路和第六開關電路為M0S管，所 述開關電路的控制端、第一信號端和第二信號端分別對應M0S管的柵極、漏 極和源極。
在本發明所述的交流穩壓器電路中，所述第一開關電路、第二開關電路、 第三開關電路、第四開關電路、第五開關電路和第六開關電路為IGBT，所述 開關電路的控制端、第一信號端和第二信號端分別對應IGBT的柵極、集電極 和發射極。
在本發明所述的交流穩壓器電路中，所述儲能電容為電解電容。
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述交流穩壓器存在效 率低、成本高的缺陷，提供一種三相交流穩壓器。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種三相交流穩壓器， 包括三個交流穩壓器電路，所述三個交流穩壓器電路的輸入端分別連接到三 相交流電的三個相線。
在本發明所述的三相交流穩壓器中，包括一個以上的交流穩壓器電路， 所述一個以上交流穩壓器電路並聯連接。
實施本發明的交流穩壓器電路，具有以下有益效果
本發明利用升壓和降壓電路級聯，實現了輸入的PFC校正和輸出電壓的 調節及穩定，由於整流逆變的雙變換結構及中間儲能電容的存在，輸入端的 高頻幹擾將被徹底清除，輸出為純正的正弦波。輸出電壓可以直接通過軟體 設定，可以方便的實現輸出交流電壓從零到最高Boost輸出電壓為峰值的交 流電壓的大範圍調節，並能保證輸出電壓穩定。
由於採用高頻化技術，整流和逆變電路均為全橋變換電路，各開關器件 的應力較小，使得整個裝置得以輕量化，小型化，及低成本。
此外，在母線上直接掛接電池，可以非常簡單的形成UPS不間斷電源。
再者，利用三個同樣的電路，可以非常簡單的形成三相交流穩壓器；通 過模塊化設計，將單個模塊進行並聯可以得到更大功率的輸出。單相三相均採用同樣的模塊，實現了產品的歸一化，可以方便生產，減少庫存，降低整 個供應鏈的成本。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中
圖1是現有技術的交流穩壓器的電路示意圖2是本發明的交流穩壓器電路的原理框圖3是本發明第一實施例的交流穩壓器的電路原理圖4是本發明第二實施例的交流穩壓器的電路原理圖5是本發明第三實施例的交流穩壓器的電路原理圖6是本發明第四實施例的交流穩壓器的電路原理圖7是本發明第五實施例的交流穩壓器的電路原理圖。
具體實施例方式
如圖2所示為本發明的交流穩壓器電路的原理框圖。交流穩壓器電路， 包括交流輸入端和交流輸出端，具體電路由包括橋式Boost電路、儲能電路、 全橋逆變電路和控制電路組成；橋式Boost電路和交流輸入端相連，用於對 交流輸入進行升壓及功率因數校正處理並轉換為直流電；儲能電路，用於儲 存所述直流電的能量；全橋逆變電路的輸出端和交流輸出端相連，用於將儲 存在所述儲能電路中的電能逆變為交流輸出；控制電路為橋式Boost電路和 全橋逆變電路提供PWM調製信號和工頻控制信號。橋式Boost電路完成升壓， 全橋逆變電路完成降壓。
如圖3所示為本發明第一實施例的交流穩壓器的電路原理Ll為儲能電感、M0S管Ql第一開關電路、M0S管Q2第二開關電路、M0S
管Q3為第三開關電路、M0S管Q4為第四開關電路；Ll、 Ql、 Q2、 Q3和Q4構
成橋式Boost電路；Cl為輸入濾波電容，電解電容DC1構成儲能電容；M0S管Q5第五開關電 路、M0S管Q6第六開關電路，L2為輸出濾波電感，C2為輸出濾波電容，Q3、 Q4、 Q5、 Q6、 L2和C2組成全橋逆變電路。其中Q3和Q4為橋式Boost電路和 全橋逆變電路公用。
Ql的漏極和Q3的漏極相連，Q3的源極和Q4的漏極相連，Q4的源極和 Q2的源極相連，Q2的漏極和Ql的源極相連；交流輸入經過開關Sl後連接到 Ll輸入端，Ll的輸出端和Q2的漏極相連。輸入濾波電容一端和零線相連， 另一端和Ll輸入端相連。DC1的正端和Q3的漏極相連，DC1的負端和Q4的 源極相連。Q5的漏極和Q3的漏極相連，Q6的源極和Q4的源極相連，Q5的源 極和Q6的漏極相連。L2 —端連接Q5的源極，另一端連接交流輸出端；輸出 濾波電容一端連接零線，另一端和交流輸出端相連。
Ql、 Q2、 Q5和Q6的柵極連接到PWM信號；Q3、 Q4的柵極連接到工頻控
制信號。
輸入的電壓先通過Ql/Q2和Q3/Q4形成的Boost電路，實現了升壓及PFC 校正功能，將不穩定的輸入電壓，穩定在一較高的直流電壓上，並實現了功 率因數校正。工作時Q3/Q4是按工頻周期低頻切換，高頻的PWM信號加到Ql/Q2 上；通過Q3/Q4和Q5/Q6，再將直流電壓進行高頻PWM逆變，其中Q3/Q4是按 工頻周期低頻切換的，高頻的PWM信號加到Q5/Q6上，高頻PWM輸出經L2/C2 濾波後，得到可以調節的穩定輸出。假設輸入220V/550Hz的交流電壓在I/P A端，在母線電容被其他輔助的電路進行預充電後，開關S1吸合，若此時是 電源的正半周，則控制電路控制Q4在正半周內均開通，控制電路發出P麗信 號開通Q2，電流經電感Ll, Q2， Q4形成迴路，電感電流上升，進行儲能，由 於設定輸入電流參考為與電壓同相的正弦電流，在其上設定電流的誤差帶士 △ i，當電流達到設定的正弦波上限電流+Ai時，關斷Q2，則電感電流經Q1 寄生的二極體，母線電容DC1， Q4形成迴路，將能量釋放到母線電容DC1上， 電感電流下降，當電感電流小於設定的-Ai時，Q2重新開通，這樣通過Q2 的高頻開關(20kHz以上)，將輸入電流控制為正弦電流。同時電壓外環將母 線電容DC1穩定在設定值如380Vdc上，實現了輸入的PFC校正；在Q4開通的半周期間，控制器控制Q5進行高頻SP麗調節，經L2/C2濾波後得到設定 的穩定電壓，形成正半周波形的輸出。同理可以看到在電源的負半周輸入時， Q3半周內接通，輸入電流通過Q1的高頻開關實現PFC校正和母線電容上電壓 的穩定；同時控制器控制Q6的高頻SP麗調節，得到負半周正弦波電壓輸出。 如圖4所示為本發明第二實施例的交流穩壓器的電路原理圖；和第一實 施例相比，本實施例使用IGBT代替了第一實施例中的所有MOS管，可以實現
更大的輸出功率，同時成本更低。
如圖5所示為本發明第三實施例的交流穩壓器的電路原理圖；和第一實 施例相比，本實施例在儲能電容DC1上並聯有電池，在外接交流電源斷電情 況下，提供穩定的直流電壓，形成UPS不間斷電源。
如圖6所示為本發明第四實施例的交流穩壓器的電路原理圖；三個交流 穩壓器分別連接到三相交流電的三個相線，分別對三相交流電進行交流穩壓 轉換。
如圖7所示為本發明第五實施例的交流穩壓器的電路原理圖；兩個交流 穩壓器並聯連接，並聯後的模塊比單個模塊能提供更大功率的輸出。
權利要求
1、一種交流穩壓器電路，包括交流輸入端和交流輸出端，其特徵在於，包括橋式Boost電路、儲能電路、全橋逆變電路和控制電路；所述橋式Boost電路和所述交流輸入端相連，用於對交流輸入進行升壓及功率因數校正處理並轉換為直流電；所述儲能電路，用於儲存所述直流電的能量；所述全橋逆變電路的輸出端和所述交流輸出端相連，用於將儲存在所述儲能電路中的電能逆變為交流輸出；所述控制電路為所述橋式Boost電路和所述全橋逆變電路提供PWM調製信號和工頻控制信號。
2、 根據權利要求1所述的交流穩壓器電路，其特徵在於，所述橋式Boost 電路包括儲能電感、第一開關電路、第二開關電路、第三開關電路、第四開 關電路；所述儲能電路包括儲能電容；所述全橋逆變電路包括第五開關電路、 第六開關電路、還包括所述第三開關電路和所述第四開關電路；所述開關龜路具有控制端、第一信號端和第二信號端；所述第一開關電路的第一信號端和所述第三開關電路的第一信號端相 連，形成連接點A;所述第三開關電路的第二信號端和所述第四開關電路的第一信號端相 連，形成連接點B;所述第四開關電路的第二信號端和所述第二開關電路的第二信號端相連，形成連接點C;所述第二開關電路的第一信號端和所述第一開關電路的第二信號端相連，形成連接點D;所述儲能電感一端連接交流輸入端，另一端連接到所述連接點D; 所述儲能電容一端連接到所述連接點A，另一端連接到所述連接點C; 所述第五開關電路的第一信號端和所述連接點A相連； 所述第六開關電路的第二信號端和所述連接點C相連；所述第五開關電路的第二信號端和所述第六開關電路的第一信號端相 連，形成連接點E，所述連接點E和交流輸出端相連；所述第一開關電路、第二開關電路、第五開關電路和第六開關電路的控 制端連接到P麗信號；所述第三開關電路和第四開關電路的控制端連接到工頻控制信號。
3、 根據權利要求2所述的交流穩壓器電路，其特徵在於，所述橋式Boost 電路還包括輸入濾波電容，所述輸入濾波電容一端連接輸入端，另一端連接 零線。
4、 根據權利要求2所述的交流穩壓器電路，其特徵在於，所述全橋逆變 電路還包括輸出濾波電感和輸出濾波電容，所述輸出濾波電感串接在所述連 接點E和輸出端之間，所述輸出濾波電容一端連接輸出端，另一端連接零線。
5、 根據權利要求2所述的交流穩壓器電路，其特徵在於，所述儲能電路 還包括儲能電池，所述儲能電池和所述儲能電容並聯。
6、 根據權利要求2所述的交流穩壓器電路，其特徵在於，所述第一開關 電路、第二開關電路、第三開關電路、第四開關電路、第五開關電路和第六 開關電路為M0S管，所述開關電路的控制端、第一信號端和第二信號端分別 對應MOS管的柵極、漏極和源極。
7、 根據權利要求2所述的交流穩壓器電路，其特徵在於，所述第一開關 電路、第二開關電路、第三開關電路、第四開關電路、第五開關電路和第六 開關電路為IGBT，所述開關電路的控制端、第一信號端和第二信號端分別對 應IGBT的柵極、集電極和發射極。
8、 根據權利要求1所述的交流穩壓器電路，其特徵在於，所述儲能電容 為電解電容。
9、 一種三相交流穩壓器，其特徵在於，包括三個如權利要求1至8中任 一項所述的交流穩壓器電路，所述三個交流穩壓器電路的輸入端分別連接到 三相交流電的三個相線。
10、 一種三相交流穩壓器，其特徵在於，包括一個以上如權利要求1至8 中任一項所述的交流穩壓器電路，所述一個以上交流穩壓器電路並聯連接。
全文摘要
本發明涉及交流穩壓器電路和三相交流穩壓器，交流穩壓器電路包括交流輸入端和交流輸出端，橋式Boost電路、儲能電路、全橋逆變電路和控制電路；橋式Boost電路和交流輸入端相連，用於對交流輸入進行升壓及功率因數校正處理並轉換為直流電；儲能電路；全橋逆變電路的輸出端和交流輸出端相連，用於將儲存在儲能電路中的電能逆變為交流輸出；控制電路為橋式Boost電路和全橋逆變電路提供PWM調製信號和工頻控制信號。三相交流穩壓器包括三個交流穩壓器電路，三個交流穩壓器電路的輸入端分別連接到三相交流電的三個相線。由於採用高頻化技術，整流和逆變電路均為全橋變換電路，各開關器件的應力較小，使得整個裝置得以輕量化，小型化，及低成本。
文檔編號G05F3/04GK101592970SQ20091010820
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月18日 優先權日2009年6月18日
發明者魏曉亮 申請人:魏曉亮