高頻自動穩壓電路及其穩壓方法
2023-06-10 11:29:46
專利名稱：高頻自動穩壓電路及其穩壓方法
技術領域：
本發明涉及一種高頻自動穩壓電路及其穩壓方法。
如
圖1所示，目前市場上用的電子式穩壓器(AVR)，一般採用可控矽整流器(SCR)控制，工作頻率為50Hz或60Hz，供電電壓由P1、P2輸入(INPUT)，先由變壓器T1將110V降壓15％成為93．5V，再由變壓器T2升壓30％，可調整範圍為±15％的電壓，但因T2的導通角度是由工作頻率50Hz或60Hz的SCR控制，故需要很大的電感器L及電容器C濾波，這樣使該電子式穩壓器(AVR)體積大，溫度高，效率差，成本高。
如圖2所示，另一種現有技術的電子跳檔式穩壓器，它採用SCR，三端雙向可控矽開關(TRIAC)或繼電器(RELAY)來控制某段的波動，以達到穩壓的作用，其穩壓度較差，通常需加多組變壓器才能達到較好的穩壓效果，並且也存在體積大，穩壓度差，成本高。
本發明的目的在於提供一種品質高，效率高，成本低的高頻自動穩壓電路及其穩壓方法。
為了實現上述的目的，本發明，一種高頻自動穩壓電路的穩壓方法，它利用脈衝寬度調製來調節電子元件的導電度，使變壓器感應的電壓恰與供電電壓的上升或下降成一比例，且極性相反，產生補償，在補償電壓脈衝之後，由另一迴路的脈衝及電子元件將先前補償電壓脈衝殘留在變壓器的電流加以阻尼，使補償後的供電電壓更為平滑，將失真減至最少。
上述的高頻自動穩壓電路的穩壓方法，其中，變壓器感應的電壓大小是由脈衝寬度控制所述的電子元件的導電度來加以調節，而該脈衝寬度與輸出的供電電壓經整流後的電壓成比例。
為了實現上述的目的，本發明，一種高頻自動穩壓電路，它包含一整流電路，它連接在供電電壓的輸入端，對輸出電壓反饋進行全波整流；一變流器電路，連接在所述的整流電路的輸出端，它由四隻電子元件Q1、Q2、Q5與Q6組成，基極由脈衝寬度調製來調節電子元件的導電度，使變壓器感應的電壓，恰與供電電壓的上升或下降成一比例，且極性相反，以產生補償效應；一阻尼電路，它設置在變流器電路內，用於電壓脈衝補償之後，將殘留在補償電壓脈衝變壓器的電流加以阻尼，使補償後的供電電壓更為平滑，將失真減至最少；及，一變壓器，它串聯在供電線上，它感應的電壓大小由脈衝寬度控制的電子元件的導電度來加以調節，脈衝寬度與輸出的供電電壓經整流後的電壓成比例。
上述的高頻自動穩壓電路，其中，整流電路是由Q3、Q4、Q7與Q8所組成的全波整流電路，其波形為正弦波。
上述的高頻自動穩壓電路，其中，由脈衝寬度控制導電度的四隻電子元件是絕緣柵基電晶體或金氧半導體。
上述的高頻自動穩壓電路，其中，阻尼電路是由Q1與Q2組成，在Q1、Q2與變壓器的串聯電路中亦可加入一扼流線圈，用以整形波形，使失真減至最少。
由於採用了上述的技術解決方案，利用脈寬調製來調節電子元件的導電度，使與供電電路串聯的變壓器感應的電壓，恰與供電電壓的上升或下降成比例，且極性相反，以產生補償效應，達到穩定電壓的效果，且在電壓脈衝補償之後，由阻尼電路的脈衝及電子元件將殘留在補償電壓脈衝變壓器的電流加以阻尼，使補償後的供電電壓更為準確、穩定和平滑，並將失真減到最少。
下面結合本發明的實施例及其附圖對本發明作進一步的說明。
圖1是現有的SCR控制式電壓穩壓器的電路圖；圖2是現有的跳擋式電壓穩壓器的電路圖；圖3是本發明高頻自動穩壓電路的第一實施例電路圖；圖4是本發明高頻自動穩壓電路的各電壓波形；圖5是本發明高頻自動穩壓電路的另一種電路圖；圖6是本發明高頻自動穩壓電路的第二實施例電路圖；圖7是本發明高頻自動穩壓電路的第三實施例電路圖。
如圖3所示，本發明第一實施例，供電電壓自P1、P2輸入端輸入，串接一變壓器T，再由P3、P4輸出端輸出，供電電壓經輸入端P1、P2反饋(Feedback)至由Q3、Q4、Q7及Q8所組成的全波整流電路，整流後的直流電壓自C、D端施加在由Q1、Q2、Q5及Q6所組成的變流器(Inverter)電路，其中變流器的基極(Base)接脈衝寬度調製(PWM)信號，採用10KHz－50KHz高頻脈衝，利用其寬度的調節及與輸出的供電電壓的全波正弦波合成後，用以調節補償電壓的大小，且在脈衝電壓補償之後，由另一迴路的脈衝及電子元件將該先前補償脈衝電壓殘留在變壓器的電流加以阻尼，使補償後的供電電壓更為準確、穩定和平滑，並將失真減到最少。
其工作原理說明如下1)當供電電壓介於109V～111V時，此時AVR不動作，但由於負載關係，在T一次側流過電流，在變壓器T二次側產生很高的電壓(電流變壓器CT效應)，此時Q1、Q2導通而將T二次側短路，以防二次側產生高電壓。
2)當供電電壓低於108V時，AVR電路動作，變流器電路由PWM控制其導通量，由於Q1、Q6先導通，在T一次側產生與供電電壓同相2V的電壓，使輸出端維持108V+2V=110V的穩定輸出電壓。
3)當供電電壓高於112V時，AVR電路動作，變流器電路由PWM控制其導通量，由於Q2、Q5先導通，在T一次側產生與供電電壓反相的2V電壓，使輸出端維持112V－2V=110V的穩定輸出電壓。
本發明的電路元件也可採用金氧半導體(MOSFET)，其組成包含Q1至Q8的八個半導體元件，變壓器T，若干個濾波電容及必要的扼流線圈(CHOKER)L1，其中，利用PWM脈衝頻率與C、D間的正弦波全波電壓合成，來控制變壓器T二次側的導通量及電壓相位，以達到穩壓效果，其中變壓器T可設分接頭，依所需穩壓百分比選擇接用，另外，扼流線圈L1的電感視負載大小，可選擇外接或內建(Built－In)。以下對本發明高頻自動穩壓電路詳細說明如圖4及圖5所示，當供電電壓超出額定電壓110伏，呈現上升時，該電壓值在輸出端P3、P4，如圖4(a)所示，經全波整流電路Q3、Q4、Q7及Q8加至C、D兩端，如圖4(b)所示，同時，在差動電路(圖中未示)上測得高出110伏額定電壓時，分別在Q1、Q5、Q2及Q6施加如圖4(c)、(d)、(e)及(f)的脈衝寬度調製(PWM)信號，此時，在第一半周中，當Q1與Q6導通時，變壓器T兩端的電壓由圖4(b)及(f)的合成，如圖4(g)所示，形成如圖4(h)所示的電壓波形，其極性與供電電壓相反，經電容C1波形整形後，成為一正弦波，其幅度恰可抵消供電電壓超出額定電壓110伏的上升部分，而使輸出端P3、P4的電壓仍維持在額定電壓110伏，達到穩壓的效果，注意在上述的第一半周導通時間中，由於Q2與Q6電流流動方向相反，因此，在Q1與Q6導流時殘存在變壓器T的電流，可利用Q1與Q2的導流而將殘存電流阻尼(Damping)消除，使輸出電壓的失真減到最小。
上述差動電路及脈寬調製電路皆為已知技術，此處不再加以說明。
當供電電壓低於額定電壓110伏，呈下降時，經由差動電路(圖中未示)的檢測到後，脈衝寬度調製信號即輸出與上述剛好相反的信號，即Q1與Q2的信號對調，Q5與Q6的信號對調，此時，因Q2與Q5導通，變壓器T上感應的電壓極性與輸入的供電電壓產生相加，使輸出仍維持於110伏之額定電壓，而達到穩壓的效果，其中，Q2與Q5導通時的殘存電流，也經由Q1及Q2導通加以阻尼，使電壓失真減至最少。
當供電電壓為110伏的額定電壓時，Q1及Q2皆導通，使變壓器T成為一短路通路，讓供電電壓直接輸出至P3、P4輸出端。
上述高頻自動穩壓電路HI－AVR是根據單相兩線式110V的說明，至於單相三線式，如圖6所示，為本發明第二實施例，三相四線式。如圖7所示，本發明第三實施例，雖然其電路形狀稍有不同，但電路配置的實質相同，即在兩線之間配置有上述HI－AVR電路，因此，其工作原理此處不再重複說明。
權利要求
1．一種高頻自動穩壓電路的穩壓方法，其特徵在於它利用脈衝寬度調製來調節電子元件的導電度，使變壓器感應的電壓恰與供電電壓的上升或下降成一比例，且極性相反，產生補償，在補償電壓脈衝之後，由另一迴路的脈衝及電子元件將先前補償電壓脈衝殘留在變壓器的電流加以阻尼，使補償後的供電電壓更為平滑，將失真減至最少。
2．根據權利要求1所述的一種高頻自動穩壓電路的穩壓方法，其特徵在於所述的變壓器感應的電壓大小是由脈衝寬度控制所述的電子元件的導電度來加以調節，而該脈衝寬度與輸出的供電電壓經整流後的電壓成比例。
3．一種高頻自動穩壓電路，其特徵在於它包含一整流電路，它連接在供電電壓的輸入端，對輸出電壓反饋進行全波整流；一變流器電路，連接在所述的整流電路的輸出端，它由四隻電子元件Q1、Q2、Q5與Q6組成，基極由脈衝寬度調製來調節電子元件的導電度，使變壓器感應的電壓，恰與供電電壓的上升或下降成一比例，且極性相反，以產生補償效應；一阻尼電路，它設置在變流器電路內，用於電壓脈衝補償之後，將殘留在補償電壓脈衝變壓器的電流加以阻尼，使補償後的供電電壓更為平滑，將失真減至最少；及一變壓器，它串聯在供電線上，它感應的電壓大小由脈衝寬度控制的電子元件的導電度來加以調節，脈衝寬度與輸出的供電電壓經整流後的電壓成比例。
4．根據權利要求3所述的一種高頻自動穩壓電路，其特徵在於所述的整流電路是由Q3、Q4、Q7與Q8所組成的全波整流電路，其波形為正弦波。
5．根據權利要求3所述的一種高頻自動穩壓電路，其特徵在於由脈衝寬度控制導電度的四隻電子元件是絕緣柵基電晶體或金氧半導體。
6．根據權利要求3所述的一種高頻自動穩壓電路，其特徵在於所述的阻尼電路是由Q1與Q2組成，在Q1、Q2與變壓器的串聯電路中亦可加入一扼流線圈，用以整形波形，使失真減至最少。
全文摘要
本發明涉及一高頻自動穩壓電路,它包含一輸出電壓反饋的整流電路,一由脈衝寬度控制導電度的電子元件組成的變流器電路,一阻尼電路及一與供電線串聯的變壓器,利用脈衝寬度調製來調節電子元件的導電度,使變壓器感應的電壓,恰與供電電壓的上升或下降成一比例,且極性相反,產生補償效應,且在電壓脈衝補償之後,由阻尼電路的脈衝及電子元件將補償電壓脈衝殘留在變壓器的電流加以阻尼,使補償後的供電電壓更為準確、穩定和平滑,並將失真減到最少。
文檔編號G05F1/30GK1279414SQ9911018
公開日2001年1月10日 申請日期1999年7月5日 優先權日1999年7月5日
發明者江坤和 申請人:王興全