一種可控電流感應電源的製作方法
2024-02-11 11:57:15
專利名稱：一種可控電流感應電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及電流感應電源，特別是涉及利用電流互感器原理的電流感應電源。
背景技術：
利用變壓器變壓，我們可以從交流電網中取得理想電壓和功率的電能，我們常用
的用電負載一般標稱供電方式即交流或直流、額定電壓、功率等參數來判斷該用電負載正
常工作所需的電源，我們常使用的電源輸出電壓相對恆定、電流隨負載變化而變化。
電流感應電源是利用電流互感器原理從交流電網或電路中感應電流取得電能的
又一種方式，其感應出來的交流電流大小和一次側電流、互感器變比相關，在不考慮磁路飽
和的情況下，固定變比的電流互感器輸出電流將隨恆定的一次側電流而恆定，輸出電壓則
隨負載的變化而變化，因此利用常規的電流互感器原理所製造的電流感應電源和我們常規
電源電壓相對恆定的需求不相符合。 要使電流感應電源滿足我們常規的用電環境，則需使其在導線電流大小波動、負 載變化的情況下保持輸出電壓的相對穩定。現有技術中，採用輸出電壓過壓保護方法的電 流感應電源難以滿足負載和導線電流大幅波動的應用環境。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於避免上述現有技術的不足之處而提出一種可控電 流感應電源，該可控電流感應電源輸出電壓穩定，能適用於不同負載和導線電流環境。
本發明所解決技術問題所採用的技術方案是 設計、製作一種可控電流感應電源，包括取能互感器、可控整流電路、控制模塊和 濾波電路，所述取能互感器輸出的二次側電流輸入所述可控整流電路，該可控整流電路將 整流後的電流輸入濾波電路，所述可控整流電路包括旁路迴路和整流迴路，所述電流感應 電源的輸出電壓信號接入所述控制模塊，該控制模塊輸出的控制信號接入所述可控整流電 路； 所述可控整流電路的旁路迴路將輸入電流短路，整流迴路將輸入的交流整流成直 流輸出給濾波電路，在控制周期內，所述可控整流電路的旁路迴路和整流迴路交替工作；
所述控制模塊輸出控制信號調節所述可控整流電路的旁路迴路和整流迴路在控 制周期內的導通時間比值。 本發明中，所述可控整流電路的主電路是四隻整流器件組成橋式整流電路，在橋 式整流電路直流電源負端相連的兩隻整流器件上，反向並聯兩隻可控整流器件，其中；
所述四隻整流器件共同組成的橋式整流電路即為所述可控整流電路的整流回 路； 和橋式整流電路直流電源負端相連的兩隻整流器件、以及反向並聯的兩隻可控整 流器件共同組成所述可控整流電路的旁路迴路。 所述可控整流電路的整流器件和可控整流器件均為功率開關器件，包括二極體、可控矽、IGBT、 GT0或M0SFET，所述四隻整流器件能封裝為整流橋堆。 所述控制模塊採用P麗脈寬調製控制方式，輸出佔空比可調的P麗脈寬控制信號，
所述可控整流電路的旁路迴路或整流迴路按P麗脈寬控制信號的高低電平變化而導通或
關斷，所述控制模塊通過調節P麗脈寬控制信號的佔空比維持電流感應電源輸出的穩定。 所述控制模塊或採用SP麗正弦脈寬調製控制方式，輸出調製比可調的SP麗脈寬
控制信號，所述可控整流電路的旁路迴路或整流迴路按SP麗脈寬控制信號的高低電平變
化而導通或關斷，所述控制模塊通過調節SP麗脈寬控制信號的調製比維持電流感應電源
輸出的穩定。 所述控制模塊或採用相位控制方式，通過調節所述可控整流器件的相位控制初始
值來控制所述可控整流電路3旁路迴路和整流迴路的導通時間比值。 同現有技術相比較，本發明可控電流感應電源的有益效果在於 1.控制模塊根據電流感應電源的輸出電壓產生控制信號，控制信號作用於可控整
流電路調節其旁路迴路和整流迴路導通時間比值，從而調節整流輸出電流大小，實現了不
同負載情況下輸出電壓的穩定； 2.當導線電流大幅波動時，控制模塊輸出的控制信號作用於可控整流電路，調節 了旁路電流的大小，使導線電流大幅波動時不影響輸出電壓的穩定，拓展了電流感應電源 的環境適應能力。
圖1是本發明可控電流感應電源的原理框圖；
圖2是本發明的一種可控整流電路的主電路拓撲圖；
圖3是本發明採用P麗控制方式信號控制原理圖；
圖4是本發明採用SP麗控制方式信號控制原理圖；
圖5是本發明採用相位控制方式信號控制原理圖； 圖6是本發明的可控整流器件為可控矽、整流器件為二極體，且採用相位控制方 式時的電路圖； 圖中1是取能互感器，11、12是取能互感器輸出端，3是可控整流電路，31、32是可 控整流電路輸入端，4是濾波電路，40是濾波電容，41是負載電阻，5是控制模塊，9是導線， 301、302、303、304是整流器件，311、312是可控整流器件，Vin是可控整流電路3輸入電流 的同步電壓信號，Vinm是其幅值，180。 、360°是其半周期和全周期相位值，Vt是三角波載 波，Vtm是其幅值，Q311是可控整流器件311的控制信號，Q312是可控整流器件312的控制 信號，9是相位控制初始值，t為脈衝寬度，T為控制周期，D為佔空比，w為調製度。
具體實施例方式
本發明可控電流感應電源，結合圖1至圖6所示，包括取能互感器1、可控整流電 路3、控制模塊5和濾波電路4，所述取能互感器1輸出的二次側電流輸入所述可控整流電 路3，該可控整流電路3將整流後的電流輸入濾波電路4，所述可控整流電路3包括旁路回 路和整流迴路，所述電流感應電源的輸出電壓信號接入所述控制模塊5，該控制模塊5輸出 的控制信號接入所述可控整流電路3 ;
所述可控整流電路3的旁路迴路將輸入電流短路，整流迴路將輸入的交流整流成 直流輸出給濾波電路4，在控制周期內，所述可控整流電路3的旁路迴路和整流迴路交替工 作； 所述控制模塊5輸出控制信號調節所述可控整流電路3的旁路迴路和整流迴路在 控制周期內的導通時間比值。 所述可控整流電路3主電路拓撲是四個整流器件301、302、303、304組成橋式整 流電路，整流器件301、302的連接點為整流輸出直流電源的負端，可控整流器件311和整流 器件301反向並聯，可控整流器件312和整流器件302反向並聯； 所述四個整流器件301、302、303、304共同組成所述可控整流電路3的整流迴路；
整流器件301、302和可控整流器件311、312共同組成所述可控整流電路3的旁路 迴路。 所述可控整流電路3的整流器件301、302、303、304和可控整流器件311、312為功 率開關器件，包括二極體、可控矽、IGBT、 GT0或M0SFET，所述四個整流器件301、302、303、 304能封裝為整流橋堆。 所述控制模塊5採用P麗脈寬調製控制方式，輸出佔空比可調的P麗脈寬控制信 號，所述可控整流電路3的旁路迴路或整流迴路按P麗脈寬控制信號的高低電平變化而導 通或關斷，所述控制模塊5通過調節P麗脈寬控制信號的佔空比維持電流感應電源輸出的 所述控制模塊5或採用SP麗正弦脈寬調製控制方式，輸出調製比可調的SP麗脈 寬控制信號，所述可控整流電路3的旁路迴路或整流迴路按SP麗脈寬控制信號的高低電平 變化而導通或關斷，所述控制模塊5通過調節SP麗脈寬控制信號的調製比維持電流感應電 源輸出的穩定。 所述控制模塊5或採用相位控制方式，通過調節所述可控整流器件311、312的相 位控制初始值來控制所述可控整流電路3旁路迴路和整流迴路的導通時間比值。
上述實施方式可詳細表述為 取能互感器1的二次側輸出端11、12分別與相控整流模塊的輸入端31、32相連， 當導線9中流經交流電流時，取能互感器1的二次側因電磁感應產生交變電流，該交變電流 輸入可控整流模塊3，一部分被整流後經濾波電路4中的濾波電容40濾波後，在負載電阻 41兩端形成直流電壓輸出，其餘未經整流的交變電流被可控整流模塊3旁路，直接流回取 能互感器1的二次側，控制被整流電流和被旁路電流的比例，即可穩定負載電阻41兩端的 直流輸出電壓。 當可控整流器件311、312都斷開時，整流器件301、302、303、304組成常規橋式整 流電路，整流器件303、304的連接點為輸出直流電源正端，整流器件301、302的連接點為輸 出直流電源負端。在可控整流電路3輸入電流的同步電壓信號Vin正半周，即輸入節點32 電壓高於節點31時，若可控整流器件311導通時，輸入電流經可控整流器件311、整流器件 302導通形成旁路，在輸入電流的負半周，若可控整流器件312導通時，輸入電流經可控整 流器件312、整流器件301導通形成旁路。 採用P麗脈寬調製控制方式時，控制模塊5輸出固定控制周期為T、脈衝寬度為t 的矩形脈衝序列，在輸入電流的同步電壓信號Vin正半周，可控整流器件311的控制信號Q311輸出矩形脈衝序列，使可控整流器件311在每個控制周期T內導通時間寬度為t，在輸 入電流的同步電壓信號Vin負半周，可控整流器件312的控制信號Q312輸出矩形脈衝序 列，使可控整流器件312在每個控制周期T內導通時間寬度為t。當輸出電壓偏低時，減小 導通時間寬度t，即減小佔空比D，可控整流電路3的旁路迴路與整流迴路導通時間比值減 小，電壓回升，反之，當輸出電壓偏高時，增大導通時間寬度t，即增大佔空比D，可控整流電 路3的旁路迴路與整流迴路導通時間比值增大，電壓回落。 採用SP麗正弦脈寬調製控制方式時，控制模塊5產生頻率固定的三角波載波Vt， 與可控整流電路3輸入電流的同步電壓信號Vin調製，在正弦波Vin與三角波載波Vt的交 點處控制可控整流器件的通斷，即可得到一組等幅且脈衝寬度按正弦波函數值變化的矩形 脈衝序列，在輸入電流的同步電壓信號Vin正半周，可控整流器件311的控制信號Q311輸 出矩形脈衝序列，在輸入電流的同步電壓信號Vin負半周，可控整流器件312的控制信號 Q312輸出矩形脈衝序列，調節三角波載波幅值Vtm，調製度W改變，即可改變控制信號Q311、 Q312輸出的矩形脈衝序列寬度。當輸出電壓偏低時，減小三角波載波Vt的幅值Vtm，調製 度W增大，可控整流電路3的旁路迴路與整流迴路導通時間比值減小，電壓回升，反之，當輸 出電壓偏高時，增大三角波載波Vt的幅值Vtm，調製度W減小，可控整流電路3的旁路迴路 與整流迴路導通時間比值增大，電壓回落。 採用相位控制方式時，控制模塊5產生一個相位控制初始值(p(0〈cp〈180c)，在可控 整流電路3輸入電流的同步電壓信號Vin正半周且相位值為cp時，可控整流器件311的控 制信號Q311發出導通信號，可控整流器件311在可控整流電路3輸入電流的同步電壓信 號Vin正半周且相位值為cp至180°期間導通，在可控整流電路3輸入電流的同步電壓信號 Vin負半周且相位值為(p+180。時，可控整流器件312的控制信號Q312發出導通信號，可控 整流器件312在可控整流電路3輸入電流的同步電壓信號Vin負半周且相位值為9+180° 至360°期間導通，當輸出電壓偏低時，增大相位控制初始值q)，可控整流電路3的旁路迴路 與整流迴路導通時間比值減小，電壓回升，反之，當輸出電壓偏高時，減小相位控制初始值 (P，可控整流電路3的旁路迴路與整流迴路導通時間比值增大，電壓回落。
為進一步說明本發明技術方案，圖6給出了可控整流器件為可控矽、整流器件為 二極體，採用相位控制方式的電路圖例。 移相控制晶片Ul選用TCA785，其第11腳為相位控制初始值9的電壓控制腳，第 8腳為參考電壓輸出，第14、15腳為相位相差180°的相位控制信號輸出腳，感應電源輸出 電壓Vo經R5、 R9、 TR1分壓採樣後與參考電壓比較，當電壓偏高時，Ul第11腳的控制電壓 降低，相位控制初始值9減小，可控整流器件311、312導通時間增大，電流感應電源輸出電 壓降低，當電壓偏低時，Ul第11腳的控制電壓升高，相位控制初始值9增大，可控整流器件 311、312導通時間減少，電流感應電源輸出電壓升高。
權利要求
一種可控電流感應電源，包括取能互感器1、可控整流電路3、控制模塊5和濾波電路4，所述取能互感器1輸出的二次側電流輸入所述可控整流電路3，該可控整流電路3將整流後的電流輸入濾波電路4，其特徵在於所述可控整流電路3包括旁路迴路和整流迴路，所述可控電流感應電源的輸出電壓信號接入所述控制模塊5，該控制模塊5輸出的控制信號接入所述可控整流電路3；所述可控整流電路3的旁路迴路將輸入電流短路，整流迴路將輸入的交流整流成直流輸出給濾波電路4，在控制周期內，所述可控整流電路3的旁路迴路和整流迴路交替工作；所述控制模塊5輸出控制信號調節所述可控整流電路3的旁路迴路和整流迴路在控制周期內的導通時間比值。
2. 根據權利要求1所述的可控電流感應電源，其特徵在於所述可控整流電路3的主電路拓撲是四個整流器件301 、 302、 303、 304組成橋式整流電路，整流器件301 、 302的連接點為整流輸出直流電源的負端，可控整流器件311和整流器件301反向並聯，可控整流器件312和整流器件302反向並聯；其中所述四個整流器件301、302、303、304組成所述可控整流電路3的整流迴路；兩個整流器件301 、302和兩個可控整流器件311、312共同組成所述可控整流電路3的旁路迴路。
3. 根據權利要求2所述的可控電流感應電源，其特徵在於，所述可控整流電路3的整流器件301、302、303、304和可控整流器件311、312為功率開關器件，包括二極體、可控矽、IGBT、GT0或M0SFET，所述四個整流器件301、302、303、304能封裝為整流橋堆。
4. 根據權利要求1所述的可控電流感應電源，其特徵在於，所述控制模塊5採用P麗脈寬調製控制方式，輸出佔空比可調的P麗脈寬控制信號，所述可控整流電路3的旁路迴路或整流迴路按P麗脈寬控制信號的高低電平變化而導通或關斷，所述控制模塊5通過調節P麗脈寬控制信號的佔空比維持電流感應電源輸出的穩定。
5. 根據權利要求1所述的可控電流感應電源，其特徵在於，所述控制模塊5採用SP麗正弦脈寬調製控制方式，輸出調製比可調的SP麗脈寬控制信號，可控整流電路3的旁路迴路或整流迴路按SP麗脈寬控制信號的高低電平變化而導通或關斷，所述控制模塊5通過調節SP麗脈寬控制信號的調製比維持電流感應電源輸出的穩定。
6. 根據權利要求2或3所述的可控電流感應電源，其特徵在於，所述控制模塊5採用相位控制方式，通過調節所述可控整流器件311、312的相位控制初始值來控制所述可控整流電路3旁路迴路和整流迴路的導通時間比值。
全文摘要
本發明涉及一種可控電流感應電源，包括取能互感器1、可控整流電路3、控制模塊5和濾波電路4，取能互感器1輸出二次側電流輸入所述可控整流電路3，該可控整流電路3將整流後電流輸入濾波電路4，可控整流電路3包括旁路迴路和整流迴路，可控電流感應電源輸出電壓信號接入控制模塊5，該控制模塊5輸出控制信號接入可控整流電路3；可控整流電路3的旁路迴路將輸入電流短路，整流迴路將輸入電流整流後輸出給濾波電路4，在控制周期內，可控整流電路3的旁路迴路和整流迴路交替工作；控制模塊5輸出控制信號調節旁路迴路和整流迴路在控制周期內的導通時間比值。本發明可控電流感應電源輸出電壓穩定，對不同負載和導線電流大小的適應能力強。
文檔編號H02M7/04GK101789639SQ20101013730
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者朱發國 申請人:朱發國