栏目导航
PWM斩波器式沟通稳压电源的原理剖析
发表时间: 2025-02-06 14:58:34 作者: 贝博app手机版贝博
现在运用较多的是三相柱式电力稳压器,它虽然有许多长处,但因为运用了物理运动和碳刷进行调理,因此具有作业寿数短、可靠性差、动态呼应时间长等缺陷,正在被无触点补偿式稳压电源所替代。“补偿”具有“补足”和“抵消”两种意思。所谓补偿式稳压电源,便是用多个补偿变压器(一般是2~4个),将其次级串入主电路中,经过由双向晶闸管或固态继电器(由光耦、触发电路和双向晶闸管组成的电路模块)组成的“多全桥”转化电路,用切换多个补偿变压器初级头、尾的衔接方法,来调理补偿电压的巨细或正负进行有级补偿。当市电电压高于标称电压时进行负补偿;低于标称电压时进行正补偿。因为去掉了物理运动和碳刷,因此进步了寿数、可靠性和动态呼应速度,使稳压电源的功能得到了很大的改善。但仍然还存在一些缺陷:如只能有级调理、调理精度不高(取决于补偿变压器的最小电压,调理精度一般为2%~5%),所用补偿变压器个数较多,因此补偿变压器的“多全桥”转化电路用的开关数也多,电路相对杂乱等。本文取其长处,避其缺陷,提出了用PWM高频斩波器进行补偿的沟通稳压电源,使沟通稳压器的功能得到了进一步的进步。
这种稳压电源是选用PWM高频斩波器发生的补偿电压uco对市电电压的动摇(欠压或过压)进行补偿,其原理电路如图1所示。图中S1和S2为选用双向晶闸管或固态继电器的沟通开关,用切换变压器Tr的两个初级绕组来操控补偿电压的方向,它的次级绕组串入主电路中,以对市电电压的动摇进行补偿:当市电电压高于标称电压时S2导通,Tr按降压自耦变压器方法作业,输出反向电压来抵消市电电压高出的部分;当市电电压低于标称电压时S1导通,Tr按升压自耦变压器方法作业,输出正向电压来补足市电电压缺乏的部分。S3是PWM高频斩波器开关,用来调理补偿电压的巨细,以完成无级精确补偿。因为S3作业在高频开关状况,因此选用了由两个IGBT反并联组成的,并且带有零电流注册,零电压关断缓冲电路的沟通开关,以削减开关损耗,进步斩波功率。
由市电电压us与基准电压ur相减的差值U(直流电压)操控PWM调制器,在载波三角波电压小于U的部分发生S3的正向触发脉冲操控S3斩波。这样,在补偿变压器Tr的次级就能够发生出补偿电压uco。uco的巨细等于us与ur有效值之差Us-Ur,uco的方向取决于Us-Ur等于正仍是负来决议:当Us-Ur等于正值时S2导通,uco为负,当Us-Ur等于负值时S1导通,uco为正,以补偿市电电压到达标称值。图中LF、CF为沟通滤波器,以滤掉补偿电压uco和市电电压us中的高次谐波。
斩波器开关S3选用的是等电位直流脉宽调制EPWM(Equipotential-PWM),EPWM触发脉冲的构成与沟通正弦电压的PWM斩波波形如图2所示。
正弦斩波电压的波形如图2所示,为了使波形具有半波奇对称,和1/4周期偶对称,以消除其傅里叶级数中的余弦项和正弦项中的偶次谐波,取载波比N=fc/fs=4k(式中fc为载波三角波频率,fs为市电工频频率),调制比M=t/T=U/Uc(式中t为触发脉冲宽度,T=1/fc为载波三角波周期,U为等电位直流调制电压,U=Us-Ur,Uc为载波三角波电压幅值)。
当调制电平为U时,求出触发脉冲开始点ti和停止点ti+1的方程式为:
式中T=2/N,则各触发脉冲的开始角和停止角的数值为:
由图2能够精确的看出:PWM正弦斩波波形是“镜对称”和“原点对称”,因此在它的傅里叶级数中将不包括稳定重量、余弦项和正弦项中的偶次谐波,只包括正弦项中的奇次谐波,故:
所以,当补偿变压器的变比为时,PWM正弦斩波电压uch的傅里叶级数表明式为:
sinKMsin(KN1)t (8)
sinKMsin(KN1)t(9)
sinKM能够算出,当fc=10kHz,N=200,M=0.1~0.9时,基波与各次谐波的幅值如表1所示。基波和各次谐波与调制比M的联系曲线所示。可知,PWM正弦斩波电压的谐波频率与载波比N成正比,N越大谐波频率越高,所需的沟通滤波器LFCF的参数越小,当N大到某些特定的程度时,乃至只用Tr漏感及一个很小的电容CF就能够滤掉一切uco中的高次谐波。