PWM斩波器式交流稳压电源的原理分析_电工文摘

PWM斩波器式交流稳压电源的原理分析

点击数：7298 次录入时间：03-04 11:56:05 整理：http://www.55dianzi.com 电工文摘

摘要：叙述了PWM斩波器式交流稳压电源的基本工作原理与方法。

关键词：PWM；斩波器；交流稳压电源

PrincipleAnalysisofaPWMChopperTypeACRegulatedPowerSupply

LIU Fengjun

Abstract:The basic work principle and method of a PWM chopper type AC regulated power supply are described.

Keywords:PWM;Chopper;ACregulator

1 引言

目前使用较多的是三相柱式电力稳压器，它虽然有很多优点，但由于使用了机械传动和碳刷进行调节，因而具有工作寿命短、可靠性差、动态响应时间长等缺点，正在被无触点补偿式稳压电源所取代。“补偿”具有“补足”和“抵消”两种意思。所谓补偿式稳压电源，就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，通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”转换电路，用切换多个补偿变压器初级头、尾的连接方式，来调节补偿电压的大小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。由于去掉了机械传动和碳刷，因而提高了寿命、可靠性和动态响应速度，使稳压电源的性能得到了很大的改进。但仍然还存在一些缺点：如只能有级调节、调节精度不高（取决于补偿变压器的最小电压，调节精度一般为2％～5％），所用补偿变压器个数较多，因而补偿变压器的“多全桥”转换电路用的开关数也多，电路相对复杂等。本文取其优点，避其缺点，提出了用PWM高频斩波器进行补偿的交流稳压电源，使交流稳压器的性能得到了进一步的提高。

2 用PWM高频斩波器的补偿式交流稳压电源

这种稳压电源是采用PWM高频斩波器产生的补偿电压uco对市电电压的波动（欠压或过压）进行补偿，其原理电路如图1所示。图中S1和S2为采用双向晶闸管或固态继电器的交流开关，用切换变压器Tr的两个初级绕组来控制补偿电压的方向，它的次级绕组串入主电路中，以对市电电压的波动进行补偿：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式工作，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式工作，输出正向电压来补足市电电压不足的部分。S3是PWM高频斩波器开关，用来调节补偿电压的大小，以实现无级精确补偿。由于S3工作在高频开关状态，因而采用了由两个IGBT反并联组成的，而且带有零电流开通，零电压关断缓冲电路的交流开关，以减少开关损耗，提高斩波效率。

由市电电压us与基准电压ur相减的差值ΔU（直流电压）控制PWM调制器，在载波三角波电压小于ΔU的部分产生S3的正向触发脉冲控制S3斩波。这样，在补偿变压器Tr的次级就可以产生出补偿电压uco。uco的大小等于us与ur有效值之差|Us－Ur|，uco的方向取决于Us－Ur等于正还是负来决定：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，以补偿市电电压达到标称值。图中LF、CF为交流滤波器，以滤掉补偿电压uco和市电电压us中的高次谐波。

图1 采用PWM高频斩波器的补偿式交流稳压源电路原理框图

斩波器开关S3采用的是等电位直流脉宽调制EPWM（Equipotential－PWM），EPWM触发脉冲的形成与交流正弦电压的PWM斩波波形如图2所示。

图2 EPWM调制与正弦PWM斩波波形

2.1 正弦斩波电压的谐波分析

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=Δt/TΔ=ΔU/Uc（式中Δt为触发脉冲宽度，TΔ=1/fc为载波三角波周期，ΔU为等电位直流调制电压，ΔU=|Us－Ur|，Uc为载波三角波电压幅值）。

载波三角波的方程式为：

uc=(1)