PWM斩波器式交流稳压电源的原理分析

      =（M·）=MUsm    (6)

    对于谐波

    bn=(sinxsinnxdx＋sinxsinnxdx＋…）

    当n=KN±1，K=1,2,3…时：

    bKN±1=sinxsinnxdx

         =－sinKMπ   (7)

    当n≠KN±1时：

    bn≠KN±1=sinxsinnxdx=0

    所以，当补偿变压器的变比为ξ时，PWM正弦斩波电压uch的傅里叶级数表示式为：             

    uch=MUsmsinωt－sinKMπsin(KN±1)ωt    (8)

    补偿电压uco的方程式为：

    uco=ξMUsmsinωt－ξsinKMπsin(KN±1)ωt(9)

    由式（8）中的谐波幅值sinKMπ可以算出，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的关系曲线如图3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，所需的交流滤波器LFCF的参数越小，当N大到一定程度时，甚至只用Tr漏感及一个很小的电容CF就可以滤掉所有uco中的高次谐波。

表1   基波和各次谐波与调制比M的关系 谐波分量 M值 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 b1/Usm 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 b199/Usm －0.0984 －0.1871 －0.2575 －0.3027 －0.3183 －0.3027 －0.2575 －0.1871 －0.0984 b201/Usm －0.0984 －0.1871 －0.2575 －0.3027 －0.3183 －0.3027 －0.2575 －0.1871 －0.0984 b399/Usm －0.0935 －0.1514 －0.1514 －0.0935 0 0.0935 0.1514 0.1514 0.0935 b401/Usm －0.0935 －0.1514 －0.1514 －0.0935 0 0.0935 0.1514 0.1514 0.0935 b599/Usm －0.0858 －0.1009 －0.0328 0.0624 0.1061 0.0624 －0.0328 －0.1009 －0.0858 b601/Usm －0.0858 －0.1009 －0.0328 0.0624 0.1061 0.0624 －0.0328 －0.1009 －0.0858 b799/Usm －0.0757 －0.0468 0.0468 0.0757 0 －0.0757 －0.0468 0.0468 0.0757 b801/Usm －0.0757 －0.0468 0.0468 0.0757 0 －0.0757 －0.0468 0.0468 0.0757

2.2  主电路与斩波开关的结构形式

    主电路与PWM正弦斩波器开关的结构形式如图4所示，其中图4（a）是用两个PWM正弦斩波器开关的主电路，当us>ur时S2导通，Tr按降压自耦变压器方式工作，输出电压－uco，以抵消市电电压中的高出部分；当us<ur时S1导通，Tr按升压自耦变压器方式工作，输出电压＋uco，以补足市电电压中的不足部分。图4（b）是用两个PWM正弦斩波开关和两个双向晶闸管（或固态继电器）的主电路。这样，变压器Tr的次级只用一个绕组就可以了。当us>ur时开关S2和S3导通，Tr工作在降压自耦变压器状态，输出电压－uco，以抵消市电电压中的高出部分；当us<ur时开关S1和S4导通，Tr工作在升压自耦变压器状态，输出电压＋uco，以补足市电电压的不足部分。图4（c）是图1使用的主电路。图4（d）与图4（b）相同，只是采用了一个PWM正弦斩波开关和四个双向晶闸管。PWM正弦斩波器开关的结构型式有三种，如图4（e）所示。图4所示各种主电路及其PWM正弦斩波器开关各有特点，设计者可根据自身条件和需要选择使用。

(a)主电路之一(b)主电路之二(c)主电路之三

(d)主电路之四(e)斩波开关型式

图4  主电路与PWM斩波开关型式

2.3  线路阻抗的补偿

    在图4所示的主电路中，补偿变压器Tr次级绕组的电阻和漏感，以及交流滤波电感LF的绕组电阻图3谐波分量与调制比M的关系曲线和电感，与市电电源的内阻抗共同组成线路阻抗Z。在有负载时线路阻抗Z产生的电压降Zis对稳压精度是有直接影响的。为了提高稳压电源的精度，对Z的影响应进行补偿，其补偿电路如图1中虚线电路所示。由于Zis使输出电压uo减小，减小的程度与电流is成正比，因而在控制电路中加入了一个乘法器，将测得的is与Z相乘的Zis信号串入到us检测电路中，使us相应减小一些即可以补偿掉Zis的影响。PWM正弦斩波器开关管的正向压降、变压器Tr初级绕组的电阻和漏感，也可以造成PWM正弦斩波器输出电压uco值的减小，对稳压精度也有影响，但这个影响较固定且数值不大，因此可以通过调高变压器Tr的变比ξ来补偿。

2.4  考虑线路阻抗Z的补偿分析

    假定市电电压us大于或小于基准电压ur，在考虑到线路阻抗Z时稳压电源输出电压uo的方程式为：

    uo=us－Zis±uco    （10）

式中：us=Ussinωt；

      is=

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