交流斩波稳压器工作原理介绍

2020-05-01 10:30:24 wenyaqi 28

 斩波压器(压电源)是目前最适合进口设备和高精端设备、科研院所、国防、 工业设备及大型计算机站等场合,如今大量应用大功率交流压电源。在各种交流压设备中,多采用电压补偿原理来定输出电压,如:大功率接触补偿型交流压电源,无触点感应补偿型及开关补偿型交流压电源等。在这些设备中,补偿电路多在基频(50Hz)下工作,所以设备体积重量大,转换效率低,限制了它们在大功率场合下的应用。

  文献[1][2]等提出了一些高频补偿式电路,但由于使用的元器件较多,电路结构复杂,成本高,难以在实用中得到推广和实用。

  文献[3]提出了一种三相高频PWMAC链调节器。由于该电路使用开关器件少,控制简单,补偿电路电感性元件为高频元件,数目少,是一种极有开发应用价值的换电路。本文主要介绍该电路的工作原理,主要参数设计和仿真波形及实验结果。

  2 电路结构及工作原理

  此三相高频斩波交流调压主电路如图1所示。为便于分析,暂不考虑压器。


三相高频斩波交流调压主电路

图1 三相高频斩波交流调压主电路图

  开关S1,S2,S3用于交流斩波,开关S4用来在开关S1,S2,S3关断时为负载续流。S1,S2,S3和S4互补导通。C1,C2,C3为各相旁路电容,用CP表示,R1,R2,R3为各相旁路电阻,用RP表示。L1,L2,L3为滤波电感,R4,R5,R6为负载。

  为了防止S1,S2,S3和S4同时导通,在它们互补导通转换时设置了死区。在死区时段由电容CP为负载电流提供旁路,电阻RP在死区过后供电容CP放电。压器用于给负载提供合适的电压并隔离负载和主电路。

  此电路正常工作时,有以下几个工作模式:

  2.1 供能模式

  工作在此模式,开关S1,S2,S3导通,S4关断,输入电压加在负载上。如图2所示,假设电流方向如图所示。


供能模式

图2 供能模式

2.2 旁路模式

  工作在此模式,开关S1,S2,S3,S4都关断。负载电流通过旁路电容CP和三相整流桥中的二极管以及开关管的并联二极管保持连续。如图3所示。在此期间会有一部分能量存储在旁路电容CP中,此能量在死区结束后通过电阻RP泄放。

旁路模式

图3 旁路模式

  2.3 续流模式

  工作在此模式,开关S1,S2,S3关断,S4导通,L1,L2,L3释放能量使负载电流通过S4保持连续。如图4所示。

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图4 续流模式

  3 主要参数设计

  供电通路主要工作在双向Buck状态,故图1中a(或b、c)点电压通过傅立叶级数分解可得ua=DV1+公式Va′ncos[(nωs±ωi)t](1)

  式中:ωi为输入电压角频率;ωs为开关角频率;Va′n为输出谐波幅值;D为占空比。

  其谐波分布在(nωs±ωi),只要开关频率足够高,滤波电感L可以很小,因此,功率电路的设计主要是旁路电容及电阻的设计。

  由前所述,旁路电容的作用主要是在“死区”期间,连续负载电流波形。其等效电路如图5(a)所示(以a相电路供电为例)。

  由于电容作用时间很短(2μs~3μs),可以将电源电压与负载电流看作恒定值,其等效模型如图5(b)所示。

死区等效电路

图5 死区等效电路

(a)等效电路(b)等效模型


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