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目前，在各種交流穩(wěn)壓電源中，采用正弦能量分配技術(shù)的交流凈化穩(wěn)壓電源是一種技術(shù)先進(jìn)的穩(wěn)壓電源。這種電源主要是通過改變晶閘管的觸發(fā)角θ，來控制調(diào)感支路的等效電感，從而起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。它具有性價比高、可靠性好等特點。 但是這種方式產(chǎn)生的諧波較多，電感損耗較大，噪音明顯，尤其對電網(wǎng)產(chǎn)生很大干擾。為此，筆者用高頻PWM斬波技術(shù)對其進(jìn)行改造，用MOSFET或IGBT代替TBIAC，通過調(diào)節(jié)高頻交流斬波器的脈沖寬度來調(diào)節(jié)等效電感。較好地解決了上述問題。 傳統(tǒng)的正弦波交流凈化電源原理如圖1所示。 圖1中T是帶氣隙的自耦變壓器，輸入交流電接T的B點，由C點輸出穩(wěn)定的交流電壓。L、L1和L2是線性電感器，L和雙向晶閘管V組成調(diào)感支路。L1和C1組成3次諧波濾波器，L2和C2組成5次諧波器波器，減小輸出電壓的失真度。采用脈沖相位控制技術(shù)改變雙向晶閘管V和導(dǎo)通角，從而調(diào)整L的等效電感值，從T的N2繞組取得補償電壓，達(dá)到穩(wěn)壓目的。 用高頻斬波技術(shù)改造傳統(tǒng)的正弦波交流凈化電源的關(guān)鍵是用高頻交流開關(guān)取代雙向晶閘管。高頻交流開關(guān)有兩種形式：整流橋+IGBT式和MOSFET反串聯(lián)式，如圖2所示。 整流橋+IGBT式適合于大功率電源，MOSFET反串聯(lián)式適合中小功率電源。下面具體介紹以整流橋+IGBT為交流功率開關(guān)、AVR系列單片機90S8535為控制核心的單片機控制高頻斬波調(diào)感式交流穩(wěn)壓電源。其原理框圖如圖3所示。 由于是感性負(fù)載，又不能像直流斬波那樣加續(xù)流回路，所以要給IGBT加開通和關(guān)斷緩沖電路。高頻交流開關(guān)控制采用了EPWM直流等電位調(diào)制技術(shù)。為使波形半波奇對稱和四分之一偶對稱，以消除傅里葉級數(shù)中的余弦項和偶次諧波，使載波比N=fc/fs=4k,K=1，2，3…,fc為三角波頻率，fs為市電工頻；調(diào)制M=Δt/TΔ=ΔU/ΔUc，Δt為脈沖寬度，TA=1/fc為三角波周期、Uc為三角波幅值、ΔU為輸出電壓的偏差，三角波電壓的文程式為： 輸出電壓偏差ΔU為采樣電壓，觸發(fā)脈沖起點和終點的方程式為： 式中TΔ=2π/N，各觸發(fā)脈沖的起點角和終點角的數(shù)值為： α1=(TΔ/2)-(TΔ-2)(ΔU/Uc)=π/N(1-M) α2=[π/N]（1+M） α3=[π/N](3-M) α4=[π/N](3+M) 由于PWM斬波波形是鏡對稱和原點對稱，因此它的傅里葉級數(shù)中將只包含正弦項中的奇次諧波，即： 學(xué)計算，當(dāng)n=KN±1時（K=1,2,3,4…） 當(dāng)n≠KN±1時，bn≠KN±1=0 對于基波，n=1 由上比可知，N越大諧波頻率越高。采用很小的LC濾波器就可以濾掉uLe中的所有高次諧波。 如求等效電感Le，通過使uL=uLe，uL1=ULmsinωt，對于uLe，忽略掉其中的高次諧波時（高次諧波被L、C濾掉）uLe=MUmsinωt，當(dāng)uL、uLe用有效值表示有：UL=MUle，兩邊各除以電流的有效值IL,則可得： ωL1=MωLe,Le=L1/M EPWM示意波形如圖4所示。 AVR90S8535是8位RISC結(jié)構(gòu)單片機，在8MHz晶振5V工作電壓時，單指令周期為125ns。內(nèi)含8MHz晶振5V工作電壓時，單指令周期為125ns。內(nèi)含8路10位ADC，最快轉(zhuǎn)換時間為65μs，帶有模擬比較器和兩個8/9/10位PWM功能的16位定時器/計數(shù)器，以及可編程的看門狗定時器，非常適合做高速PWM控制器。由圖3可以看到，AVR90S8535完成交流輸入、輸出電壓和輸出電流的采樣。同時由調(diào)感支路產(chǎn)生的過零同步信號也一起輸入單片機，過零同步信號的頻率為100Hz，每當(dāng)過零同步信號輸入單片機時就觸發(fā)一次中斷。在中斷子程序中，單片機根據(jù)輸出采樣電壓計算EPWM占空比，該占空比賦予單片機的PWM定時器。AVR90S8535的PWM定時器設(shè)定為16kHz的PWM輸出。PWM斬波頻率太低太高都不好。斬波頻率太低時，交流開關(guān)關(guān)斷時被控電感續(xù)流電流對交流開關(guān)并聯(lián)電容充電，使得交流開關(guān)耐壓提高；斬波頻率太高時，交流開關(guān)開通損耗又會過大。單片機同時還完成故障保護(hù)、輸入輸出的數(shù)字化設(shè)定和顯示等功能。程序流程如圖5所示。 以高頻斬波和單片機技術(shù)改造傳統(tǒng)的正弦波交流凈化電源，成本上雖然增加一些但技術(shù)上卻帶來了突破。它使得產(chǎn)品顯示直觀、設(shè)置方便，電感器和電容器所承受的諧波應(yīng)力大大減小，功耗減小，特別對輸入端的諧波電流分量大大減小，可以滿足當(dāng)前越來越嚴(yán)格的諧波規(guī)范要求，要今后電源的發(fā)展方向。 |
