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正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器的制作方法

文檔序號:7287430閱讀:208來源:國知局
專利名稱:正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,尤其是一種無輸出波形畸變的節(jié)能型交流調(diào)壓驅(qū)動器,具體地說是一種正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器。
背景技術(shù)
目前的正弦波交流電源調(diào)壓裝置,主要是由可控硅組成,而可控硅在交流調(diào)壓過程中普遍存在調(diào)壓輸出波形畸變、諧波干擾嚴(yán)重的問題,其原因是可控硅的控制極只能觸發(fā)導(dǎo)通,不能觸發(fā)關(guān)斷,可控硅導(dǎo)通后只有使可控硅的電流小于維持導(dǎo)通的最小值時才能關(guān)斷(在交流電源中過零自動關(guān)斷),由于可控硅的這一工作特性,因此很難對正弦波交流電源波形作技術(shù)處理,所以可控硅對正弦波交流電源調(diào)壓,只能采取在相應(yīng)的相位角中觸發(fā)導(dǎo)通的方法進(jìn)行調(diào)壓,這雖然達(dá)到了調(diào)壓的目的,但輸出的波形已不再是完整的正弦波交流電源,也就是當(dāng)前相位角(導(dǎo)通角)之前的電源電壓波形已經(jīng)丟失導(dǎo)致電源波形嚴(yán)重地畸變,更嚴(yán)重的是可控硅導(dǎo)通的瞬間會產(chǎn)生大量的諧波電流電壓注入電網(wǎng)干擾用電設(shè)備,同時該諧波要消耗掉很多能量。
目前半導(dǎo)體功率開關(guān)管器件特別是MOSFET、IGBT等類型的功率開關(guān)管有了很高的進(jìn)步,現(xiàn)有功率開關(guān)管本身在正弦波交流電源調(diào)壓裝置中應(yīng)用,只要設(shè)計合理,完全能勝任并能可靠地運(yùn)行,但是此類功率開關(guān)管應(yīng)用技術(shù)要求高,特別是高頻率應(yīng)用時。如果設(shè)計的成熟性不夠,盡管調(diào)壓輸出波形能得到改善,但也會帶來新的問題開關(guān)管功耗(溫升)高(往往是為了消除干擾造成的),直接導(dǎo)致電能耗增大,效率變低,工作運(yùn)行時的可靠性變差、諧波還是嚴(yán)重、電路復(fù)雜,成本很高、調(diào)壓過程中輸出電壓響應(yīng)慢,特別是降壓操作過程、輸出波形對稱性差,這樣會導(dǎo)致非阻性負(fù)載設(shè)備發(fā)熱、工作不穩(wěn)定等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的可控硅調(diào)壓電路存在的波形畸變以及功率開關(guān)管調(diào)壓電路存在的功耗大、電路復(fù)雜的問題,設(shè)計一種基于集成電路芯片控制技術(shù)的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,它包括調(diào)壓/換向電路1、濾波/調(diào)壓輸出電路2、續(xù)流/反向抑制電路3、調(diào)壓控制芯片5,其特征是調(diào)壓控制芯片5通過光電耦合電路4接調(diào)壓/換向電路1的各對應(yīng)控制端,調(diào)壓/換向電路1的電源輸入端接市電電源,調(diào)壓/換向電路1的輸出接濾波/調(diào)壓輸出電路2輸入端,濾波/調(diào)壓輸出電路2的輸出一路接調(diào)壓/換向電路1的市電電源輸入端,另一路接續(xù)流/反向抑制電路3的輸入端,續(xù)流/反向抑制電路3的輸出接調(diào)壓/換向電路1的續(xù)流輸入端。
其中所述的調(diào)壓/換向電路1可由開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4,電感L1、L4組成,它的續(xù)流輸入端從開關(guān)管Q2、Q3的漏極引出接續(xù)流/反向抑制電路3,它的電源輸入端從開關(guān)管Q1、Q4的漏極引出,分別接市電電源的兩端L_IN和N_IN,其控制端分別從開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4柵極引出,并通過各自電阻網(wǎng)絡(luò)及光電耦合電路4接調(diào)壓控制芯片5的對應(yīng)輸出端,調(diào)壓/換向電路1的輸出分別從開關(guān)管Q1、Q2的公共源極端和開關(guān)管Q3、Q4的公共源極端引出,并分別經(jīng)電感L1、L4得到兩輸出端L_OUT、N_OUT,它們接濾波/調(diào)壓輸出電路2。
所述的調(diào)壓/換向電路1還可由開關(guān)管Q1′-Q5′、電感L1′組成,它的續(xù)流輸入端從開關(guān)管Q1′的源極引出接續(xù)流/反向抑制電路3的輸出端,它的電源輸入端從Q1′漏極引出通過橋式整流塊D1′-D4′接市電電源的兩端L_IN和N_IN,其控制端分別從開關(guān)管Q1′-Q5′的柵極引出,并分別通過各自電阻網(wǎng)絡(luò)及光電耦合電路4接調(diào)壓控制芯片5的對應(yīng)輸出端,調(diào)壓/換向電路1的輸出分別從開關(guān)管Q2′、Q3′的源極引出,得到兩調(diào)壓輸出端L_OUT、N_OUT,它們接濾波/調(diào)壓輸出電路2。
所述的濾波/調(diào)壓輸出電路2可由二極管D1、D4和電容C3串聯(lián)構(gòu)成,它的輸入從電容C3兩端引出接調(diào)壓/換向電路1的輸出即L-OUT、N-OUT,它的輸出分別從二極管D1、D4的正、負(fù)極引出,其中二極管D1、D4的兩負(fù)極輸出端接市電電源的兩端L-IN、N-IN,形成交流回路,二極管D1、D4的兩正極輸出端接續(xù)流/反向抑制電路3。
所述的濾波/調(diào)壓輸出電路2還可由電容C3′構(gòu)成,它的輸入、輸出端均為L_OUT、N_OUT,且輸入端L_OUT、N_OUT分別通過調(diào)壓/換向電路1中開關(guān)管Q4′、Q5′的漏、源極直接接續(xù)流/反向抑制電路3,同時通過橋式整流塊D1′-D4′接市電電源的兩端L_IN、N_IN,形成交流回路。
所述的續(xù)流/反向抑制電路3可分別由電感L2、L3及與之相應(yīng)串聯(lián)的二極管D2、D3構(gòu)成,其輸入分別從電感L2、L3的一端引出,并分別接濾波/調(diào)壓輸出電路2的兩輸出端即二極管D4、D1的正極,其輸出分別從二極管D2、D3的負(fù)極引出,接入調(diào)壓/換向電路1中的相應(yīng)續(xù)流輸入端,即開關(guān)管Q2、Q3的漏極。
所述的續(xù)流/反向抑制電路3還可由二極管D5′和電感L2′串聯(lián)構(gòu)成,其輸入從電感L2′的一端引出通過開關(guān)管Q4′、Q5′的源、漏極接濾波/調(diào)壓輸出電路2的輸出即L_OUT、N_OUT,其輸出從二極管D5′的負(fù)極引出接調(diào)壓/換向電路1的續(xù)流輸入端即開關(guān)管Q1′的源極。
所述的調(diào)壓控制芯片5為集成電路控制芯片,它包括電源單元、時鐘源單元、復(fù)位信號單元、狀態(tài)顯示單元、工作方式選擇單元、調(diào)壓數(shù)據(jù)并(串)行輸入接口單元、超溫保護(hù)單元、過載短路保護(hù)單元、相位信號檢測單元、調(diào)壓控制輸出單元、續(xù)流控制輸出單元、換向控制輸出單元,共12個工作單元。
所述的調(diào)壓控制芯片5的工作方式選擇,有一四路編碼輸入口A0、A1、A2、A3,其編碼值分別對應(yīng)停止工作、非換向交流單相工作方式、非換向交流雙相同步工作方式、非換向交流雙相非同步工作方式、非換向交流三相同步工作方式、非換向交流三相非同步工作方式、換向交流單相工作方式、換向交流雙相同步工作方式、換向交流雙相非同步工作方式、換向交流三相同步工作方式、換向交流三相非同步工作方式、直流單組工作方式、直流同步雙組工作方式、直流同步三組工作方式、直流非同步雙組工作方式、直流非同步三組工作方式,共16種工作方式。
所述的調(diào)壓控制芯片5的相位信號檢測單元為一三路交流電壓相位檢測端口,檢測正弦波交流電源電壓波形相位,控制各輸出口的輸出狀態(tài),從而控制相應(yīng)調(diào)壓/換向電路1中的開關(guān)管工作或關(guān)閉;調(diào)壓數(shù)據(jù)并(串)行輸入接口,通過輸入相應(yīng)控制值控制輸出電壓的高低或讀取報警內(nèi)容的具體數(shù)據(jù);調(diào)壓控制輸出單元為三路輸出,可輸出調(diào)寬脈沖(PWM)控制信號電壓,控制調(diào)壓/換向電路1中的開關(guān)管,得到同步或異步調(diào)壓電壓輸出,其輸出方式受工作方式選擇單元控制;續(xù)流控制輸出單元為三路輸出,控制續(xù)流回路中的開關(guān)管,并受相位信號檢測端的信號控制,使其同步于調(diào)壓主回路正負(fù)半周交替工作;換向控制輸出單元為三路輸出,控制換向開關(guān)管的工作狀態(tài)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)正弦波交流電源的正負(fù)半周調(diào)壓回路嚴(yán)格對稱,從而確保了調(diào)壓電源輸出波形不失真;(2)由于正負(fù)半周調(diào)壓回路是對稱的,因此能確保正負(fù)半周通過同樣的低通濾波器濾波后,加入到負(fù)載的電流電壓是沒有高頻成份的純正弦波;(3)本發(fā)明輸入側(cè)的分布電感很小,同時對高頻工作狀態(tài)下的器件嚴(yán)格地限制了它的浪涌電流,取消了開關(guān)管上的并聯(lián)電容緩沖電路在額定負(fù)載工作狀態(tài)下的充放電,使得開關(guān)管的損耗極小,只需很小的散熱裝置,不僅節(jié)省了散熱材料,減少了本發(fā)明的體積,而且進(jìn)一步節(jié)省了電能,提高了效率。同時開關(guān)管在低功耗下工作,使得工作時的安全性得到了進(jìn)一步的提升;(4)本發(fā)明采用集成電路控制芯片實施調(diào)壓控制,使電路結(jié)構(gòu)簡單,動態(tài)穩(wěn)定性好;(5)解決了正弦波交流電源調(diào)壓輸出波形的畸變、諧波干擾以及因諧波帶來的電能損耗,大幅度地降低了開關(guān)管工作時的溫度,因此提高了開關(guān)管的應(yīng)用效率,同時體積減小,降低了成本。
(6)本發(fā)明適用于大小功率的各類調(diào)壓裝置,因而應(yīng)用范圍十分廣泛。


圖1是本發(fā)明的電原理結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明的電原理圖之一。
圖3是本發(fā)明的電原理圖之二。
圖4是本發(fā)明的集成電路式調(diào)壓控制芯片的原理框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)構(gòu)附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實施例一。
如圖1所示,本發(fā)明的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,它包括調(diào)壓/換向電路1、濾波/調(diào)壓輸出電路2、續(xù)流/反向抑制電路3、光電耦合電路4、調(diào)壓控制芯片5,調(diào)壓控制芯片5通過光電耦合電路4接調(diào)壓/換向電路1的控制端,調(diào)壓/換向電路1的輸出接濾波/調(diào)壓輸出電路2輸入端,濾波/調(diào)壓輸出電路2的輸出一路接調(diào)壓/換向電路1的電源輸入端,另一路接續(xù)流/反向抑制電路3的輸入端,續(xù)流/反向抑制電路3的輸出接調(diào)壓/換向電路1的續(xù)流輸入端。
圖2給出了本發(fā)明的一個電原理圖。其中調(diào)壓/換向電路1由開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4,電感L1、L4組成,電容C1、穩(wěn)壓二極管Z1、Z2及電容C2、穩(wěn)壓二極管Z3、Z4分別構(gòu)成開關(guān)管Q1、Q4的過載或短路保護(hù)電路。它的續(xù)流輸入端從開關(guān)管Q2、Q3的漏極引出,接續(xù)流/反向抑制電路3,它的電源輸入端從開關(guān)管Q1、Q4的漏極引出,分別接市電電源的兩端L-IN和N-IN,其控制端分別從開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4柵極引出,并通過各自電阻網(wǎng)絡(luò)及光電耦合電路4接調(diào)壓控制芯片5(該芯片可用現(xiàn)有集成電路寫入特定軟件制成,詳見后續(xù)說明,該芯片功能的實現(xiàn)可由FPGA器件即現(xiàn)場可編程門陣列,通過硬件描述語言編程燒錄到FPGA器件中實現(xiàn))的對應(yīng)輸出端,調(diào)壓/換向電路1的輸出分別從開關(guān)管Q1、Q2的公共源極端和開關(guān)管Q3、Q4的公共源極端引出,并分別經(jīng)電感L1、L4得到兩輸出端L_OUT、N_OUT,它們接濾波/調(diào)壓輸出電路2。
濾波/調(diào)壓輸出電路2主要由二極管D1、D4和電容C3串聯(lián)支路構(gòu)成,它的輸入從電容C3兩端引出,接調(diào)壓/換向電路1的輸出即L-OUT、N-OUT,它的輸出分別從二極管D1、D4的正、負(fù)極引出,其中二極管D1、D4的兩負(fù)極輸出端接市電電源的兩端L_IN、N_IN,形成交流回路,二極管D1、D4的兩正極輸出端接續(xù)流/反向抑制電路3。
續(xù)流/反向抑制電路3由電感L2、L3及與之相應(yīng)串聯(lián)的二極管D2、D3構(gòu)成,其輸入分別從電感L2、L3的一端引出,并分別接濾波/調(diào)壓輸出電路2的兩輸出端即D4、D1的正極,其輸出分別從二極管D2、D3的負(fù)極引出,接調(diào)壓/換向電路1中的續(xù)流輸入端即開關(guān)管Q2、Q3的漏極。
其工作原理如下圖2中對稱的二組工作單元分別控制完成正弦波交流電源的正負(fù)半周調(diào)壓工作,圖中的接點L_IN和N_IN是正弦波交流電源輸入連接點,L_OUT和N_OUT是正弦波交流電源調(diào)壓輸出,連接負(fù)載。當(dāng)電流從L_IN流向N_IN半周時,開關(guān)管Q1、Q2工作,Q3、Q4關(guān)閉,當(dāng)電流從N_IN流向L_IN半周時,開關(guān)管Q3、Q4工作,Q1、Q2關(guān)閉。它們的工作狀態(tài)受調(diào)壓控制芯片5輸出的調(diào)壓控制信號由光電耦合電路4耦合后進(jìn)行控制。
當(dāng)電流從L_IN流向N_IN的半周時,其工作單元的組成是(以下簡稱正半周)L_IN(輸入)、開關(guān)管Q1(調(diào)壓控制)、電感L1、負(fù)載(L_OUT至N_OUT)、二極管D4、N_IN(輸出),它們構(gòu)成調(diào)壓主回路;電感L1的感生電流經(jīng)負(fù)載(L_OUT至N_OUT)、電感L2、二極管D2、開關(guān)管Q2續(xù)流(電感感生電流的放電過程,簡稱續(xù)流);電感L1、電容C3、負(fù)載、二極管D4組成正半周低通濾波器。
當(dāng)電流從N_IN流向L_IN的半周時,其工作單元的組成是(以下簡稱負(fù)半周)N_IN(輸入)、開關(guān)管Q4(調(diào)壓控制)、電感L4、負(fù)載(N_OUT至L_OUT)、二極管D1、L_IN(輸出),它們構(gòu)成調(diào)壓主回路;電感L4的感生電流經(jīng)負(fù)載(N_OUT至L_OUT)、電感L3、二極管D3、開關(guān)管Q3續(xù)流;電感L4、電容C3、負(fù)載、二極管D1組成負(fù)半周低通濾波器。
正負(fù)半周工作單元在控制芯片的控制作用下,隨電源電壓波形的變化正負(fù)半周交替工作,正半周時,Q1和Q2工作,Q3和Q4關(guān)閉;負(fù)半周時,Q1和Q2關(guān)閉,Q3和Q4工作。
圖2中插入的波形圖(輸入電源波形、調(diào)壓波形、調(diào)壓輸出波形)是本發(fā)明電路工作時波形變換的基本過程。開關(guān)管Q1、Q4在調(diào)壓控制芯片5輸出的高頻調(diào)寬脈沖控制電壓的控制下,輸出高頻脈沖電流,分別經(jīng)由電感L1、電容C3、負(fù)載、二極管D4和電感L4、電容C3、負(fù)載、二極管D1實施正負(fù)半周低通濾波,再加上電感L1、L4感生電流的續(xù)流作用以及電感L2、L3對二極管D2、D3反向恢復(fù)浪涌電流的阻斷,有效消除了諧波干擾以及因諧波帶來的電能損耗,使電能量被負(fù)載充分吸收,達(dá)到了提高效率、調(diào)壓輸出波形跟隨電源輸入波形不失真的目的。
圖2中,G1、S1是開關(guān)管Q1的控制極回路,經(jīng)光電隔離驅(qū)動器連接到控制芯片的調(diào)壓控制輸出接口;G2、S1是開關(guān)管Q2控制極的回路,經(jīng)光電隔離連接到控制芯片的續(xù)流控制輸出接口;G4、S2是開關(guān)管Q4的控制極回路,經(jīng)光電隔離驅(qū)動器連接到控制芯片的調(diào)壓控制輸出接口;G3、S2是開關(guān)管Q3控制極的回路,經(jīng)光電隔離連接到控制芯片的續(xù)流控制輸出接口。
實施例二。
如圖3所示,它給出了在圖1中所示電原理框圖的另一具體實施方式

其中電原理框圖中的調(diào)壓/換向電路1由開關(guān)管Q1′-Q5′,電感L1′組成,它的續(xù)流輸入端從開關(guān)管Q1′的源極引出接續(xù)流/反向抑制電路3的輸出端,它的電源輸入端從Q1′漏極引出,通過橋式整流塊D1′-D4′接市電電源的兩端L-IN和N-IN,其控制端分別從開關(guān)管Q1′-Q5′的柵極引出,并通過各自電阻網(wǎng)絡(luò)及光電耦合電路4接調(diào)壓控制芯片5(該芯片可用現(xiàn)有集成電路寫入特定軟件制成,該芯片功能的實現(xiàn)可由FPGA器件即現(xiàn)場可編程門陣列,通過硬件描述語言編程燒錄到FPGA器件中實現(xiàn))的對應(yīng)輸出端,調(diào)壓/換向電路1的輸出分別從開關(guān)管Q2′、Q3′的源極引出得到兩調(diào)壓輸出端L-OUT、N-OUT,它們接濾波/調(diào)壓輸出電路2。
電原理框圖中的濾波/調(diào)壓輸出電路2由電容C3′構(gòu)成,它的輸入、輸出端均為L-OUT、N-OUT,且輸入端L_OUT、N_OUT分別通過調(diào)壓/換向電路1中開關(guān)管Q4′、Q5′的漏、源極直接接續(xù)流/反向抑制電路3,同時通過橋式整流塊D1′-D4′接市電電源的兩端L_IN、N_IN,形成交流回路。
電原理框圖中的續(xù)流/反向抑制電路3由二極管D5′和電感L2′串聯(lián)構(gòu)成,其輸入從電感L2′的一端引出,通過開關(guān)管Q4′、Q5′的源、漏極接濾波/調(diào)壓輸出電路2的輸出即L-OUT、N-OUT,其輸出從二極管D5′的負(fù)極引出接調(diào)壓/換向電路1的續(xù)流輸入端即Q1′的源極。
其工作原理如下本發(fā)明對正弦波交流電源的正負(fù)半周調(diào)壓,是由單獨(dú)一個開關(guān)管Q1′完成調(diào)壓工作,正負(fù)半周分別經(jīng)二個對稱的輸出回路輸出,圖中的接點L_IN和N_IN是正弦波交流電源輸入連接點,L_OUT和N_OUT是調(diào)壓后的正弦波交流電源輸出,連接負(fù)載。當(dāng)電流從L_IN流向N_IN半周時(正半周),Q2′、Q5′工作,Q3′、Q4′關(guān)閉,當(dāng)電流從N_IN流向L_IN半周時(負(fù)半周),Q3′、Q4′工作,Q2′、Q5′關(guān)閉。它們的工作狀態(tài)同樣受調(diào)壓控制芯片5的控制。
圖中,電路的電源輸入是通過D1′、D2′、D3′、D4′組成的整流橋,使正負(fù)半周的電流定向流入開關(guān)管Q1′調(diào)壓,再通過開關(guān)管Q2′、Q3′、Q4′、Q5′四個開關(guān)管在調(diào)壓控制芯片5的控制信號控制下跟隨輸入正弦波交流電源電壓波形的相位,控制開或關(guān),換向還原成完整的正弦波交流電源調(diào)壓輸出。
當(dāng)電流從L_IN流向N_IN的半周時,其工作通路是(簡稱正半周)L_IN(輸入)、二極管D2′、開關(guān)管Q1′、電感L1′、開關(guān)管Q2′、負(fù)載(L_OUT至N_OUT)、開關(guān)管Q5′、二極管D3′、N_IN(輸出),它們構(gòu)成正半周調(diào)壓主回路(正半周工作時開關(guān)管Q3′和Q4′處于關(guān)閉狀態(tài));電感L1′的感生電流經(jīng)開關(guān)管Q2′、負(fù)載(從L_OUT至N_OUT)、開關(guān)管Q5′、電感L2′、二極管D5′構(gòu)成續(xù)流電路;電感L1′、電容C2′、開關(guān)管Q2′、電容C3′、負(fù)載(從L_OUT至N_OUT)、開關(guān)管Q5′和二極管D3′組成正半周低通濾波回路。
當(dāng)電流從N-IN流向L-IN的半周時,其工作通路是(簡稱負(fù)半周)N_IN(輸入)、二極管D1′、開關(guān)管Q1′、電感L1′、開關(guān)管Q3′、負(fù)載(N_OUT至L_OUT)、開關(guān)管Q4′、二極管D4′、L_IN(輸出),它們構(gòu)成負(fù)半周調(diào)壓主回路(負(fù)半周工作時Q2′和Q5′處于關(guān)閉狀態(tài));電感L1′的感生電流經(jīng)開關(guān)管Q3′、負(fù)載、開關(guān)管Q4′、電感L2′、二極管D5′構(gòu)成續(xù)流電路;電感L1′、電容C2′、開關(guān)客Q3′、電容C3′、負(fù)載、開關(guān)管Q4′、二極管D4′組成負(fù)半周低通濾波回路。
圖中插入的波形圖(輸入電源波形、定向脈動波形、調(diào)壓輸出波形)是本發(fā)明的電路工作時波形變換的基本過程,開關(guān)管Q1′在調(diào)壓控制芯片5輸出的高頻調(diào)寬脈沖控制電壓的控制下,輸出高頻脈沖電流,分別經(jīng)由電感L1′、電容C2′、開關(guān)管Q2′、電容C3′、負(fù)載、二極管D3′、開關(guān)管Q5′以及由電感L1′、電容C2′、開關(guān)管Q3′、電容C3′、負(fù)載、開關(guān)管Q4′、二極管D4′組成的低通濾波器進(jìn)行正負(fù)半周低通濾波,再加上電感L1′的感生電流的續(xù)流作用以及電感L2′對二極管D5′反向恢復(fù)浪涌電流的阻斷,消除了諧波干擾以及因諧波帶來的電能損耗,使電能量被負(fù)載充分吸收,達(dá)到了提高效率、調(diào)壓輸出波形跟隨電源輸入波形不失真的目的。
電路中G1′、S1′是開關(guān)管Q1′的控制極回路,經(jīng)光電耦合電路連接到調(diào)壓控制芯片5的調(diào)壓控制相應(yīng)輸出接口;G2′、S2′,G3′、S3′,G4′、S4′和G5′、S4′分別是開關(guān)管Q2′、Q3′、Q4′和Q5′的控制極回路,分別經(jīng)各自的光電耦合電路4連接到調(diào)壓控制芯片5的各相應(yīng)換向控制輸出接口;電容C1′、穩(wěn)壓二極管Z1′、Z2′構(gòu)成輸出過載或輸出短路時的保護(hù)電路,對開關(guān)管Q1′進(jìn)行保護(hù)。
上述實施例一、二中所涉及的調(diào)壓控制芯片5為一集成電路控制芯片,可采用Xilinx公司生產(chǎn)的XC4000系列FPGA器件或其它公司的FPGA器件,加以輔助電路編程實現(xiàn),也可參照圖4,制成非FPGA器件的專用集成電路加以實現(xiàn)。圖4所示的控制芯片是專門用來控制圖2和圖3中的調(diào)壓換向電路而設(shè)計的,該芯片通過[工作方式選擇]的設(shè)定,可適用于交流或直流電源,單路、多路同步或非同步調(diào)壓控制輸出。控制芯片內(nèi)部由電源單元、時鐘源單元、復(fù)位信號單元、狀態(tài)顯示單元、工作方式選擇單元、調(diào)壓數(shù)據(jù)并(串)行輸入接口單元、超溫保護(hù)單元、過載(短路)保護(hù)單元、相位信號檢測單元、調(diào)壓控制輸出單元、續(xù)流控制輸出單元、換向控制輸出單元共12個工作單元組成。各主要單元的功能如下工作方式選擇引腳名A0、A1、A2、A3、CE2。
功能由A0、A1、A3、A3的組合編碼,實現(xiàn)不同工作方式的控制。
CE2是工作方式設(shè)定的使能,當(dāng)給其一個前沿觸發(fā)信號時,當(dāng)前組合編碼數(shù)據(jù)寫入內(nèi)部。
編碼功能如下A3、A2、A1、A0=0000停止工作,在此狀態(tài)下通過調(diào)壓數(shù)據(jù)并(串)輸入接口,輸入相位角補(bǔ)償值;A3、A2、A1、A0=0001非換向交流單相工作方式;A3、A2、A1、A0=0010非換向交流雙相同步工作方式;A3、A2、A1、A0=0011非換向交流雙相非同步工作方式A3、A2、A1、A0=0100非換向交流三相同步工作方式;A3、A2、A1、A0=0101非換向交流三相非同步工作方式;A3、A2、A1、A0=0110換向交流單相工作方式;A3、A2、A1、A0=0111換向交流雙相同步工作方式;A3、A2、A1、A0=1000換向交流雙相非同步工作方式;A3、A2、A1、A0=1001換向交流三相同步工作方式;A3、A2、A1、A0=1010換向交流三相非同步工作方式;A3、A2、A1、A0=1011直流單組工作方式;
A3、A2、A1、A0=1100直流同步雙組工作方式;A3、A2、A1、A0=1101直流同步三組工作方式;A3、A2、A1、A0=1110直流非同步雙組工作方式;A3、A2、A1、A0=1111直流非同步三組工作方式。
相位信號檢測引腳名LA、NA;LB、NB;LC、NC三組(A組、B組、C組)連接到相位檢測傳感器;功能在交流工作狀態(tài)下檢測當(dāng)前正弦波交流電源電壓波形的相位,控制各輸出口的輸出狀態(tài),從而控制調(diào)壓/換向電路中對應(yīng)回路的開關(guān)管工作或關(guān)閉;內(nèi)部具有正負(fù)1-12度的相位角補(bǔ)償,補(bǔ)償數(shù)據(jù)通過調(diào)壓數(shù)據(jù)并(串)行輸入接口輸入相位角補(bǔ)償值,起到調(diào)壓輸出正負(fù)半周交域不失真的目的;調(diào)壓數(shù)據(jù)并(串)行輸入接口引腳名(D0-D7)8位數(shù)據(jù)雙向并行口;TDI(雙向串行數(shù)據(jù)線);TCK(雙向串行時鐘線);WE(寫數(shù)據(jù)使能,并串有效);RD(INT有效時,讀數(shù)據(jù)使能,并串有效);CE1(寫數(shù)據(jù)允許,并串有效);P\S(并口或串口選擇);G\R(復(fù)位后,低電平時電源調(diào)壓輸出軟起動,高電平時電源調(diào)壓輸出值直接跟隨調(diào)壓數(shù)據(jù));功能該接口功能是通過并行口或串行口輸入當(dāng)前電源電壓輸出的數(shù)據(jù)值“0到255”,輸入數(shù)據(jù)的大小直接控制輸出電壓的高低;在有故障報警信號(INT低電平)時,從并行口或串行口讀取報警內(nèi)容的具體數(shù)據(jù);在工作方式選擇的編碼設(shè)定為“0000”有效時,(INT高電平狀態(tài)時)從并行口或串行口輸入正負(fù)相位角補(bǔ)償值。
時鐘源引腳名CLK,接外部晶體振蕩器;功能是該芯片的內(nèi)部時鐘源。
復(fù)位信號引腳名RESET;
功能低電平復(fù)位時,內(nèi)部初始化,同時停止所有輸出口工作。
過載(短路)保護(hù)引腳名AI、BI、CI,連接到外部獨(dú)立的三路過載(短路)檢測傳感器;功能對各自正在工作的回路,過載或短路實時檢測,過載或短路時立即關(guān)閉對應(yīng)的輸出,內(nèi)部有(延時自動調(diào)整)限流重起動輸出功能,確保開關(guān)管的安全。
超溫保護(hù)引腳名T1、T2、T3,連接到外部獨(dú)立的溫度檢測傳感器;功能對各自正在工作的回路,超溫實時檢測,超溫時立即關(guān)閉對應(yīng)的調(diào)壓驅(qū)動回路,延時(檢測)重起動。
工作狀態(tài)指示引腳名INT、A_LED、B_LED、C_LED;功能各檢測口檢測到過載、短路、超溫時,INT引腳立即輸出低電平(報警信號),此時通過[調(diào)壓數(shù)據(jù)并(串)輸入接口]的并行口或串行口,(發(fā)RD讀信號)就可以從并行口或串行口讀到當(dāng)前故障的具體內(nèi)容;A_LED、B_LED、C_LED外接LED指示燈,各自獨(dú)立指示A、B、C三個回路,工作正常時對應(yīng)回路的指示燈常亮、過載或短路時對應(yīng)回路的指示燈頻閃、超溫時對應(yīng)的指示燈滅燈、正常工作時輸出電壓調(diào)到等于零時滅燈。
調(diào)壓控制輸出引腳名L_A、N_A(A組);L_B、N_B(B組);L_C、N_C(C組),三組可同步或非同步調(diào)壓電壓輸出;功能該控制輸出口輸出調(diào)寬脈沖(PWM)控制信號電壓,控制調(diào)壓/換向主回路中的開關(guān)管,該控制輸出端口由[工作方式選擇]決定它的輸出工作方式,在正弦波交流電源工作方式下,各組的L端和N端受相位信號檢測的控制,跟隨輸入電源電壓的正負(fù)半周交替工作,在圖3電路中或直流工作時,各組L端有效,各組N端高阻。
續(xù)流控制輸出引腳名LA_I、NA_I(A組);LB_I、NB_I(B組);LC_I、NC_I(C組)三組;
功能該控制輸出口在圖2工作方式下是控制續(xù)流回路中的開關(guān)管,各組的L端和N端在相位信號檢測的控制下,同步于對應(yīng)的調(diào)壓主回路正負(fù)半周交替工作;在圖3或直流工作方式下,各組只選用L端(或不用),各組的N端高阻狀態(tài),輸出工作方式由[工作方式選擇]決定。
換向控制輸出引腳名LA_K1、LA_K2、NA_K1、NA_K2(A組);LB_K1、LB_K2、NB_K1、NB_K2(B組);LC_K1、LC_K2、NC_K1、NC_K2(C組)。
功能該控制輸出口是控制換向開關(guān)管,在正弦波交流電源工作方式下各組的L端和N端受相位信號檢測的控制,同步于輸入電源電壓的正負(fù)半周,開關(guān)管交替工作;在直流工作方式下各組只選用L端(或不用),各組的N端高阻狀態(tài),輸出工作方式由[工作方式選擇]決定。
電源引腳下名VCC1、VCC2、GND(連接外部供電電源);功能該芯片電源輸入接口。
權(quán)利要求
1.一種正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,它包括調(diào)壓/換向電路(1)、濾波/調(diào)壓輸出電路(2)、續(xù)流/反向抑制電路(3)、調(diào)壓控制芯片(5),其特征是調(diào)壓控制芯片(5)通過光電耦合電路(4)接調(diào)壓/換向電路(1)的各對應(yīng)控制端,調(diào)壓/換向電路(1)的電源輸入端接市電電源,調(diào)壓/換向電路(1)的輸出接濾波/調(diào)壓輸出電路(2)輸入端,濾波/調(diào)壓輸出電路(2)的輸出一路接調(diào)壓/換向電路(1)的市電電源輸入端,另一路接續(xù)流/反向抑制電路(3)的輸入端,續(xù)流/反向抑制電路(3)的輸出接調(diào)壓/換向電路(1)的續(xù)流輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,其特征是所述的調(diào)壓/換向電路(1)由開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4,電感L1、L4組成,它的續(xù)流輸入端從開關(guān)管Q2、Q3的漏極引出接續(xù)流/反向抑制電路(3),它的電源輸入端從開關(guān)管Q1、Q4的漏極引出,分別接市電電源的兩端L-IN和N-IN,其控制端分別從開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4柵極引出,并通過各自電阻網(wǎng)絡(luò)及光電耦合電路(4)接調(diào)壓控制芯片(5)的對應(yīng)輸出端,調(diào)壓/換向電路(1)的輸出分別從開關(guān)管Q1、Q2的公共源極端和開關(guān)管Q3、Q4的公共源極端引出,并分別經(jīng)電感L1、L4得到兩輸出端L-OUT、N-OUT,它們接濾波/調(diào)壓輸出電路(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,其特征是所述的調(diào)壓/換向電路(1)由開關(guān)管Q1′-Q5′、電感L1′組成,它的續(xù)流輸入端從開關(guān)管Q1′的源極引出接續(xù)流/反向抑制電路(3)的輸出端,它的電源輸入端從Q1′漏極引出通過橋式整流塊D1′-D4′接市電電源的兩端L-IN和N-IN,其控制端分別從開關(guān)管Q1′-Q5′的柵極引出,并分別通過各自電阻網(wǎng)絡(luò)及光電耦合電路(4)接調(diào)壓控制芯片(5)的對應(yīng)輸出端,調(diào)壓/換向電路(1)的輸出分別從開關(guān)管Q2′、Q3′的源極引出,得到兩調(diào)壓輸出端L-OUT、N-OUT,它們接濾波/調(diào)壓輸出電路(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,其特征是所述的濾波/調(diào)壓輸出電路(2)由二極管D1、D4和電容C3串聯(lián)構(gòu)成,它的輸入從電容C3兩端引出接調(diào)壓/換向電路(1)的輸出即L-OUT、N-OUT,它的輸出分別從二極管D1、D4的正、負(fù)極引出,其中二極管D1、D4的兩負(fù)極輸出端接市電電源的兩端L-IN、N-IN,形成交流回路,二極管D1、D4的兩正極輸出端接續(xù)流/反向抑制電路(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,其特征是所述的濾波/調(diào)壓輸出電路(2)由電容C3′構(gòu)成,它的輸入、輸出端均為L-OUT、N-OUT,且輸入端L-OUT、N-OUT分別通過調(diào)壓/換向電路(1)中開關(guān)管Q4′、Q5′的漏、源極直接接續(xù)流/反向抑制電路(3),同時通過橋式整流塊D1′-D4′接市電電源的兩端L-IN、N-IN,形成交流回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,其特征是所述的續(xù)流/反向抑制電路(3)分別由電感L2、L3及與之相應(yīng)串聯(lián)的二極管D2、D3構(gòu)成,其輸入分別從電感L2、L3的一端引出,并分別接濾波/調(diào)壓輸出電路(2)的兩輸出端即二極管D4、D1的正極,其輸出分別從二極管D2、D3的負(fù)極引出,接入調(diào)壓/換向電路(1)中的相應(yīng)續(xù)流輸入端,即開關(guān)管Q2、Q3的漏極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,其特征是所述的續(xù)流/反向抑制電路(3)由二極管D5′和電感L2′串聯(lián)構(gòu)成,其輸入從電感L2′的一端引出通過開關(guān)管Q4′、Q5′的源、漏極接濾波/調(diào)壓輸出電路(2)的輸出即L-OUT、N-OUT,其輸出從二極管D5′的負(fù)極引出接調(diào)壓/換向電路(1)的續(xù)流輸入端即開關(guān)管Q1′的源極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,其特征是所述的調(diào)壓控制芯片(5)為集成電路控制芯片,它包括電源單元、時鐘源單元、復(fù)位信號單元、狀態(tài)顯示單元、工作方式選擇單元、調(diào)壓數(shù)據(jù)并(串)行輸入接口單元、超溫保護(hù)單元、過載(短路)保護(hù)單元、相位信號檢測單元、調(diào)壓控制輸出單元、續(xù)流控制輸出單元、換向控制輸出單元共12個工作單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8述的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,其特征是所述的調(diào)壓控制芯片(5)的工作方式選擇,有一四路編碼輸入口A0、A1、A2、A3,其編碼值分別對應(yīng)停止工作、非換向交流單相工作方式、非換向交流雙相同步工作方式、非換向交流雙相非同步工作方式、非換向交流三相同步工作方式、非換向交流三相非同步工作方式、換向交流單相工作方式、換向交流雙相同步工作方式、換向交流雙相非同步工作方式、換向交流三相同步工作方式、換向交流三相非同步工作方式、直流單組工作方式、直流同步雙組工作方式、直流同步三組工作方式、直流非同步雙組工作方式、直流非同步三組工作方式共16種工作方式。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,其特征是所述的調(diào)壓控制芯片(5)的相位信號檢測單元為一三路交流電壓相位檢測端口,檢測正弦波交流電源電壓波形的相位,控制各輸出口的輸出狀態(tài),從而控制相應(yīng)調(diào)壓/換向電路(1)中的開關(guān)管工作或關(guān)閉;調(diào)壓數(shù)據(jù)并(串)行輸入接口,通過輸入相應(yīng)控制值控制輸出電壓的高低或讀取報警內(nèi)容的具體數(shù)據(jù);調(diào)壓控制輸出單元為三路輸出,輸出調(diào)寬脈沖(PWM)控制信號電壓,控制調(diào)壓/換向電路(1)中的開關(guān)管,得到同步或異步調(diào)壓電壓輸出,其輸出方式受工作方式選擇單元控制;續(xù)流控制輸出單元為三路輸出,控制續(xù)流回路中的開關(guān)管,并受相位信號檢測端的信號控制,使其同步于調(diào)壓主回路正負(fù)半周交替工作;換向控制輸出單元為三路輸出,控制換向開關(guān)管的工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正弦波交流電源調(diào)壓驅(qū)動器,系針對現(xiàn)有可控硅調(diào)壓電路存在的波形畸變以及功率開關(guān)管調(diào)壓電路存在的功耗大、電路復(fù)雜的問題而設(shè)計,它包括調(diào)壓/換向電路(1)、濾波/調(diào)壓輸出電路(2)、續(xù)流/反向抑制電路(3)、光電耦合電路(4)、調(diào)壓控制芯片(5),其特征是調(diào)壓控制芯片(5)通過光電耦合電路(4)接調(diào)壓/換向電路(1)的控制端,調(diào)壓/換向電路(1)的輸出接濾波/調(diào)壓輸出電路(2)輸入端,濾波/調(diào)壓輸出電路(2)的輸出一路接調(diào)壓/換向電路(1)的電源輸入端,另一路接續(xù)流/反向抑制電路(3)的輸入端,續(xù)流/反向抑制電路(3)的輸出接調(diào)壓/換向電路(1)的續(xù)流輸入端。它具有輸出無波形畸變,體積小、節(jié)能的優(yōu)點。
文檔編號H02M5/293GK1917345SQ20061004132
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月14日
發(fā)明者韓臘生 申請人:韓臘生
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