[發明專利]一種交流斬波器

無效

• 申請號: 201010205026.1
• 申請日: 2010-06-18
• 公開（公告）號: CN102291005A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 曼蘇樂
• 申請（專利權）人: 上海威曼電氣科技發展有限公司
• 主分類號: H02M5/293
• 分類號: H02M5/293
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明涉及一種交流變換器裝置，特別是針對通過反饋交流電源電壓極性來控制開關切換順序實現功率轉換的交流斬波器裝置。

二、技術背景

相控整流技術作為一種比較成熟的交流調壓技術，已在許多場合取代電磁類調壓技術，獲得了廣泛應用。但是相控整流技術具有許多不可克服的缺陷，如受觸發角影響功率因數較低、動態響應速度慢、輸出低次諧波豐富以及嚴重的電網諧波電流污染等。近年來基于直流斬波器簡單拓撲的交流斬波器成為了一個新的研究熱點。交流斬波控制調壓技術具有僅取決于負載的功率因數、動態響應速度快、線性調壓范圍寬以及輸入輸出易于濾波和波形高度正弦化等優點，可應用于大功率、快速調壓等領域。

圖1是一種現有的斬波器的電路示意圖，開關K1、開關K2是一個全控開關器件，可以在任意時間開通和關斷。電感L₀是儲能器件，M為負載。當該斬波電路應用于DC/DC變換時，輸入電壓與輸出電流極性均不發生變化。電路工作時，首先開關K1開通，同時開關K2關斷，輸入電源通過開關K1向L₀充電，i_L按指數曲線增大。然后開關K1關斷，同時開關K2開通，電感L₀中的電流通過開關K2續流，i_L呈指數曲線下降。儲能電感L₀越大，電流i_L的波動越小。在DC/DC變換中，為了簡化電路，如圖2所示，開關K2也可以是一個二極管D，二極管的陰極接到開關K1與儲能電感L₀之間，二極管的陽極接輸入電源的負極。這樣，開關K1在開通對L₀充電時，二極管D反向偏置，沒有電流流過二極管D。開關K1關斷時，二極D管正向偏置，L₀中的電流通過二極管D續流。直流斬波電路的工作波形如圖3所示。

直流斬波器是工作在輸入電壓和輸出電流的一個象限中。將斬波器應用于AC/AC變換時，需要斬波器工作在輸入電壓與輸出電流的四個象限中，使用的開關必須是雙向的，這就需要更復雜的拓撲結構和開關控制方法。目前交流斬波器已經有很多拓撲結構和控制方法。圖4所示的電路拓撲就是一種比較受歡迎的交流斬波器拓撲。交流斬波器的調壓對象是交流電壓，為了能在電壓的正負半波都進行調制，開關必須是雙向可控的。圖4中，開關S1、開關S2、開關S3、開關S4為單向開關，它們分別由一個IGBT和一個二極管組成，二極管并聯于IGBT的集電極和發射極之間，二極管的陰極與IGBT的集電極連接，這一端定義為開關的陰極；二極管的陽極與IGBT的發射極連接，這一端定義為開關的陽極。那么，開關就可以控制從陰極到陽極方向的電流導通和關斷，而開關從陽極到陰極方向由于并聯了二極管，電流在這個方向始終導通，因此稱它們為單向開關。圖4中，由開關S1與開關S4組成一對雙向開關T1，由開關S2與開關S3組成一對雙向開關T2。其中開關S1的陽極與開關S2的陰極相連；開關S4的陽極與開關S3的陰極相連；開關S1和開關S4的陰極接輸入電壓源，電感的一端接向開關S1的陽極，電感的另一端接在負載M上，電感和負載部分稱為負載電路，負載M的另一端與開關S4的陽極連接，開關S1的陽極和開關S4的陽極為斬波器輸出端。當開關S1與開關S4導通時，電路工作在有源模式，根據電路電流的方向，或交流電源向負載電路充電或者負載電路向交流電源饋電，電路簡化圖如圖5(a)所示。當開關S2與開關S3導通時，電路工作在續流模式，電感通過負載續流放電，電路簡化圖如圖5(b)所示。如果采用某種開關控制策略，使電路在有源模式和續流模式之間切換時，就實現了對輸入電壓的斬波調壓。