[發(fā)明專利]單相后緣斬波調(diào)壓器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210300382.0
• 申請(qǐng)日: 2012-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN102780403A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盛永富;王建法;葛國強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州龍科電子有限公司
• 主分類號(hào): H02M5/293
• 分類號(hào): H02M5/293
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種交流電調(diào)壓器，尤其是一種正弦波過零導(dǎo)通、正弦波后邊緣關(guān)斷可控制的單相后緣斬波調(diào)壓器。

背景技術(shù)

大功率電力電子器件用于交流電調(diào)壓屬于具有廣泛發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用。目前的交流電壓調(diào)節(jié)裝置，除傳統(tǒng)的自耦調(diào)壓器外，還有油浸式調(diào)壓器，隔離調(diào)壓器，感應(yīng)調(diào)壓器，柱式電動(dòng)調(diào)壓器和晶閘管調(diào)壓器五種。自耦調(diào)壓器應(yīng)用較為廣泛。但是，自耦調(diào)壓器除了體積龐大、設(shè)備昂貴的缺點(diǎn)之外，在使用時(shí)動(dòng)觸頭會(huì)產(chǎn)生電弧，特別是負(fù)載較大時(shí)，更容易產(chǎn)生電弧，給生產(chǎn)作業(yè)帶來隱患。同時(shí)，自耦變壓器由于初次級(jí)直接連在一起，沒有隔離作用，低壓側(cè)也帶高壓電，容易發(fā)生危險(xiǎn)事故。其次，是以可控硅為核心器件構(gòu)成的電力調(diào)壓器裝置。可控硅調(diào)光器雖然電路簡單、成本低廉，但由于可控硅移相工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波干擾，若不采取有效的濾波措施，將會(huì)妨礙許多電器的使用。另外，可控硅調(diào)光器在開通時(shí)有一個(gè)很陡的前沿，電壓波形從零電壓突然跳高，這對(duì)白熾燈類電阻性負(fù)載的影響不大，但卻不適合氣體放電光源的調(diào)壓使用。因?yàn)槎鄶?shù)氣體放電光源都需要驅(qū)動(dòng)電路來配合工作，而驅(qū)動(dòng)電路是一種容性負(fù)載，可控硅調(diào)光器產(chǎn)生的電壓陡增會(huì)在容性負(fù)載上產(chǎn)生很大的浪涌電流，使電路工作不穩(wěn)定，甚至造成驅(qū)動(dòng)電路燒毀的故障。

目前的大功率電力半導(dǎo)體器件，尤其是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）、絕緣柵雙極型功率管（IGBT）在新能源、工業(yè)自動(dòng)化（高頻電焊機(jī)、高頻超聲波、逆變器、UPS/EPS、感應(yīng)加熱）領(lǐng)域已有了長足的發(fā)展，這些電力半導(dǎo)體器件在交流電調(diào)壓裝置中的應(yīng)用，在完善的工業(yè)電路設(shè)計(jì)下，能長期可靠穩(wěn)定運(yùn)行，甚至能超越可控硅的應(yīng)用范圍。特別是在高頻電路應(yīng)用領(lǐng)域，由于晶閘管特性為恢復(fù)阻斷，唯有使晶閘管的陽極電流減少到維持電流，使其內(nèi)部正反饋無法維持，晶閘管才會(huì)恢復(fù)阻斷，故晶閘管無法應(yīng)用。而MOSFET和IGBT通過投影一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)絕緣層上來影響流過晶體管的電流，所以其驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，飽和壓降低。隨著MOSFET和IGBT的生產(chǎn)工藝不斷成熟，其應(yīng)用大有趕超晶閘管之勢(shì)。但由于此類電力半導(dǎo)體器件的應(yīng)用技術(shù)要求水準(zhǔn)更高，若所設(shè)計(jì)的電氣原理不夠成熟，將會(huì)引起諸多問題：例如IGBT中存在有寄生晶閘管（MOS柵極的n+p-n-p+半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)），這就使得器件的最大工作電流要受到此寄生晶閘管閉鎖效應(yīng)的限制，雖采用陰極短路技術(shù)可以適當(dāng)?shù)販p弱這種不良影響，但仍將導(dǎo)致拖帶感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生發(fā)熱問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)目前的晶閘管調(diào)壓器電路原理中存在的嚴(yán)重的諧波干擾的問題，設(shè)計(jì)出一種基于MOSFET和IGBT功率器件的單相后緣斬波調(diào)壓器。

?本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種單相后緣斬波調(diào)壓器，包括同步檢測(cè)電路（1），脈沖波發(fā)生電路（2），隔離驅(qū)動(dòng)電路（3），工頻斬波電路（4），穩(wěn)壓反饋電路（5）相互連接。信號(hào)控制電路獲得0-10V、0-5V、4-20mA或電位器的控制信號(hào)后，經(jīng)晶體管放大獲得標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)。同步檢測(cè)電路（1）經(jīng)光耦檢測(cè)捕捉交流市電正弦波中的過零點(diǎn)，與前述標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)共同接入脈沖波發(fā)生電路（2）的輸入端。同時(shí)，穩(wěn)壓反饋電路（5）接在輸出負(fù)載兩端，當(dāng)市電發(fā)生波動(dòng)時(shí)，有穩(wěn)壓信號(hào)輸入脈沖波發(fā)生電路（2），影響脈沖波的振蕩周期。脈沖波發(fā)生電路（2）的輸出端與隔離驅(qū)動(dòng)電路（3）直接相連。隔離驅(qū)動(dòng)電路（3）核心器件為兩只NPN型三極管和兩只PNP型三極管。隔離驅(qū)動(dòng)電路（3）經(jīng)阻尼電阻推動(dòng)MOSFET1與MOSFET2（以下簡稱MOS1、MOS2）交替工作，輸出工頻后邊緣斬波電壓。工頻斬波電路（4）分別接市電電源與負(fù)載的一端，MOS1、MOS2的漏極接市電L和N，MOS1、MOS2的源極接感性負(fù)載或容性負(fù)載RL。負(fù)載上輸出波形為后邊緣可調(diào)的正弦波，通過對(duì)正弦波后邊緣關(guān)斷的控制，輸出波形為平均電壓隨信號(hào)而調(diào)節(jié)的后邊緣可調(diào)正弦波。

所述的后邊緣可調(diào)正弦波，從正弦波過零點(diǎn)開始連續(xù)全導(dǎo)通，輸出電壓隨正弦波形同步增加。根據(jù)信號(hào)控制功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管將正弦波在瞬間關(guān)斷。

所述的后邊緣可調(diào)正弦波，從正弦波導(dǎo)通至正弦波關(guān)斷的時(shí)間?t≤0.5ms。正弦波的正半周關(guān)斷時(shí)間與負(fù)半周關(guān)斷時(shí)間是相同的。

?所述的脈沖波發(fā)生電路（2），由MCU1單片機(jī)構(gòu)成。MCU1內(nèi)置工作電源單元、時(shí)鐘源單元、復(fù)位信號(hào)單元、脈沖波發(fā)生單元、穩(wěn)壓反饋單元、相位信號(hào)檢測(cè)單元。MCU1的輸入端引腳1和引腳16接收同步檢測(cè)電路（1）信號(hào)，引腳7接收穩(wěn)壓反饋電路（5）信號(hào)。輸出提供PWM高低電平，通過引腳11與引腳14將PWM脈沖波輸入隔離驅(qū)動(dòng)電路（3）驅(qū)動(dòng)放大。