[發(fā)明專利]一種工業(yè)用單相交流斬波式降壓調壓電路及其方法

無效

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• 申請日: 2012-08-25
• 公開（公告）號: CN103633853A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設計）人: 童本亮;張金波;童興豪
• 申請（專利權）人: 江蘇東能電力科技有限公司
• 主分類號: H02M5/22
• 分類號: H02M5/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種利用斬波技術實現工業(yè)用戶單相交流連續(xù)可調的降壓調壓電路及其方法。

背景技術

降壓電路在實際應用非常廣泛，目前比較常用的調壓方式有：一種是采用自耦降壓調壓，它包括固定抽頭和連續(xù)調節(jié)兩種方式。它與普通變壓器的區(qū)別在于，自耦變壓器的一、二次側線圈不僅有磁的聯系，還有電的聯系，所以在輸出電壓調節(jié)范圍不大時它的容量比較小，耗材少，造價低，效率高。它最大的優(yōu)點是克服了可控硅斬波型產品產生諧波的缺陷，實現了電壓的正弦波輸出，結構和功能都很簡單，可靠性也比較高。但兩種方式都存在著各自的缺陷，固定抽頭式的降低電壓是固定值，而連續(xù)調節(jié)型降壓器由于成本較高，大規(guī)模的推廣，還是有一定的困難。另一種是可控硅相控調壓，它采用可控硅斬波原理，通過控制晶閘管(可控硅)的導通角，將電網輸入的正弦波電壓斬掉一部分，從而降低了輸出電壓的平均值，達到控壓節(jié)電的目的。該種調控設備對照明系統(tǒng)的電壓可以無級調節(jié)，速度快，精度高，可分時段實時調整，有穩(wěn)壓作用。并且還具有體積小、設備輕、成本低等優(yōu)點。但是該調壓方式存在一個嚴重缺陷：由于斬波，不但使電壓波形失真不對稱，同時出現大量諧波，造成對電網系統(tǒng)的諧波污染，雖然可以加裝濾波設備解決該問題，但是成本太高，不經濟。

本發(fā)明設計一種工業(yè)用單相交流斬波式降壓調壓電路及其方法，該種方法主要通過控制開關的頻率以使輸出電壓的有效值降低達到降壓的目的，可以無級調整，輸出電壓波形為標準的正弦波。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種利用PWM斬波技術實現工業(yè)用戶單相交流連續(xù)可調的降壓調壓電路及其方法，一種工業(yè)用單相交流斬波式降壓調壓電路，包括濾波電感L1、濾波電感L2、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、開關管K1和負載R；二極管D1和二極管D2串聯在一起；二極管D3和二極管D4串聯在一起；開關管K1并聯在二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4中間；濾波電感L1和濾波電感L2串聯在主回路上。

開關管K1為功率管，例如大功率三極管IGBT、場效應管，開關管K1的開關頻率在10KHz-250KHz之間，利用PWM斬波技術實現降壓。

本發(fā)明具有積極的效果：(1)本發(fā)明的一種工業(yè)用單相交流斬波式降壓調壓電路及其方法，采用整流和開關組合方式利用PWM控制技術實現降壓。(2)本發(fā)明的一種工業(yè)用單相交流斬波式降壓調壓電路結構簡單，成本低廉。

附圖說明

圖1為實施例1的一種工業(yè)用單相交流斬波式降壓調壓電路總體結構圖。

圖2為實施例1的開關管兩端電壓輸出波形。

圖3為實施例1的程序流程圖。

具體實施方式

(實施例1)

見圖1、圖2和圖3，本實施例的一種工業(yè)用單相交流斬波式降壓調壓電路，包括濾波電感L1、濾波電感L2、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、開關管K1和負載R；二極管D1和二極管D2串聯在一起；二極管D3和二極管D4串聯在一起；開關管K1并聯在二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4中間；濾波電感L1和濾波電感L2串聯在主回路上。

開關管K1為功率管，例如大功率三極管IGBT、場效應管，開關管K1的開關頻率在10KHz-250KHz之間，利用PWM斬波技術實現降壓。

降壓原理是較高的電壓通過斬波后其電壓的有效值減少，如圖1，具體過程是：具體過程是：因為是交流電，當電流從上面進入時，即通過D1電流再向下進入開關管K1轉到D4，電流再向上走，最后進負載，從另外一路線出，形成一個完整的交流通路；反之，如果電流從下面流進時，電流通過負載先經過D2，向下進入開關管K1，再進入D3最后向上從上面一路線出，形成一個完整的交流通路；斬波的實現是由開關管K1實現的，由一個工頻周期內輸入開關管K1的控制極高電平時間的長短來控制開關管K1的導通，以此來調節(jié)輸出電壓的高低；PWM的占空比越大開關管K1的導通時間越長，即輸出電壓越高；PWM的占空比越小開關管K1的導通時間越短，即輸出電壓越低。，PWM的占空比的大小可以由單片機程序直接控制，開關管K1的控制極通過驅動電路及光耦隔離與單片輸出PWM信號輸出端連接，開關管K1兩端的波形如圖2所示。

單片機程序設計包括電網電壓采集A/D轉換子程序、LCD顯示子程序、鍵盤控制子程序、數字信號處理子程序、控制輸出子程序、串行通信子程序六個部分，采用C語言編寫。系統(tǒng)上電后，先對單片機的內部資源進行初始化，包括設置堆棧指針、中斷的禁止及優(yōu)先級的決定、設置各個定時/計數器的工作方式等；然后對單片機的外部設備進行初始化，包括LCD、時鐘芯片以及串口。初始化之后系統(tǒng)開始工作，首先采樣電網電壓，并且進行計算，根據相應的算法控制電網電壓；對鍵盤和LCD顯示器接口進行查詢，顯示各設定值，并且進行設定；適時讀取時間芯片的時間值，并且根據不同的降壓要求對電網分等級調控，用中斷方式將數據從串口上傳，主程序流程圖如圖3所示。程序設計采用模塊化設計方法，主程序在完成了單片機片內各存儲器、寄存器的初始化和其外部設備的初始化設定之后，其主要功能是控制和協調各個功能模塊的工作順序。由于是在線檢測與控制，通常電網電壓值波動不是很大，所需傳送的數據量也不是很大，將單片機與上位機的RS-232C串口通信設為中斷方式，從而節(jié)省單片機的資源，使之更好的作用于對現場數據的處理上。只有當電網電壓變化超過某個設定值時或者間隔一定的工作時間，單片機才產生一次中斷，觸發(fā)串口通信，將數據信號上傳，所以在主程序中并未體現串口通信的函數。