[發明專利]一種線性交流調壓與電壓濾波的裝置及方法

在審

• 申請號: 201910408942.6
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110109498A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 陳柏超;高偉;陳耀軍
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56;H02J3/01
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明提供一種線性交流調壓與電壓濾波的裝置及方法，包括信號產生單元、乙類線性放大結構、供電電源，信號產生單元為乙類線性放大結構的柵極提供多路獨立電壓信號，乙類線性放大結構的源極作為整個電路的電壓輸出點。利用金屬?氧化物?半導體場效應管工作在線性放大狀態組成互補對稱功率放大電路；供電電源與輸入信號的電壓波形為同頻同相的正弦波，輸入變化的電壓信號以實現輸出電壓的調節，輸入標準的正弦波信號可達到電壓濾波的目的。該方法具有連續平滑調壓、精準濾波及快速動態響應的特性。

技術領域

本發明涉及調壓與濾波領域，尤其涉及大功率電力電子器件線性應用領域的一種線性交流調壓與電壓濾波的方法。

背景技術

隨著電力行業的迅猛發展，越來越多的電力電子器件廣泛的應用到電網中，注入到電網中的諧波日益增多，由此引起的諧波問題也愈顯突出。諧波的存在對電力系統的正常運行有較大的危害，它會造成電網的功率損耗增加，導致設備的不安全運行，影響系統的可靠性以及自動裝置的工作等。

濾波器是電力系統中進行諧波抑制的主要手段，有源濾波器具有良好的動態補償效果，但其安裝容量受到開關器件水平和補償性能的限制，而且初期投資較高。利用電感、電容和電阻組合設計的無源濾波器雖然能在一定程度上滿足濾波要求，但其也存在很多不足，如系統阻抗較小，實際濾波效果欠佳，易與系統阻抗發生串、并聯諧振等。

在電力電子電路中,電力電子器件一般工作在開關狀態,它是一個時變的、非線性電路。其非線性性質會帶來諸多不便,例如：電路分析困難,諧波問題突出等。開關電路解決諧波問題的方法一般多為輔以LC濾波變換電路，但其靜動態綜合性能仍不可觀。

為滿足波形電壓高正弦度、多類負載適應性、抗突變負載擾動能力兼顧的需求,射極輸出器型線性電路成為首選對象。線性功率放大器具有高工作帶寬和輸出電壓線性度高的優點，可以很好地實現對輸入信號的功率放大。在實際應用中，乙類雙電源互補對稱功率放大電路便可以實現大功率電壓的輸出，一般作為功率放大器的基礎。

交流調壓就是把一定幅值的交流電壓變成幅值可調的交流電壓，在現有技術中通常利用大功率多抽頭繞組式的自耦變壓器實現這一目的，但自耦變壓器需要通過手動或電動機拖動調節碳刷位置來達到調節輸出電壓的目的，這種調壓方案碳刷易損壞且有微小級差，另外無法進行快速的動態調壓。

發明內容

本發明就是為了解決上述技術問題而完成的。鑒于以上現有技術的不足，本發明針對普通多抽頭繞組式調壓器的輸出電壓無法快速平滑調節的問題，提出一種線性交流調壓與電壓濾波的方法，以期輸出電壓能緊緊跟隨信號源電壓從而達到輸出連續平滑可調電壓的目的，此外還有電壓濾波的效果。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

一種線性交流調壓與電壓濾波的裝置，其特征在于：包括

信號源：用于產生功率管柵極驅動大信號，作為最終輸出電壓的參考；

甲乙類互補對稱功率放大結構：用于高保真線性功率放大；

交流供電電源：用于裝置的能量輸入并有效降低功率管管壓降；

信號源的頻率和相位利用鎖相環與供電電源保持一致，且為甲乙類線性放大結構的柵極提供電壓信號，甲乙類線性放大結構的源極作為整個電路的電壓輸出點，所述供電電源的參考電位通過負載電阻R_L與互補對稱放大結構中的輸出點連接。

在上述的一種線性交流調壓與電壓濾波的裝置，甲乙類線性放大結構包括：NMOS管與PMOS管組成的功率單元，其中，NMOS管的源極與PMOS管的源極連接并作為電壓輸出點，NMOS管的柵極與PMOS管的柵極同時與信號源的輸出相連；功率管保護電路，采用15V穩壓管限制柵源之間過電壓。