專利名稱：高頻pwm調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及交流穩(wěn)壓器，具體地說是指采用高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器。
背景技術：
目前，國內(nèi)的交流穩(wěn)壓器大致可分為以下四種類型第一種是參數(shù)調(diào)整型交流穩(wěn)壓器，它是以LC串聯(lián)諧振原理為基礎實現(xiàn)穩(wěn)壓的，從50年代的簡單LC諧振穩(wěn)壓器到后來的雙向可控硅調(diào)感穩(wěn)壓電源，其共同的特點是利用鐵磁材料的非線性和電容諧振方式實現(xiàn)交流穩(wěn)壓，其缺點是一，由于鐵磁諧振穩(wěn)壓器的性能直接受鐵芯材料、諧振電容以及生產(chǎn)工藝的影響，在批量生產(chǎn)時，很難做到各臺穩(wěn)壓器輸出電壓、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)壓范圍、保護性能各項指標的一致性；二，當輸入電壓和負載都為額定值時，設計者可以把輸入功率因數(shù)調(diào)整到最佳值，效率也近似達到最高值，但是當輸入電壓偏離額定值時，輸入功率因數(shù)隨之降低，過電壓時呈感性，欠電壓時呈容性，負載減輕時容性成分增加；三，負載性質(zhì)的變化對鐵磁諧振型穩(wěn)壓器的工作狀態(tài)有直接影響，感性負載使穩(wěn)壓范圍減小，精度降低，容性負載可加大穩(wěn)壓范圍和提高精度，但同時使溫升問題變得嚴重，另外，當負載存在高次諧波時，經(jīng)常會誘發(fā)穩(wěn)壓器本身的低頻振蕩；四，鐵磁諧振型穩(wěn)壓器輸出電壓對輸入電壓的頻率極其敏感，當輸入電源頻率變化1％時，輸出電壓變化2％左右，當頻率偏差過大時，可能使其失去穩(wěn)壓功能或者產(chǎn)生低頻振蕩；五，鐵磁諧振穩(wěn)壓器的一部分鐵芯工作于深度飽和狀態(tài)，漏磁大，因而溫升高，噪音大，在大功率場合更為突出；六，穩(wěn)壓精度低，至多只能做到正負2％。
第二種是自耦調(diào)整型穩(wěn)壓器，目前占交流穩(wěn)壓器市場的絕大多數(shù)，此類交流穩(wěn)壓器是以自耦變壓器為基礎實現(xiàn)穩(wěn)壓功能的，其典型結構有兩種，一是利用伺服電機帶動碳刷在自耦變壓器的繞組滑面上移動的機械式調(diào)壓器，一是利用繼電器或雙向可控硅等開關器件自動改變自耦變壓器的抽頭位置的改變抽頭型。其缺陷為響應時間長、有機械接觸、穩(wěn)壓精度低、調(diào)整系統(tǒng)慣性大等等。
第三種是補償型交流穩(wěn)壓電源，目前通常用于大功率三相交流電的場合，其電路結構與碳刷移動的自耦調(diào)壓穩(wěn)壓器類似，只是多了采用專門的補償變壓器進行電壓相位補償實現(xiàn)穩(wěn)壓，其缺點與前述自耦調(diào)整型穩(wěn)壓器相同。
第四種是開關型交流穩(wěn)壓電源，大致可分為功率被償型和全功率變換型兩種，這是目前國內(nèi)及至世界上交流穩(wěn)壓電源的先進技術，但也存在電路復雜、成本太高的不足之處。
實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術中的交流穩(wěn)壓器存在的種種缺陷。
本實用新型采用如下技術方案高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，包括輸入端濾波單元、升壓自耦變壓器、整流橋、用作電子開關的三極管、壓敏電阻、PWM控制電路及輸出反饋電路、輸出端濾波單元；輸入端濾波單元的輸入端接電網(wǎng)的相線和零線，輸出端一端與升壓自耦變對器的輸入端連接，另一端接整流橋的第一交流輸入端；整流橋的第二交流輸入端接升壓自耦變壓器的公共端，直流正級輸出端接三極管的c極，直流負極輸出端接三極管的e極；壓敏電阻的兩端分別接三極管的c極和e極；輸出端濾波單元的兩個輸入端分別接升壓自耦變壓器的輸出端和整流橋的第一交流輸入端，輸出端濾波單元的輸出端形成該穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端；PWM控制電路及輸出反饋電路反饋采樣端接該穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端，其控制端接三極管的b極。
當三極管斷開時，整流橋的直流正、負極輸出端之間斷開，整流橋不導通，自耦變壓器的初級、次級回路都是斷開的，因而該交流穩(wěn)壓器的輸出端沒有能量輸出；當三極管導通時，整流橋的直流正、負極輸出端之間導通，電網(wǎng)的零線、相線與升壓自耦變壓器的初級繞組通過整流橋形成回路，負載與升壓自耦變壓器的次級繞組也通過整流橋形成回路，因而該交流穩(wěn)壓器的輸出端有能量輸出；可見，可通過PWM控制電路及輸出反饋電路從該交流穩(wěn)壓器的輸出端獲取采樣電壓，并與內(nèi)部基準電源進行比較，根據(jù)比較結果控制三極管的通斷時間，即控制三極管的占空比，也就是控制了該交流穩(wěn)壓器輸出的能量，從而將其輸出電壓穩(wěn)定在所需的極小的范圍內(nèi)。
前述高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其升壓自耦變壓器采用的鐵芯為單晶取向的環(huán)形鐵芯，這是因為單晶取向環(huán)形鐵芯的變壓器漏感小，從而能夠使三極管的c、e極的反峰脈沖能量較低，使三極管更加安全。
前述高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其升壓自耦變壓器的升壓變比為100-180V∶220V，當選為100V∶220V時，輸入的交流電壓下限低至110V時，其輸出交流電壓穩(wěn)定在220V，則穩(wěn)壓范圍向低輸入電壓方向移，作為電子開關的三極管負荷重；當選取為180V∶220V時，輸入的交流電壓下限低至190V左右時，其輸出交流電壓穩(wěn)定在220V，則穩(wěn)壓范圍向高輸入電壓方向移，作為電子開關的三極管負荷較輕。實際應用時，可根據(jù)實際的輸入電壓和實際需要進行調(diào)節(jié)該升壓變比。
前述高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其壓敏電阻為氧化鋅壓敏電阻。在此，對三極管的保護不能采用緩沖電路，如果采用緩沖電路，輸出空載電壓超高，造成PWM電路不穩(wěn)定，若沒有保護措施，三極管會被電路中的脈沖高壓擊穿。而采用壓敏電阻對三極管進行保護，使三極管能夠工作在硬開關狀態(tài)，是實現(xiàn)本實用新型交流穩(wěn)壓器電路的關鍵。
前述高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其PWM控制電路的控制脈沖采用固定頻率，該固定頻率為50的整數(shù)倍，以獲得最佳的諧波性能，有利于濾波網(wǎng)絡設計。
由上述對本實用新型結構的描述可知，和現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點一，由于采用高頻PWM控制電路控制三極管電子開關直接調(diào)整輸出電壓，反應時間在微秒級，比背景技術中所述的除了開關型交流穩(wěn)壓電源之外的其他各種穩(wěn)壓電源高了5個數(shù)量級，另外，電路中不存在大慣性環(huán)節(jié)，動態(tài)響應極快；二，由于采用深度負反饋和專用PWM集成電路，內(nèi)有優(yōu)質(zhì)的基準源，使穩(wěn)壓效應和負載效應都達到千分之幾的數(shù)量級，另外，由于電路中沒有雙向可控硅元件和LC諧振回路，因而不存在振蕩現(xiàn)象，對燃油發(fā)電機的電樞反應不敏感，可以用油機供電，用于停電時的重要部門；三，由于采用高頻PWM技術，電路損耗較小，效率較高，電路中沒有相控環(huán)節(jié)，不會損壞電流波形，高頻分量易于濾除，附加失真極小，輸入功率因數(shù)也高；四，可以優(yōu)選濾波單元的級數(shù)和電路形式，使之具有良好的抗干擾功能；五，和目前世界上先進的開關式交流穩(wěn)壓電源相比，具有電路簡單、成本低廉的優(yōu)點。


圖1為本實用新型的電路原理圖。
具體實施例下面參照圖1說明本實用新型的具體實施例。
參照圖1，本實施例的高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器包括輸入端濾波單元1、升壓自耦變壓器B、整流橋D、用作電子開關的三極管Q、壓敏電阻R、PWM控制電路及輸出反饋電路3和輸出端濾波單元2。輸入端濾波單元1的輸入端11、12接電網(wǎng)的相線和零線，輸出端一端13與升壓自耦變對器B的輸入端41連接，另一端14接整流橋D的第一交流輸入端51；整流橋D的第二交流輸入端52接升壓自耦變壓器B的公共端43，直流正級輸出端53接三極管Q的c極，直流負極輸出端54接三極管Q的e極；壓敏電阻R的兩端分別接三極管Q的c極和e極；輸出端濾波單元2的兩個輸入端21、22分別接升壓自耦變壓器B的輸出端42和整流橋D的第一交流輸入端51，輸出端濾波單元2的輸出端23、24形成該穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端；PWM控制電路及輸出反饋電路3反饋采樣端32、33接該穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端，其控制端31接三極管Q的b極。其中，輸入端濾波單元1和輸出端濾波單元2均為現(xiàn)有技術中的常見濾波電路，PWM控制電路及輸出反饋電路3也是現(xiàn)有成熟技術，在此不再詳細說明。
升壓自耦變壓器B采用的鐵芯為單晶取向的環(huán)形鐵芯，單晶取向環(huán)形鐵芯的變壓器漏感小，從而能夠使三極管的c、e極的反峰脈沖能量較低，使三極管更加安全。升壓自耦變壓器B的升壓變比為100-180V∶220V，當選為100V∶220V時，輸入的交流電壓下限低至110V時，其輸出交流電壓穩(wěn)定在220V，則穩(wěn)壓范圍向低輸入電壓方向移，作為電子開關的三極管負荷重；當選取為180V∶220V時，輸入的交流電壓下限低至190V左右時，其輸出交流電壓穩(wěn)定在220V，則穩(wěn)壓范圍向高輸入電壓方向移，作為電子開關的三極管負荷較輕。實際應用時，可根據(jù)實際的輸入電壓和實際需要進行調(diào)節(jié)該升壓變比。壓敏電阻R為氧化鋅壓敏電阻，在此，對三極管的保護不能采用緩沖電路，如果采用緩沖電路，輸出空載電壓超高，造成PWM電路不穩(wěn)定，若沒有保護措施，三極管會被電路中的脈沖高壓擊穿，而采用壓敏電阻對三極管進行保護，使三極管能夠工作在硬開關狀態(tài)，是實現(xiàn)本實用新型交流穩(wěn)壓器電路的關鍵。PWM控制電路的控制脈沖采用固定頻率，該固定頻率為50的整數(shù)倍，可以獲得最佳的諧波性能。
當三極管Q斷開時，整流橋D的直流正、負極輸出端53、54之間斷開，整流橋D不導通，即自耦變壓器的初級回路和次級回路都是斷開的，因而該交流穩(wěn)壓器的輸出端沒有能量輸出；當三極管Q導通時，整流橋D的直流正、負極輸出端53、54之間導通，電網(wǎng)的零線、相線與升壓自耦變壓器B的初級繞組通過整流橋D形成回路，負載與升壓自耦變壓器B的次級繞組也通過整流橋D形成回路，因而該交流穩(wěn)壓器的輸出端有能量輸出；可見，可通過PWM控制電路及輸出反饋電路3從該交流穩(wěn)壓器的輸出端獲取采樣電壓，并與內(nèi)部基準電源進行比較，根據(jù)比較結果控制三極管Q的通斷時間，即控制三極管Q的占空比，也就是控制了該交流穩(wěn)壓器輸出的能量，從而將其輸出電壓穩(wěn)定在所需的極小的變化范圍內(nèi)。
上述僅為本實用新型的一個具體實施例，但本實用新型的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本實用新型進行非實質(zhì)性的改動，均應屬于侵犯本實用新型保護范圍的行為。
權利要求1.高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其特征在于包括輸入端濾波單元、升壓自耦變壓器、整流橋、用作電子開關的三極管、壓敏電阻、PWM控制電路及輸出反饋電路、輸出端濾波單元；輸入端濾波單元的輸入端接電網(wǎng)的相線和零線，輸出端一端與升壓自耦變對器的輸入端連接，另一端接整流橋的第一交流輸入端；整流橋的第二交流輸入端接升壓自耦變壓器的公共端，直流正級輸出端接三極管的c極，直流負極輸出端接三極管的e極；壓敏電阻的兩端分別接三極管的c極和e極；輸出端濾波單元的兩個輸入端分別接升壓自耦變壓器的輸出端和整流橋的第一交流輸入端，輸出端濾波單元的輸出端形成該穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端；PWM控制電路及輸出反饋電路反饋采樣端接該穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端，其控制端接三極管的b極。
2.如權利要求1所述的高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述的升壓自耦變壓器采用的鐵芯為單晶取向的環(huán)形鐵芯。
3.如權利要求1所述的高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述的升壓自耦變壓器的升壓變比為100-180V∶220V。
4.如權利要求1所述的高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述的壓敏電阻為氧化鋅壓敏電阻。
5.如權利要求1所述的高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述PWM控制電路的控制脈沖采用固定頻率，該固定頻率為50的整數(shù)倍。
專利摘要高頻PWM調(diào)整的工頻交流穩(wěn)壓器，其電路結構為輸入端濾波單元的輸入端接電網(wǎng)的相線和零線，輸出端與升壓自耦變對器的輸入端、整流橋的第一交流輸入端連接；整流橋的第二交流輸入端接升壓自耦變壓器的公共端，直流正級輸出端接三極管的c極，直流負極輸出端接三極管的e極；壓敏電阻的兩端分別接三極管的c極和e極；輸出端濾波單元的兩個輸入端分別接升壓自耦變壓器的輸出端和整流橋的第一交流輸入端，輸出端濾波單元的輸出端形成該穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端；PWM控制電路及輸出反饋電路反饋采樣端接該穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端，其控制端接三極管的b極。本實用新型具有反應快速、穩(wěn)定、效率高、附加失真小、抗干擾能力強、電路簡單、成本低廉等特點。
文檔編號G05F1/12GK2869961SQ20062008065
公開日2007年2月14日 申請日期2006年1月21日 優(yōu)先權日2006年1月21日
發(fā)明者鄧小龍 申請人:鄧小龍