一种三逻辑正弦脉宽调制整流器制造技术

一种具备功率因数高、无高次谐波特点的三逻辑正弦脉宽调制整流器。它是在一块电路板上由主电路，电压过零检测电路，功率放大电路，电气隔离电路，辅助电源电路组合构成的。首先在网侧端进行电压过零检测，把电压过零点的信息输入ＤＳＰ，ＤＳＰ产生六路驱动信号经过后续电路功率放大和电气隔离后驱动开关管，而电路中各个芯片所需电源都由电源电路提供。它与传统的晶闸管组成的相控整流电路相比，除了具备能量回馈、四象限运行的优点之外，还有更优越的性能。它可以消除网侧电流的各次谐波，达到网侧电流的正弦化，提高系统的功率因数。并且，电流型ＰＷＭ整流器采用的是场效应管和绝缘栅双极型晶体管等电力电子半导体器件，它们具有快速关断的能力，因此可以实现电压输出的快速调节。相对于传统整流方法来说也是非常节约电能的。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电流型P丽(pulse Width Modulated,脉宽调制，下同)整流
， 采用DSP(Digtal Signal Processor,数字信号处理器，下同)编程和PWM斩控技术，解决 网侧功率因数低、消除网侧电流的各次谐波，达到网侧电流的正弦化，提高系统的功率因数。
技术介绍
在传统的电源制作中，如感应加热电源，采用的基本上都是三相全控桥式整流电路，它 具有主电路结构简单、控制方便、晶闸管价格便宜等优点。但是，在倡导产业绿色化的现代, 它的缺点也暴露无遗它会产生很大的电力污染，即引起网侧电流畸变，产生大量的谐波， 降低系统的功率因数。同时，传统整流电路还会在换流过程中引起电压畸变。而相控整流电 路是一个时滞环节，它会导致相控整流电路无法实现快速调节。针对电网的谐波抑制，目前 采用的主要方法是装设无源滤波器和有源电力滤波器，其中无源滤波器既能补偿谐波，又能 补偿无功功率，结构简单、可靠性高；有源电力滤波器相当于一个谐波发生器，用于产生和 电网谐波等大反向的谐波以抵消电网中的谐波。针对无功功率补偿，目前主要采用的是并联 电容器，但不足之处就是只能补偿固定的无功功率，而且在系统中有谐波的情况下还很有可 能发生并联谐振。本技术的整流技术正是解决电压电流畸变、功率因数低等问题的关键 环节。
技术实现思路
本技术的目的就在于开发一种新型的整流技术，使其不产生谐波，功率因数为l或 可调，从而解决电力电子装置中常见的谐波和无功功率问题。一种三逻辑正弦脉宽调制整流器，主要由脉冲信号发生器、主电路、信号放大隔离电路、 辅助电源电路构成，其特征在于脉冲信号由数字信号处理器产生，实现了三相二逻辑的产生 以及二逻辑向三逻辑的转变；并通过硬件电路将三相三逻辑信号转变为六电平驱动，通过驱3动电路用于三相电流型脉宽调制中半导体逻辑器件的驱动信号，网侧电压通过工频变压器接 过零检测电路，原边接网侧电压，副边经两个整流钳位二极管接到运放的输入端，并在网侧 装设电感电容滤波器，电压过零点的信息输入数字信号处理器，产生的六路驱动信号经过芯 片功率放大后，再通过限流电阻和集隔离与驱动功能于一体的电气隔离电路连接，驱动电路 通过六路驱动信号控制六个开关管的通断来驱动主电路，而电路中各个芯片所需电源都由电 源电路提供。首先由DSP实现二逻辑的输出在三相电压型SPWM(Sinusoidal pulse Width Modulation, 正弦脉宽调制，下同)整流器中，将三个互差12(T的调制波与相同的三角载波相交产生三相 二逻辑开关函数。然后将以上产生的二值逻辑的PWM信号变换成适合电流型PWM变流器的三 逻辑信号，即三相电压型P丽整流器的线电压信号。再由三逻辑输出进一步处理得到门极驱 动信号在DSP内部先存入一个正弦表，正弦表的初相位为0，表的数据个数等于频率调制 比， 一般设为6的倍数，本技术中设为84个，同理也可以存入b相和c相的正弦表，它 们的相位分别滞后和超前a相120度，这样就可以得到三相对称的调制信号，然后根据电网 电压过零点的信号来读正弦表表头，就可以得到与电网电压同步的信号。其中TMS320LF2407的事件管理模块(Event-Manager Module)的PWM输出功能能产生二 逻辑SP丽信号，所以利用事件管理模块A全比较单元的CMPR1 (PWM1) 、 CMPR2 (PWM3) 、 CMPR3 (PWM5)来分别产生电压型逆变器二逻辑SPWM的电平信号，利用捕获单元的CAP1(PWM7)、 CAP2(PWM8)、 CAP3(P丽9)来捕获P丽1、 PWM3、 PWM5输出信号的上升沿和下降沿，进入捕获中 断子程序，然后将捕获口设为基本的I/O 口功能，并设为输入方式，将CMPR1 (PWM1)、 CMPR2 (P丽3)、 CMPR3 (P丽5)端口的电平信号读入DSP，然后根据当前所对应的扇区，就可以确定 电流型P丽逆变器的六个开关管的驱动信号。所有的比较单元选择定时器Tl为时基以实现同 步。程序中用T1的周期中断功能，每0.24mS产生一个中断，然后对相应的周期寄存器赋相 应的值。所用TMS320LF2407A的CPU时钟频率为40MHz， T1PR的计数设定值为0X1298。在主程序中还设置了定时器中断和捕获中断，定时器中断子程序起到判断过零点和将主 程序中计算的PWM占空比送入比较器，以确定下一开关周期内PWM的作用。输出口输出电压 型逆变器二逻辑SP丽信号，而捕获中断子程序主要是根据PWM 口的电平信号和当前扇区的信 息来确定6个开关的驱动信号。主程序控制流程图、定时器中断子程序流程图、捕获中断子 程序流程图见附图l-3。4但驱动信号还不能直接驱动开关管，必须先经过硬件电路处理。本技术硬件电路概貌如附图4，主要由主电路，电压过零检测电路，功率放大电路， 电气隔离电路，辅助电源电路构成。本技术的思想是首先在网侧端进行电压过零检测， 把电压过零点的信息输入DSP, DSP产生六路驱动信号经过后续电路功率放大和电气隔离后驱 动开关管，而电路中各个芯片所需电源都由电源电路提供。主电路是三相桥式整流电路，用GBAT GBBT GBCT GBAB GBBB GBCB 6路从DSP出 来的信号控制6个开关管的通断，从而把交流电整成直流电。过零检测电路的目的是使电流跟随电压变化，不产生谐波也不消耗无功功率。如附图6 所示，通过工频变压器，原边接网侧电压，副边得到15V的电压信号经过两个IN4007的整流 钳位二极管，接到运放的输入端，运放输出方波的上升沿即为正弦电压的过零点。功率放大电路如附图7所示，其最主要的部分是芯片74HC245。它可以对信号进行功率 放大，使信号具有较强的驱动能力。图中发光二极管的作用是检测驱动信号是否正常。信号 放大之后送入电气隔离电路。电气隔离电路把控制电路和主电路隔离，使得电路具备更大的安全性能。本技术采 用的是光耦隔离的方法，技术的关键部分是附图8所示的电路。它集隔离与驱动功能于一体， 使用TLP250时应在引脚5与8之间接一个0. luF的陶瓷电容，以稳定电压，片内发光二极管的工作电流Ip为7-10mA。硬件电路中各芯片和DSP所需的电源电压均由辅助电源供电。辅助电源电路拓扑结构见 附图9_11，分别产生15V， 5V， 3.3V电压，供给驱动电路和DSP。本技术的效果和益处是电流型整流电路与传统的晶闸管组成的相控整流电路相比， 除了具备能量回馈、四象限运行的优点之外，还有更优越的性能。首先，晶闸管相控整流电 路是通过控制移相角来调节输出功率的，当移相角为正值时，网侧电流和电压会产生一个相 位差，尤其是在深控状态下，这个相位差会很大，极大地降低了网侧的功率因数。而电流型PWM技术，采用的是PWM斩控技术，不存在移相角的问题，可以达到网侧电流电压同相；同 时，它按照一定的调制方法并在网侧装设LC滤波器，可以消除网侧电流的各次谐波，达到网 侧电流的正弦化，提高系统的功率因数的目的。并且，电流型PWM整流器采用的是场效应管 和绝缘栅双极型晶体管等电力电子半导体器件，它们具有快速关断的能力，因此可以实现电 压输出的快速调节。本技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三逻辑正弦脉宽调制整流器，主要由脉冲信号发生器、主电路、信号放大隔离电路、辅助电源电路构成，其特征在于：脉冲信号由数字信号处理器产生，实现了三相二逻辑的产生以及二逻辑向三逻辑的转变；并通过硬件电路将三相三逻辑信号转变为六电平驱动，通过驱动电路用于三相电流型脉宽调制中半导体逻辑器件的驱动信号，网侧电压通过工频变压器接过零检测电路，原边接网侧电压，副边经两个整流钳位二极管接到运放的输入端，并在网侧装设电感电容滤波器，电压过零点的信息输入数字信号处理器，产生的六路驱动信号经过芯片功率放大后，再通过限流电阻和集隔离与驱动功能于一体的电气隔离电路连接，驱动电路通过六路驱动信号控制六个开关管的通断来驱动主电路，而电路中各个芯片所需电源都由电源电路提供。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柏德胜，程英俊，李杰，
申请(专利权)人：柏德胜，程英俊，李杰，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]