一种交流斩波器，连接于交流电源和负载电路之间，包括：开关组、电压极性检测器以及开关控制逻辑单元。其中，电压极性检测器连接于交流电源两端，用于开关切换状态时以便检测出斩波器输入交流电源的电压极性；开关控制逻辑单元接收电压极性检测器发来的电压极性信号，并根据电压极性信号向开关组发出不同的控制信号，以控制开关组的状态切换顺序，最终使电路在续流模式与有源模式之间相互转换。由于本发明专利技术的开关切换方法只在电路续流模式和有源模式进行转换时，开关组的状态才与输入交流电源电压极性信号有关，因此系统的安全可靠性高；而且，由于本方法的电压极性信号是非连续反馈到开关控制逻辑单元的，因此系统不容易产生振荡。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种交流变换器装置，特别是针对通过反馈交流电源电压极性来控制开关切换顺序实现功率转换的交流斩波器装置。
技术介绍
相控整流技术作为一种比较成熟的交流调压技术，已在许多场合取代电磁类调压技术，获得了广泛应用。但是相控整流技术具有许多不可克服的缺陷，如受触发角影响功率因数较低、动态响应速度慢、输出低次谐波丰富以及严重的电网谐波电流污染等。近年来基于直流斩波器简单拓扑的交流斩波器成为了一个新的研究热点。交流斩波控制调压技术具有仅取决于负载的功率因数、动态响应速度快、线性调压范围宽以及输入输出易于滤波和波形高度正弦化等优点，可应用于大功率、快速调压等领域。图1是一种现有的斩波器的电路示意图，开关Kl、开关K2是一个全控开关器件，可以在任意时间开通和关断。电感Ltl是储能器件，M为负载。当该斩波电路应用于DC/DC变换时，输入电压与输出电流极性均不发生变化。电路工作时，首先开关Kl开通，同时开关K2 关断，输入电源通过开关Kl向Ltl充电，k按指数曲线增大。然后开关Kl关断，同时开关K2 开通，电感Ltl中的电流通过开关K2续流，k呈指数曲线下降。储能电感Ltl越大，电流k的波动越小。在DC/DC变换中，为了简化电路，如图2所示，开关K2也可以是一个二极管D，二极管的阴极接到开关Kl与储能电感Ltl之间，二极管的阳极接输入电源的负极。这样，开关 Kl在开通对Ltl充电时，二极管D反向偏置，没有电流流过二极管D。开关Kl关断时，二极D 管正向偏置，L0中的电流通过二极管D续流。直流斩波电路的工作波形如图3所示。直流斩波器是工作在输入电压和输出电流的一个象限中。将斩波器应用于AC/AC 变换时，需要斩波器工作在输入电压与输出电流的四个象限中，使用的开关必须是双向的， 这就需要更复杂的拓扑结构和开关控制方法。目前交流斩波器已经有很多拓扑结构和控制方法。图4所示的电路拓扑就是一种比较受欢迎的交流斩波器拓扑。交流斩波器的调压对象是交流电压，为了能在电压的正负半波都进行调制，开关必须是双向可控的。图4中，开关Si、开关S2、开关S3、开关S4为单向开关，它们分别由一个IGBT和一个二极管组成，二极管并联于IGBT的集电极和发射极之间，二极管的阴极与IGBT的集电极连接，这一端定义为开关的阴极；二极管的阳极与IGBT的发射极连接，这一端定义为开关的阳极。那么，开关就可以控制从阴极到阳极方向的电流导通和关断，而开关从阳极到阴极方向由于并联了二极管，电流在这个方向始终导通，因此称它们为单向开关。图4中，由开关Sl与开关S4组成一对双向开关Tl，由开关S2与开关S3组成一对双向开关T2。其中开关Sl的阳极与开关S2的阴极相连；开关S4的阳极与开关S3的阴极相连；开关Sl和开关S4的阴极接输入电压源，电感的一端接向开关Sl的阳极，电感的另一端接在负载M上，电感和负载部分称为负载电路，负载M的另一端与开关S4的阳极连接，开关Sl的阳极和开关S4的阳极为斩波器输出端。当开关Sl与开关S4导通时，电路工作在有源模式，根据电路电流的方向，或交流电源向负载电路充电或者负载电路向交流电源馈电，电路简化图如图5(a)所示。当开关S2与开关S3导通时，电路工作在续流模式，电感通过负载续流放电，电路简化图如图5(b) 所示。如果采用某种开关控制策略，使电路在有源模式和续流模式之间切换时，就实现了对输入电压的斩波调压。电路从有源模式转换为续流模式时，需要在关断Tl的同时，开通T2。但是，由于实际的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)并非理想开关，在IGBT开通时会存储大量电荷，存储的电荷在IGBT关断复位时会需要一定的时间，当一个控制信号使一个IGBT截止同时使另一个 IGBT导通时，被实施截止的IGBT中的电流就会再持续一段时间，这样就会发生Tl和T2同时导通而使电路短路的情形，会造成IGBT的损坏。为了防止这种情况的发生，在从图5(a) 模式直接转到图5 (b)状模式时，需要插入一小段时间使T1、T2都关断，这段时间被称为“死区时间”。但是，Tl和Τ2同时关断会带来另外一个问题，就是电路中电感电流会失去回路， 电感两端会产生可能使IGBT损坏的尖峰电压，一般通过缓冲电路抑制电压尖峰，或筘位电路将尖峰电压箝位，也因此而带来了缓冲电路损耗，或筘位功率损耗，这种损耗随着开关频率的增高成线性增长，并随着电压和电流的增大成指数型增长。因此，这种方法只适用于中、小功率阻性负载交流调压领域。在专利公开号为CN1967994A的专利中讨论了一种与图4类似的交流斩波器拓扑结构，这种方法可以避免插入死区时间，但电路中每个开关与一个二极管串联，电路电流始终要流经开关中的串联二极管，系统损耗大大增加。另外，在“Noveltopologies of AC chopper” 一文中介绍了一种与图4类似的交流斩波器拓扑。该文章根据输入电源电压的极性，采取以下开关策略在输入电源电压正半周期，即输入交流电源与开关Sl连接的一端为正极，开关S3、S4 —直导通，开关S1、S2按照某一固定占空比的PWM信号调制开通，其中当一个开关开通时，另一个则关断；在输入电源电压的负半周期，开关模式与之相反。在这种开关控制方法中，电流回路是始终存在的。因此不需要加缓冲电路或电压箝位电路，在输入电源电压正半周期内，电路分三种工作模式 有源模式、死区时间模式、续流模式。关于这几种工作模式的具体介绍，请参考原文。专利公开号为CN1410855A的专利使用与上述方法类似的基于输入电压极性检测的斩波器开关控制策略。然而，这种基于输入电源电压极性检测的开关控制策略也存在着一些不足之处。 在实际应用中，特别是应用在快速调压领域时，输入电压的波形会受到电压瞬变和谐波的影响而产生较大畸变，如图6所示。此外，为了避免谐波对电压极性检测器的干扰，在检测电压前需要对被测电压进行滤波，这样电压极性检测器的输出又会产生一个滤波延时问题，同时电压极性检测器本身也是有延时的，因此电压极性检测器的输出就会产生一个不可避免的延时，如图6中的t所示。延时时间t会导致电压极性的检测错误。因此，在实际应用中，电压过零点的检测不是一件很容易的事情，很容易发生电压极性检测错误。在电压极性检测错误时，输入交流电源就会形成短路，如图7所示。由于上述的这种开关控制策略始终保持三个开关导通，因此任何时候的电压极性检测错误都会导致交流电源侧短路。因此，这种开关控制策略对电压极性检测的准确性要求很高。而且，这种开关控制策略由于需要连续的将电压极性信号反馈到开关控制器中，交流电源电压在过零点处的波动很容易引起系统的振荡，控制系统的稳定性较差。图8显示了这种开关控制策略的反馈控制方式。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于非连续的电压极性检测的交流斩波器装置，斩波器在工作过程中只在有源模式和续流模式之间切换时，才获取电压极性信息。当电路完全进入有源或续流模式时，开关的状态与输入电源电压极性无关，增强了系统的稳定性，同时减小了输入电源短路的可能性。为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案本专利技术的交流斩波器装置，连接于交流电源1和负载电路8之间，其中包括多个开关的开关组；所述开关组包括第一单向开关Si、第二单向开关S2、第三单向开关S3、和本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种交流斩波器，连接于交流电源１和负载电路８之间，其中包括多个开关的开关组，开关组与所述交流电源１连接；所述开关组包括第一单向开关Ｓ１、第二单向开关Ｓ２、第三单向开关Ｓ３、和第四单向开关Ｓ４；第一单向开关Ｓ１和第四单向开关Ｓ４组成双向开流电源１断开，由于负载电路８中含有电感，负载电路８中电流不会马上消失，电路工作在续流模式；根据电压极性信号来控制多个开关的导通顺序的开关切换方法能保证所述第一回路和所述第二回路至少有一个是导通的，即电路或者工作在有源模式或者工作在续流模式。构成第一回路，当第一单向开关Ｓ１和第四单向开关Ｓ４开通，第一回路导通时，电路工作在有源模式；所述双向开关Ｔ２和所述负载电路构成第二回路，其中所述负载电路８包括电感部分，当第二单向开关Ｓ２和第三单向开关Ｓ３开通，第二回路导通时，负载电路８与交开关的状态切换顺序，最终使电路在续流模式与有源模式之间相互转换，并且所述电路的两种工作模式相互转换时没有负载电路８中的电流失去回路和所述交流电源１短路的情况发生；在开关控制逻辑单元７的控制下，所述交流电源１、所述双向开关Ｔ１和所述负载电路８，电压极性检测器６连接于所述交流电源１两端，用于在开关切换状态的时刻检测出所述交流电源１的电压极性；开关控制逻辑单元７接收所述电压极性检测器６发来的电压极性信号，并根据所述电压极性信号向所述开关组的多个开关发出不同的控制信号，以控制所述多个所述开关管的集电极和发射极之间，所述二极管的阴极与所述开关管集电极连接，这一端为所述开关的阴极；所述二极管的阳极与所述开关管发射极连接，这一端为所述开关的阳极；其特征在于，所述交流斩波器装置还包括：电压极性检测器６和开关控制逻辑单元７，其中关Ｔ１，第二单向开关Ｓ２和第三单向开关Ｓ３组成双向开关Ｔ２；其中开关Ｓ１的阳极与开关Ｓ２的阴极相连，开关Ｓ２的阳极与开关Ｓ３的阳极的相连，开关Ｓ３的阴极与开关Ｓ４的阳极相连；其中每一个单向开关分别包括一个开关管和一个二极管，所述二极管并联于...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曼苏乐，
申请(专利权)人：上海威曼电气科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。