電流型逆變電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電流型逆變電源，涉及一種逆變電源，本發(fā)明在直流母線側(cè)上增加了電流檢測(cè)裝置，形成閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)了輸出電流的正弦化，不僅較好的滿足了負(fù)載對(duì)于正弦電流的需求，減少了諧波，提高了功率因數(shù)，而且由于采用了閉環(huán)控制，因此其穩(wěn)定性和輸出控制精度受系統(tǒng)參數(shù)影響較小，具有很好的魯棒性，可實(shí)現(xiàn)輸出功率在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
【專利說(shuō)明】電流型逆變電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種逆變電源，特別是涉及一種電流型逆變電源。
【背景技術(shù)】
[0002]在實(shí)際應(yīng)用中，很多電力電子負(fù)載都要求逆變電路的輸出功率能夠得到有效和靈活的控制，以滿足不同負(fù)載的需求。逆變電源的功率調(diào)節(jié)方式可分為兩大類:直流調(diào)功和逆變調(diào)功。直流調(diào)功是對(duì)逆變器直流側(cè)的輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載輸出功率的目的。目前，直流斬波調(diào)壓調(diào)功是直流調(diào)功的主要方式。
[0003]常規(guī)的逆變電源調(diào)節(jié)功率采取的直流斬波調(diào)壓方式，在直流母線側(cè)采用降壓斬波電路，通過(guò)改變占空比的大小來(lái)調(diào)節(jié)直流輸出電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率的調(diào)節(jié)。采用這種常規(guī)控制方式，負(fù)載上電壓波形為不連續(xù)方波，電流波形通常視負(fù)載而定，故常規(guī)逆變電源的缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)輸出電流的正弦化，因此諧波分量大，功率因數(shù)低，不適合大范圍調(diào)功。
[0004]專利號(hào)為200810089351.9的發(fā)明專利公開了一種中頻逆變電源，其調(diào)節(jié)功率的方式為變壓器調(diào)功，采用此種方式控制的逆變電源輸出功率雖然連續(xù)可調(diào)，但是其電流波形要視負(fù)載特性而定，通常不是正弦波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠減少諧波的逆變電源。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電流型逆變電源，包括整流器、斬波電路和逆變電路，所述整流器的輸出端連接所述斬波電路的輸入端，所述斬波電路的輸出端連接所述逆變電路的輸入端；所述斬波電路包括第五絕緣柵雙極型晶體管、第一二極管、電抗器及電流檢測(cè)電路；
[0007]所述整流器的正極輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管的漏極，所述第五絕緣柵雙極型晶體管的源極連接所述電抗器的一端，所述電抗器的另一端通過(guò)所述電流檢測(cè)電路連接所述逆變電路的正極輸入端；所述整流器的負(fù)極輸出端連接所述逆變電路的負(fù)極輸入端；所述整流器與逆變電路之間并聯(lián)有第一二極管；所述第一二極管的負(fù)極連接在所述第五絕緣柵雙極型晶體管與所述電抗器之間的電路上，所述第一二極管的正極連接在所述整流器與逆變電路之間的電路上；所述電流檢測(cè)電路連接控制電路，所述電流檢測(cè)電路輸出檢測(cè)信號(hào)給所述控制電路，所述控制電路的控制信號(hào)輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管的柵極。
[0008]所述控制電路包括運(yùn)算放大器、滯回比較器、正弦波信號(hào)發(fā)生裝置、第一電阻、第二電阻、第三電阻、和反向二極管；所述電流檢測(cè)電路的第一信號(hào)輸出端連接運(yùn)算放大器的正極信號(hào)輸入端，所述電流檢測(cè)電路的第二信號(hào)輸出端通過(guò)所述第一電阻連接所述運(yùn)算放大器的負(fù)極信號(hào)輸入端，所述運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端連接滯回比較器的第一輸入端，所述運(yùn)算放大器的負(fù)極信號(hào)輸入端與所述運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端并聯(lián)有第二電阻，所述滯回比較器的第二輸入端連接有正弦波信號(hào)發(fā)生裝置，所述正弦波信號(hào)發(fā)生裝置輸出正弦波信號(hào)給所述滯回比較器；所述整流器的正極輸出端還通過(guò)第三電阻連接反向二極管的負(fù)極，所述反向二極管的正極連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管的源極，所述反向二極管的負(fù)極與所述第五絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接；所述滯回比較器的輸出端連接繼電器的控制信號(hào)輸入端，所述繼電器的動(dòng)作末端串聯(lián)在所述第三電阻與反向二極管之間的電路。
[0009]一般的電流型感應(yīng)加熱逆變電源逆變橋的輸入電流為恒流，負(fù)載上電流波形為不連續(xù)矩形波，而矩形波電流不能很好滿足負(fù)載的需求，造成電能損耗大，功率因數(shù)低。本發(fā)明提出的感應(yīng)加熱逆變電源與傳統(tǒng)電流型逆變電源最大的不同之處在于:在斬波電路中采用了電抗器，結(jié)合特有的控制規(guī)律以及逆變橋中四個(gè)開關(guān)管的相互配合，實(shí)現(xiàn)了在負(fù)載上輸出正弦電流，且能對(duì)電流直接進(jìn)行控制，是一種全新的正弦波電流控制電路。采用此種電路結(jié)構(gòu)，逆變橋中的四個(gè)開關(guān)管僅僅起到改變電流方向的作用，所以采用低頻管就能滿足實(shí)際需求，降低了開關(guān)管的選型要求。
[0010]由運(yùn)算放大器將電流檢測(cè)電路輸出的小信號(hào)放大后作為滯回比較器的一個(gè)輸入信號(hào)，當(dāng)滯回比較器的另一個(gè)輸入信號(hào)與運(yùn)算放大器輸出的信號(hào)值之差超過(guò)了上門限值或低于了下門限值時(shí)，滯回比較器就會(huì)輸出高電平或低電平去控制繼電器動(dòng)作末端的通斷。當(dāng)繼電器動(dòng)作末端閉合時(shí)，第五絕緣柵雙極型晶體管的柵極與源極之間就存在電壓使得所述第五絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通；當(dāng)繼電器的動(dòng)作末端斷開時(shí)，第五絕緣柵雙極型晶體管關(guān)斷。采用以上技術(shù)方案，整流器將交流電整流成直流電，經(jīng)斬波電路轉(zhuǎn)化為直流母線上的正弦半波電流，最后經(jīng)逆變電路后在負(fù)載上得到正弦全波電流。本專利針對(duì)常規(guī)直流斬波調(diào)功方式的缺點(diǎn)，提出了一種電流型逆變電源，與常規(guī)直流斬波調(diào)功方式相比具有如下顯著優(yōu)勢(shì):在直流母線側(cè)上增加了電流檢測(cè)裝置，形成閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)了輸出電流的正弦化，不僅較好的滿足了負(fù)載對(duì)于正弦電流的需求，減少了諧波，提高了功率因數(shù)，而且由于采用了閉環(huán)控制，因此其穩(wěn)定性和輸出控制精度受系統(tǒng)參數(shù)影響較小，具有很好的魯棒性，可實(shí)現(xiàn)輸出功率在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
[0011]所述逆變電路包括第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管和第四絕緣柵雙極型晶體管；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接處理器的第一信號(hào)輸出端，所述處理器的第二信號(hào)輸出端連接所述第二絕緣柵雙極型晶體管的柵極，所述處理器的第三信號(hào)輸出端連接所述第三絕緣柵雙極型晶體管的柵極，所述處理器的第四信號(hào)輸出端連接所述第四絕緣柵雙極型晶體管的柵極；所述電抗器通過(guò)所述電流檢測(cè)電路連接第一絕緣柵雙極型晶體管的漏極，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的源極與第二絕緣柵雙極型晶體管的漏極連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的源極與所述整流器的負(fù)極輸出端連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的源極與第三絕緣柵雙極型晶體管的源極連接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管的漏極與第四絕緣柵雙極型晶體管的源極連接，所述第四絕緣柵雙極型晶體管的漏極與所述第一絕緣柵雙極型晶體管的漏極連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體管與第二絕緣柵雙極型晶體管之間的電路連接負(fù)載的正極，所述負(fù)載的負(fù)極連接在所述第三絕緣柵雙極型晶體管與第四絕緣柵雙極型晶體管之間的電路上。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在直流母線側(cè)上增加了電流檢測(cè)裝置，形成閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)了輸出電流的正弦化，不僅較好的滿足了負(fù)載對(duì)于正弦電流的需求，減少了諧波，提高了功率因數(shù)，而且由于采用了閉環(huán)控制，因此其穩(wěn)定性和輸出控制精度受系統(tǒng)參數(shù)影響較小，具有很好的魯棒性，可實(shí)現(xiàn)輸出功率在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】的具體電路示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明電路中實(shí)際電流值、設(shè)定電流值的波形圖以及第五絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0016]如圖1和圖2所示，一種電流型逆變電源，包括整流器1、斬波電路2和逆變電路3，所述整流器I的輸出端連接所述斬波電路2的輸入端，所述斬波電路2的輸出端連接所述逆變電路3的輸入端；所述斬波電路2包括第五絕緣柵雙極型晶體管4、第一二極管D1、電抗器Ld及電流檢測(cè)電路5 ；，電流檢測(cè)電路5為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0017]所述整流器I的正極輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的漏極，所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的源極連接所述電抗器Ld的一端，所述電抗器Ld的另一端通過(guò)所述電流檢測(cè)電路5連接所述逆變電路3的正極輸入端；所述整流器I的負(fù)極輸出端連接所述逆變電路3的負(fù)極輸入端；所述整流器I與逆變電路3之間并聯(lián)有第一二極管Dl ;所述第一二極管Dl的負(fù)極連接在所述第五絕緣柵雙極型晶體管4與所述電抗器Ld之間的電路上，所述第一二極管Dl的正極連接在所述整流器I與逆變電路3之間的電路上；所述電流檢測(cè)電路5連接控制電路，所述電流檢測(cè)電路5輸出檢測(cè)信號(hào)給所述控制電路，所述控制電路的控制信號(hào)輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的柵極。
[0018]所述控制電路包括運(yùn)算放大器6、滯回比較器7、正弦波信號(hào)發(fā)生裝置8、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、和反向二極管D2 ;所述電流檢測(cè)電路5的第一信號(hào)輸出端連接運(yùn)算放大器6的正極信號(hào)輸入端，所述電流檢測(cè)電路5的第二信號(hào)輸出端通過(guò)所述第一電阻Rl連接所述運(yùn)算放大器6的負(fù)極信號(hào)輸入端，所述運(yùn)算放大器6的信號(hào)輸出端連接滯回比較器7的第一輸入端，所述運(yùn)算放大器6的負(fù)極信號(hào)輸入端與所述運(yùn)算放大器6的信號(hào)輸出端并聯(lián)有第二電阻R2，所述滯回比較器7的第二輸入端連接有正弦波信號(hào)發(fā)生裝置8，所述正弦波信號(hào)發(fā)生裝置8輸出正弦波信號(hào)給所述滯回比較器7 ;所述整流器I的正極輸出端還通過(guò)第三電阻R3連接反向二極管D2的負(fù)極，所述反向二極管D2的正極連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的源極，所述反向二極管D2的負(fù)極與所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的柵極連接；所述滯回比較器7的輸出端連接繼電器9的控制信號(hào)輸入端，所述繼電器9的動(dòng)作末端串聯(lián)在所述第三電阻R3與反向二極管D2之間的電路。
[0019]所述逆變電路3包括第一絕緣柵雙極型晶體管Q1、第二絕緣柵雙極型晶體管Q2、第三絕緣柵雙極型晶體管Q3和第四絕緣柵雙極型晶體管Q4 ;所述第一絕緣柵雙極型晶體管Ql的柵極連接處理器10的第一信號(hào)輸出端，所述處理器10的第二信號(hào)輸出端連接所述第二絕緣柵雙極型晶體管Q2的柵極，所述處理器10的第三信號(hào)輸出端連接所述第三絕緣柵雙極型晶體管Q3的柵極，所述處理器10的第四信號(hào)輸出端連接所述第四絕緣柵雙極型晶體管Q4的柵極；所述電抗器Ld通過(guò)所述電流檢測(cè)電路5連接第一絕緣柵雙極型晶體管Ql的漏極，所述第一絕緣柵雙極型晶體管Ql的源極與第二絕緣柵雙極型晶體管Q2的漏極連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管Q2的源極與所述整流器I的負(fù)極輸出端連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管Q2的源極與第三絕緣柵雙極型晶體管Q3的源極連接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管Q3的漏極與第四絕緣柵雙極型晶體管Q4的源極連接，所述第四絕緣柵雙極型晶體管Q4的漏極與所述第一絕緣柵雙極型晶體管Ql的漏極連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體管Ql與第二絕緣柵雙極型晶體管Q2之間的電路連接負(fù)載的正極，所述負(fù)載的負(fù)極連接在所述第三絕緣柵雙極型晶體管Q3與第四絕緣柵雙極型晶體管Q4之間的電路上。
[0020]本實(shí)施例中，所述處理器采用正弦波信號(hào)發(fā)生裝置的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，由于借用了正弦波信號(hào)發(fā)生裝置的單片機(jī)，進(jìn)一步的簡(jiǎn)化了電路復(fù)雜度，降低了成本。
[0021]直流母線上正弦半波產(chǎn)生過(guò)程如圖2所示:直流母線上的電流檢測(cè)電路通過(guò)檢測(cè)得到實(shí)際電流值id，id*為設(shè)定電流值，設(shè)定電流值id*和實(shí)際電流值id的差值為e，設(shè)定第五絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)波形為V0，將設(shè)定電流值id*和實(shí)際電流值id的偏差e放大后輸出給滯回比較器，通過(guò)其輸出來(lái)控制第五絕緣柵雙極型晶體管的通斷。當(dāng)e I時(shí)，斷開第五絕緣柵雙極型晶體管，使得id減??；當(dāng)e < - Λ I時(shí)，開通第五絕緣柵雙極型晶體管，使得id開始增大，Λ I為設(shè)定閾值，Λ I的取值范圍為id*的2%?5%。這樣交替通斷，使得|e| I，實(shí)現(xiàn)了 id對(duì)設(shè)定值id*的自動(dòng)跟蹤，id就在id*土 Λ I的范圍內(nèi)呈鋸齒狀地跟蹤設(shè)定電流id*。將id*設(shè)定為正弦半波，設(shè)定經(jīng)逆變電路進(jìn)行逆變后在負(fù)載上得到的正弦全波電流為i，因?yàn)樨?fù)載與電抗器Ld是串聯(lián)的關(guān)系，所以id和i的大小始終相等。在i的前半個(gè)周期，它們的方向相同；在后半個(gè)周期，它們的方向相反。將第一絕緣柵雙極型晶體管與第三絕緣柵雙極型晶體管設(shè)為第一絕緣柵雙極型晶體管組、將第二絕緣柵雙極型晶體管與第四絕緣柵雙極型晶體管設(shè)為第二絕緣柵雙極型晶體管組，讓第一絕緣柵雙極型晶體管組與第二絕緣柵雙極型晶體管組180°交替導(dǎo)通即可在負(fù)載上得到完整的正弦電流全波。
[0022]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電流型逆變電源，包括整流器(I)、斬波電路⑵和逆變電路(3)，所述整流器(I)的輸出端連接所述斬波電路(2)的輸入端，所述斬波電路(2)的輸出端連接所述逆變電路(3)的輸入端；其特征在于:所述斬波電路(2)包括第五絕緣柵雙極型晶體管(4)、第一二極管(Dl)、電抗器(Ld)及電流檢測(cè)電路(5)； 所述整流器(I)的正極輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的漏極，所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的源極連接所述電抗器(Ld)的一端，所述電抗器(Ld)的另一端通過(guò)所述電流檢測(cè)電路(5)連接所述逆變電路(3)的正極輸入端；所述整流器(I)的負(fù)極輸出端連接所述逆變電路(3)的負(fù)極輸入端；所述整流器(I)與逆變電路(3)之間并聯(lián)有第一二極管(Dl);所述第一二極管(Dl)的負(fù)極連接在所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)與所述電抗器(Ld)之間的電路上，所述第一二極管(Dl)的正極連接在所述整流器(I)與逆變電路⑶之間的電路上；所述電流檢測(cè)電路(5)連接控制電路，所述電流檢測(cè)電路(5)輸出檢測(cè)信號(hào)給所述控制電路，所述控制電路的控制信號(hào)輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的電流型逆變電源，其特征是:所述控制電路包括運(yùn)算放大器(6)、滯回比較器(7)、正弦波信號(hào)發(fā)生裝置(8)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、和反向二極管(D2);所述電流檢測(cè)電路(5)的第一信號(hào)輸出端連接運(yùn)算放大器(6)的正極信號(hào)輸入端，所述電流檢測(cè)電路(5)的第二信號(hào)輸出端通過(guò)所述第一電阻(Rl)連接所述運(yùn)算放大器(6)的負(fù)極信號(hào)輸入端，所述運(yùn)算放大器(6)的信號(hào)輸出端連接滯回比較器(7)的第一輸入端，所述運(yùn)算放大器(6)的負(fù)極信號(hào)輸入端與所述運(yùn)算放大器(6)的信號(hào)輸出端并聯(lián)有第二電阻(R2)，所述滯回比較器(7)的第二輸入端連接有正弦波信號(hào)發(fā)生裝置(8)，所述正弦波信號(hào)發(fā)生裝置(8)輸出正弦波信號(hào)給所述滯回比較器(7);所述整流器(I)的正極輸出端還 通過(guò)第三電阻(R3)連接反向二極管(D2)的負(fù)極，所述反向二極管(D2)的正極連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的源極，所述反向二極管(D2)的負(fù)極與所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的柵極連接；所述滯回比較器(7)的輸出端連接繼電器(9)的控制信號(hào)輸入端，所述繼電器(9)的動(dòng)作末端串聯(lián)在所述第三電阻(R3)與反向二極管(D2)之間的電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電流型逆變電源，其特征是:所述逆變電路(3)包括第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)、第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)、第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)和第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4);所述第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)的柵極連接處理器(10)的第一信號(hào)輸出端，所述處理器(10)的第二信號(hào)輸出端連接所述第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)的柵極，所述處理器(10)的第三信號(hào)輸出端連接所述第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)的柵極，所述處理器(10)的第四信號(hào)輸出端連接所述第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4)的柵極；所述電抗器(Ld)通過(guò)所述電流檢測(cè)電路(5)連接第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)的漏極，所述第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)的源極與第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)的漏極連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)的源極與所述整流器(I)的負(fù)極輸出端連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)的源極與第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)的源極連接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)的漏極與第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4)的源極連接，所述第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4)的漏極與所述第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)的漏極連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)與第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)之間的電路連接負(fù)載 的正極，所述負(fù)載的負(fù)極連接在所述第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)與第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4)之間的電路上。
【文檔編號(hào)】H02M1/12GK103973150SQ201410214561
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】程森林, 徐智, 趙曉兀, 王燕, 楊發(fā)如 申請(qǐng)人:重慶大學(xué), 重慶恒銳機(jī)電有限公司