[发明专利]单相后缘斩波调压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流电调压器，尤其是一种正弦波过零导通、正弦波后边缘关断可控制的单相后缘斩波调压器。

背景技术

大功率电力电子器件用于交流电调压属于具有广泛发展潜力的应用。目前的交流电压调节装置，除传统的自耦调压器外，还有油浸式调压器，隔离调压器，感应调压器，柱式电动调压器和晶闸管调压器五种。自耦调压器应用较为广泛。但是，自耦调压器除了体积庞大、设备昂贵的缺点之外，在使用时动触头会产生电弧，特别是负载较大时，更容易产生电弧，给生产作业带来隐患。同时，自耦变压器由于初次级直接连在一起，没有隔离作用，低压侧也带高压电，容易发生危险事故。其次，是以可控硅为核心器件构成的电力调压器装置。可控硅调光器虽然电路简单、成本低廉，但由于可控硅移相工作时会产生较强的谐波干扰，若不采取有效的滤波措施，将会妨碍许多电器的使用。另外，可控硅调光器在开通时有一个很陡的前沿，电压波形从零电压突然跳高，这对白炽灯类电阻性负载的影响不大，但却不适合气体放电光源的调压使用。因为多数气体放电光源都需要驱动电路来配合工作，而驱动电路是一种容性负载，可控硅调光器产生的电压陡增会在容性负载上产生很大的浪涌电流，使电路工作不稳定，甚至造成驱动电路烧毁的故障。

目前的大功率电力半导体器件，尤其是金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极型功率管（IGBT）在新能源、工业自动化（高频电焊机、高频超声波、逆变器、UPS/EPS、感应加热）领域已有了长足的发展，这些电力半导体器件在交流电调压装置中的应用，在完善的工业电路设计下，能长期可靠稳定运行，甚至能超越可控硅的应用范围。特别是在高频电路应用领域，由于晶闸管特性为恢复阻断，唯有使晶闸管的阳极电流减少到维持电流，使其内部正反馈无法维持，晶闸管才会恢复阻断，故晶闸管无法应用。而MOSFET和IGBT通过投影一个电场在一个绝缘层上来影响流过晶体管的电流，所以其驱动功率很小，开关速度快，饱和压降低。随着MOSFET和IGBT的生产工艺不断成熟，其应用大有赶超晶闸管之势。但由于此类电力半导体器件的应用技术要求水准更高，若所设计的电气原理不够成熟，将会引起诸多问题：例如IGBT中存在有寄生晶闸管（MOS栅极的n+p-n-p+半导体结构），这就使得器件的最大工作电流要受到此寄生晶闸管闭锁效应的限制，虽采用阴极短路技术可以适当地减弱这种不良影响，但仍将导致拖带感性负载时产生发热问题。

发明内容

本发明的目的是针对目前的晶闸管调压器电路原理中存在的严重的谐波干扰的问题，设计出一种基于MOSFET和IGBT功率器件的单相后缘斩波调压器。

 本发明的技术方案是：一种单相后缘斩波调压器，包括同步检测电路（1），脉冲波发生电路（2），隔离驱动电路（3），工频斩波电路（4），稳压反馈电路（5）相互连接。信号控制电路获得0-10V、0-5V、4-20mA或电位器的控制信号后，经晶体管放大获得标准的模拟信号。同步检测电路（1）经光耦检测捕捉交流市电正弦波中的过零点，与前述标准的模拟信号共同接入脉冲波发生电路（2）的输入端。同时，稳压反馈电路（5）接在输出负载两端，当市电发生波动时，有稳压信号输入脉冲波发生电路（2），影响脉冲波的振荡周期。脉冲波发生电路（2）的输出端与隔离驱动电路（3）直接相连。隔离驱动电路（3）核心器件为两只NPN型三极管和两只PNP型三极管。隔离驱动电路（3）经阻尼电阻推动MOSFET1与MOSFET2（以下简称MOS1、MOS2）交替工作，输出工频后边缘斩波电压。工频斩波电路（4）分别接市电电源与负载的一端，MOS1、MOS2的漏极接市电L和N，MOS1、MOS2的源极接感性负载或容性负载RL。负载上输出波形为后边缘可调的正弦波，通过对正弦波后边缘关断的控制，输出波形为平均电压随信号而调节的后边缘可调正弦波。

所述的后边缘可调正弦波，从正弦波过零点开始连续全导通，输出电压随正弦波形同步增加。根据信号控制功率场效应晶体管将正弦波在瞬间关断。

所述的后边缘可调正弦波，从正弦波导通至正弦波关断的时间?t≤0.5ms。正弦波的正半周关断时间与负半周关断时间是相同的。

 所述的脉冲波发生电路（2），由MCU1单片机构成。MCU1内置工作电源单元、时钟源单元、复位信号单元、脉冲波发生单元、稳压反馈单元、相位信号检测单元。MCU1的输入端引脚1和引脚16接收同步检测电路（1）信号，引脚7接收稳压反馈电路（5）信号。输出提供PWM高低电平，通过引脚11与引脚14将PWM脉冲波输入隔离驱动电路（3）驱动放大。