[实用新型]基于电流跟踪控制的负载相位调节器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于电流跟踪控制的负载相位调节器装置，属于电源技术领域。

背景技术

在交流电路中，由于负载的原因，负载两端的电压和流经负载的电流存在相位差，电流相位控制，是一种以输入电压为参考，控制输入电流相位在一定范围内任意调节的技术，在功率因数调节器电子设备中都有广泛的应用，常见的功率因数调节器中，就需要这种技术，以提高电力系统供电效率，减少不必要设备投入。功率因数调节，就是根据用电设备的负载情况，提供互补无功电流的方法实现。当负载为容性时，补偿设备提供感性负载的电流相位，当负载为感性时，则提供容性的电流相位来实现。在电子负载设备中，电流相位控制器也有广泛的应用，为了减少大型电子设备在试验或实验阶段的能量损耗，经常采用的方法是用电子负载模拟实际负载，将负载消耗的能量返回电网，以实现节能的目的。

由此可见一个合理的电流相位控制方法至关重要。目前电流控制技术主要有间接电流控制和直接电流控制两大类。前者控制简单，但其电流动态响应不够快，且对系统参数变化较敏感；后者则直接以快速反馈的电流为控制对象，能获得较高品质的电流响应，缺点是控制结构和算法较复杂。

发明内容

为了克服现在电流相位控制方法存在的问题，本实用新型采用AC/DC桥式变流为主电路结构，提出一种电压外环、电流内环的双闭环控制装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于电流跟踪控制的负载相位调节器，包括控制电路、驱动电路和AC/DC桥式变流结构，AC/DC桥式变流结构包括交流电源、输入侧电感L、H桥电路、输出侧极性电容和负载，H桥电路包括功率管T1、功率管T2、功率管T3、功率管T4、反向续流二极管D1、反向续流二极管D2、反向续流二极管D3和反向续流二极管D4；电感L的一端与交流电源的正极相连接，另一端与功率管T1的源极、功率管T3的漏极相连接，交流电源的负极与功率管T2的源极、功率管T4的漏极相连接，反向续流二极管D1、反向续流二极D2、反向续流二极D3和反向续流二极D4的阳极分别连接功率管T1、功率管T2、功率管T3、功率管T4的源极，反向续流二极管D1、反向续流二极D2、反向续流二极D3和反向续流二极D4的阴极分别连接功率管T1、功率管T2、功率管T3、功率管T4的漏极，极性电容的正极与功率管T1的漏极、功率管T2的漏极相连接，极性电容的负极与功率管T3的源极、功率管T4的源极相连接，负载电阻并联在极性电容两端。

所述控制电路采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略。

所述驱动电路包括光耦隔离电路、H桥驱动电路两个部分。

所述控制电路和驱动电路之间添加隔离模块，隔离模块为光耦芯片ISP521。

本实用新型的装置采用新型AC/DC桥式变流结构，采用电流相位和输出电压双给定方法，保证输出电压的稳定性，同时使输入电流跟踪预先给定的正弦波。电流控制策略为滞环跟踪控制，硬件电路简单，属于实时控制，电流响应快，并且由于电流内环对电压外环的改造作用，从而改善了电压外环的动态性能。

附图说明

图1是本实用新型的电流相控器主电路；

图2是电流is流向为正时的等效电路；(a)为T2、T3导通；(b)为D1、D4导通；

图3是电流is流向为负时的等效电路；(a)为T1、T4导通；(b)为D2、D3导通；

图4是电流跟踪控制原理图；

图5是光耦隔离电路图；

图6是电流i₁和i_c的波形图；(a)为电流i₁,(b)为电流i_c；

图7是输出电流和输出电压的脉动图；(a)为电流脉动；(b)为电压脉动；

图8是电流和电压的不同相位关系图；(a)为0⁰相位差；(b)30⁰相位差；(c)60⁰相位差；(d)90⁰相位差。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。

⑴主电路设计。本实用新型的电流相位控制器的控制原理图如图1所示。基于电流跟踪控制的负载相位调节器中的AC/DC桥式变流结构是由交流电源、输入侧电感L、H桥电路、输出侧极性电容和负载组成。考虑到输入电压和输入电流之间存在相位差，因此u_s和i_s之间有下列关系。