斩控式交流稳压电源主电路参数设计中文

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1、斩控式交流稳压电源主电路参数设计中文双向可逆PWM控制交流稳压电源主电路参数设计摘要：双向可逆PWM控制补偿型稳压电源具有稳压精度高、效率高、体积小等优点。但为了保证电源质量，主电路结构中电感、电容等参数的确定至关重要。通过对电路工作情况的分析，从滤波的角度出发，给出了主电路电感、电容等参数的详细计算公式，并举例计算。计算参数时，为减小体积，在满足要求时，滤波电感取小值，电容取大值；直流侧平波电容要按逆变时直流电压升高限幅来选取，为保持稳压精度，此电容尽可能取大值。关键词：补偿型稳压电源；PWM整流器；SPWM逆变器；滤波器1前言交流

2、稳压电源种类很多，但参数调整型、自藕调整型及全功率变换型[1]等电磁元件体积大或电压电流谐波较大，功率因数较低，因此在小容量范围内补偿型稳压电源具有技术优势。补偿型稳压电源是利用增加补偿环节实现输出电压的稳定，其优点是电路简单、补偿变压器容量小、稳压精度高、响应速度快。双PWM控制的交流稳压电源补偿功率双向流动，综合性能优异。随着微计算机处理速度越来越快成本越来越低，采用微计算机控制的双向可逆PWM控制稳压电源逐渐成为交流稳压电源设计的主流。2稳压电源主电路设计双向PWM控制的补偿型交流稳压电源的主要结构如图1所示，整流器和逆变器都采

3、用PWM控制方式。采用PWM整流器，可以使交流侧输入功率因数为1，不会产生低次谐波污染电网，直流侧输出稳定的直流电压，且幅值高于二极管不控整流得到的直流电压值，有利于后级逆变电路的工作。逆变器采用SPWM控制方式，可以输出波形良好的正弦波电压，与市电输入电压频率相同，相位一致或相差1800，通过补偿变压器与市电串联后得到额定输出电压。2.1稳压电源主电路结构稳压电源的主电路结构如图2所示，整流和逆变均采用单相全桥变换器，开关器件采用IGBT。补偿变压器T原边与逆变器输出端相连，副边串联在市电和负载之间。[2]PWM整流器电路中，Ls为

4、交流侧电感，Lf1和Cf1组成直流侧二次滤波器，电解电容Cd是直流侧平波电容。SPWM逆变器电路中，Lf2和Cf2组成输出滤波器，其输出通过补偿变压器T将补偿电压与输入电压串联。2.2功率流动分析补偿变压器T的同名端如图3中标示。当Ui?U0?Uc时，需要一个与电网电压反相的补偿电压Uc，作负补偿。由图示的输出电流I0的方向和Uc的极性可知，能量由变压器副边流向变压器原边，经过逆变器和PWM整流器反馈到电网，PWM整流器工作在逆变状态。同理，当Ui?U0?Uc时，作正补偿，能量由变压器原边流向变压器副边。当系统达到稳态，负载电压为额定

5、时，补偿电路处理的功率为?P?S0?S1?I0Uc2.3主电路参数计算2.3.1补偿变压器当输入电压的范围为Ui?UN?1??U?，则补偿变压器的容量为?Pmax??U?UNIN??U?U0NI0N（2）补偿变压器副边额定电压为?U?UN，原边电压为?U?UNk，k为补偿变压器变比。一般地，为留有一定裕量，逆变器直流侧电压要比输出的交流电压峰值高20%~30%。PWM整流直流侧电压为Ud，即输出交流电压应满足2VcN?1?30%??Ud（3）求得VcN?Ud?1.32?。则补偿变压器的匝比k?VcNcN?VcN?U?UN?（4）最终k

6、取整数值。2.3.2逆变器输出滤波器Lf和Cf组成逆变器输出端LC串联谐振滤波器[3]，谐振频率为fL2?2?Lf2Cf2?。PWM逆变桥输出电压波中，各次谐波次数为n?c?k?[4]r，其中k为载波比，?c为载波频率，?r为工频信号波频率，n=1,3,5,…时，k=0,2,4,…；n=2,4,6,…时，k=1,3,4,…。各次谐波中幅值最高影响最大的是角频率为?c的谐波分量。因为载波频率fc要比基波频率大100倍以上，所以一般取载波频率的1/10为单调谐滤波器谐振频率，此时截止频率仍远大于工频基波频率。确定了谐振频率后，还要考虑逆变

7、器输出电流变化率。输出电流脉动值可以表示为:?I??Vi?Vc?MTcLf2（5）式中，Vi——逆变器输入电压，即逆变器直流侧电压值，Vi?Ud；Vc——逆变器输出电压；M——调制度；Tc——开关周期，即载波频率fc的倒数。载波比足够大时，可以近似有：M?Vci（6）在M?Vci?0.5时，输出电流脉动取得最大，则?Imax?ViTc?4Lf2?（7）逆变器输出电流纹波系数为?i，则?Imax??iImax??i2IN（8）从而有Lf2?kUdTc?42?iIN?（9）由逆变器直流侧电压值、载波频率、电流纹波系数、电源额定输出电流，可

8、以求出Lf2和Cf2的值。输出电流纹波系数一般取?i?0.2。2.3.3整流器交流侧电感为了改善PWM整流系统动态特性，并不受交流侧参数的影响，PWM整流多采用直接电流控制[5]。其中固定开关频率的直接电流控制，开关频率