專利名稱：一種用于抑制大功率直流電源紋波的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于電工技術領域，更進一步涉及一種用于抑制大功率直流電源紋波的方法及裝置。
在高能物理研究中的質子同步加速器、核磁共振裝置中的磁體以及超導電工技術的研究中，通常需要用大電流的穩流電源對磁體供給勵磁電流，這些應用中都對磁場的穩定度提出要求。要保證磁場的長期穩定，就是要保證穩定電源的輸出電流具有很高的穩定度和極低的紋波。核物理研究的重粒子加速器系統中的快速脈沖電源，其電流必須精確地跟隨由計算機給出的電流脈沖模式。這些應用不僅要求極低的電流紋波而且需要快速的響應。
目前，直流穩定電源和脈沖電源的功率越來越大，從幾百千瓦到上萬千瓦，相控整流電源仍然是大功率穩定電源(如磁鐵負載)應用的優先選擇。為了滿足嚴格的輸出紋波要求，通常采用無源濾波器和由串聯線性調整電路構成的有源濾波器消除相控整流電源的輸出紋波。無源濾波器體積龐大，而且較大的無源濾波器將使系統的動態性能和過渡過程中的跟蹤精度惡化。串聯線性調整型有源濾波器與負載串聯連接，可以達到高穩定、低紋波、低噪聲等較高的質量指標要求，但串聯調整管(大功率晶體管)的電流容量和線性放大倍數均有限，串聯調整管往往由數百個大功率晶體管組成，管壓降造成的損耗較大。對于大功率穩定電源，降低損耗問題是一個不可忽視的問題。
本發明的目的提出了一種采用PWM(脈沖寬度調制)技術控制的并聯聯接的直流有源濾波器與無源濾波器構成混合型濾波器的結構，采用檢測紋波電壓的控制方法，使大功率直流穩定電源或脈沖電源的電流紋波達到10ppm(10-5)以下，同時也提高了直流穩定電源的穩定度。
為達到上述目的，本發明的技術方案是它包括一相控整流器，相控整流器的輸出端與串聯有電感Ls和并聯有電容Cr、電容Cd、電阻Rd的無源濾波器的輸入端相連，串聯有電感LA和電壓單相橋式PWM型逆變器5及有源濾波器控制電路6的直流有源濾波器與串聯有電感LL和電阻Rd的負載并聯聯接，并且與無源濾波器輸出端并聯連接。
有源濾波器控制電路包括一檢測電路，檢測電路分別接在低通濾波器的輸入端和減法器的負輸入端，低通濾波器的輸出端接減法器的正輸入端，減法器的輸出端接比例放大器的輸入端，比例放大器的輸出端接PWM跟蹤控制器的輸入端，PWM跟蹤控制器的輸出端接到電壓型逆變器的輸入端，在PWM跟蹤控制器中接有保護器。
并聯有源濾波器檢測抑制直流電源紋波電壓的方法是首先用檢測器檢測有源濾波器的a、b兩端電壓Uab，然后輸入到低通濾波器，經低通濾波器和減法器將紋波電壓從直流中分離出來，其次，將紋波電壓用比例放大器放大，作為指令信號，再次，將指令信號經跟蹤控制器產生PWM信號，使逆變器放大產生相應的紋波電流信號即可。
下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。


圖1是本發明的整體結構示意圖。
圖2是本發明的并聯有源濾波器控制電路方框圖。
參見圖1，本發明包括相控整流器1，由電感Ls、電容Cr、電容Cd、電阻Rd組成的無源濾波器2，由電感LA電壓單相橋式PWM型逆變器5及有源濾波器控制電路6組成的直流有源濾波器3，由電感LL和電阻Rd組成的負載4。它們的連接關系是相控整流器1的輸出端與無源濾波器2的輸入端相連，直流有源濾波器3與負載4并聯聯接，并且與無源濾波器2輸出端(即圖1中a、b兩端)并聯連接。其工作原理是相控整流器1的輸出紋波首先經過無源濾波器2濾波得到衰減，再經過有源濾波器3使負載端紋波得到進一步得到抑制和衰減，滿足負載4低紋波的要求。
參見圖2，有源濾波器控制電路6由含有傳感器的檢測器7、低通濾波器8、減法器9、比例放大器10、PWM跟蹤控制器11、保護器12組成，它們之間的連接關系是有源濾波器控制電路6的輸入端通過檢測電路7分別接在低通濾波器8的輸入端和減法器9的負輸入端，低通濾波器8的輸出端接減法器9的正輸入端，減法器9的輸出端接比例放大器10的輸入端，比例放大器10的輸出端接PWM跟蹤控制器11的輸入端，PWM跟蹤控制器11的輸出端接到電壓型逆變器5的輸入端，在PWM跟蹤控制器11中接有保護器12；其檢測抑制直流電源紋波電壓的方法是首先用檢測器7檢測有源濾波器3的a、b兩端電壓Uab(內含直流和紋波成分)，然后輸入到低通濾波器8，經低通濾波器8和減法器9將紋波電壓從直流中分離出來，其次，將紋波電壓用比例放大器10放大，作為指令信號，再次，將指令信號經跟蹤控制電路11產生PWM信號，使逆變器5放大產生相應的紋波電流信號即可。通過以上方法，使直流回路中的紋波電流分流，達到抑制直流回路紋波電流或電壓的目的。
本發明提出的一種并聯聯接的直流有源濾波器與無源濾波器構成混合型濾波器結構，并且采用檢測紋波電壓的控制方法，利用PWM技術，在裝置成本非常低的情況下，可以非常容易地獲得很好的濾波效果，使大功率直流穩定電源的電流紋波達到10ppm以下，同時也提高了直流穩定電源的穩定度。特別是發明了采用檢測紋波電壓的控制方法，該方法的顯著優點是對傳感器和電路元件精度要求不高的情況下，很容易實現直流穩定電源的低紋波要求。該方法容易實現，裝置損耗小，效率高，工作穩定、可靠，在高能物理、超導研究方面所需的大功率直流穩流電源和脈沖電源中具有廣闊的應用前景。
權利要求
1.一種用于抑制大功率直流電源紋波的裝置，它包括一相控整流器(1)，其特征在于，相控整流器(1)的輸出端與串聯有電感Ls和并聯有電容Cr、Cd、電阻Rd的無源濾波器(2)的輸入端相連，串聯有電感LA和電壓單相橋式PWM型逆變器5及控制電路6的并聯型直流有源濾波器(3)與串聯有電感LL和電阻Rd的負載(4)并聯聯接，并且與無源濾波器輸出端(2)并聯連接。
2.根據權利要求1所述的用于抑制大功率直流電源紋波的裝置，其特征在于，有源濾波器控制電路(6)包括一檢測電路(7)，檢測電路(7)分別接在低通濾波器(8)的輸入端和減法器(9)的負輸入端，低通濾波器(8)的輸出端接減法器(9)的正輸入端，減法器(9)的輸出端接比例放大器(10)的輸入端，比例放大器(10)的輸出端接PWM跟蹤控制電路(11)的輸入端，PWM跟蹤控制電路(11)的輸出端接到電壓型逆變器(5)的輸入端，在PWM跟蹤控制電路(11)中接有保護電路(12)。
3.根據權利要求1,2所述的抑制大功率直流電源紋波的方法，其特征在于，首先用檢測器7檢測有源濾波器3的a、b兩端電壓Uab，然后輸入到低通濾波器8，經低通濾波器8和減法器9將紋波電壓從直流中分離出來，其次，將紋波電壓用比例放大器10放大，作為指令信號，再次，將指令信號經跟蹤控制電路11產生PWM信號，使逆變器5放大產生相應的紋波電流信號即可。
全文摘要
一種用于抑制大功率直流電源紋波的方法及裝置,它包括一相控整流器,其輸出端與無源濾波器的輸入端相連,直流有源濾波器與負載并聯聯接,并且與無源濾波器輸出端并聯連接,從直流有源濾波器輸入的信號U
文檔編號H02M1/14GK1301080SQ0013547
公開日2001年6月27日 申請日期2000年12月28日 優先權日2000年12月28日
發明者王兆安, 裴云慶, 肖國春, 姜桂賓 申請人:西安交通大學