一種交流斬波調壓器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型一種交流斬波調壓器，涉及調壓技術領域。
【背景技術】
[0002]傳統的調壓方式以晶閘管作為開關器件，利用相控技術得以實現，這種調壓方式存在功率因數小，諧波含量高，對電網的噪聲污染嚴重的缺點。在實現本實用新型的過程中，發明人發現現有技術中至少存在功率因數小、諧波含量高、對電網噪聲污染嚴重和不能無功補償等缺陷。
【發明內容】
[0003]針對上述問題，本實用新型提出一種交流斬波調壓器，以實現功率因數大、諧波含量低、對電網噪聲污染小和具有無功補償的優點。
[0004]本實用新型采取的技術方案為:
[0005]一種交流斬波調壓器，包括依次連接的交流電源、輸入LC濾波電路、調壓主電路、輸出濾波電路、串聯變壓器、電壓電流采集模塊、STM32控制器、邏輯電路和IGBT驅動電路；所述交流電源和IGBT驅動電路之間連接有同步信號檢測電路，所述IGBT驅動電路與調壓主電路相連。
[0006]所述調壓主電路包括用于周期性的將高頻濾波交流電與負載連接的開關管VTl和開關管VT3，用于主開關管關斷時電感的續流環節的開關管VT2和開關管VT4，以及二極管VD1、二極管VD2、二極管VD3、二極管VD4、二極管VD5、二極管VD6、二極管VD7、二極管VD8，其中:所述二極管VD5陽極和二極管VD7陰極，分別接高頻濾波電感LI 一端和濾波電容Cl 一端；所述二極管VD5陰極和二極管VDl陰極，分別接開關管VTl的漏極；所述開關管VTl的源極接二極管VDl陽極、二極管VD6陰極和續流電感L2 —端；所述二極管VD6陽極和二極管VD2陽極，分別接開關管VT2源極；所述開關管VT2漏極和開關管VT4的源極，分別接二極管VD2的陰極和二極管VD4的陽極，所述開關管VT2源極和開關管VT4的漏極分別接電容Cl 一端、電容C2 —端；所述二極管VD7陽極和二極管VD3陽極，分別接開關管VT3源極；所述開關管VT3漏極，接二極管VD3陽極、二極管VD8陽極和續流電感L3 —端，所述開關管VT4漏極，接二極管VD8陰極和二極管VD4陰極；所述續流電感L2，接續流電感L3 一端和電容C2 —端；所述開關管VT1、開關管VT2、開關管VT3和開關管VT4的柵極，均為控制端；所述STM32處理器的型號為STM32F103xB處理器。
[0007]所述電壓電流采集模塊，包括電壓霍爾器件、電流霍爾器件。
[0008]所述邏輯電路為依次連接在電壓電流采集模塊和STM32處理器之間的PWM信號邏輯分配電路。
[0009]本實用新型一種交流斬波調壓器，技術效果如下:
[0010]1)、利用PI控制和前饋控制方案，使得電壓瞬時值外環在很大程度上改善了波形質量。電流內環加大了逆變器控制系統的帶寬，使得逆變器動態響應加快，輸出電壓諧波含量減小，非線性負載適應能力加強；
[0011]2)、調壓主電路采用交流斬波技術，利用SPWM進行調制，使該交流斬波調壓器的調壓范圍變廣，輸出電壓電流易于正弦化；
[0012]3)、可實現負載電壓的調節，同時還可以達到無功功率補償的效果。
[0013]4)該交流斬波調壓器以IGBT作為開關器件，PI控制和前饋控制控制方案，通過正弦波脈寬調制技術(SPWM)，并輔以STM32芯片控制，實現交流斬波調壓；該交流斬波調壓器，具有動態響應快，調壓范圍廣，輸入輸出電壓易于正弦化等優點，解決了傳統的調壓方式的缺點。
[0014]5)、STM32處理器的72M主頻和豐富的片內外設資源，使該交流斬波調壓器具有很好的實時性和穩定性；在中小功率交流調壓，如:電動機的調速控制，高壓靜電除塵裝置以及調光電路的控制領域具有很好的應用前景。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型一種交流斬波調壓器的工作原理框圖。
[0016]圖2為本實用新型一種交流斬波調壓器的主電路圖。
[0017]圖3為本實用新型一種交流斬波調壓器的同步信號檢測電路圖。
[0018]圖4本實用新型一種交流斬波調壓器的邏輯電路圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種交流斬波調壓器，包括依次連接的交流電源、調壓主電路、輸入LC濾波電路、電壓電流采集模塊、邏輯電路、STM32處理器和IGBT驅動電路，以及依次連接在交流電源和IGBT驅動電路之間的同步信號檢測電路；IGBT驅動電路與調壓主電路相連。在STM32主控器和IGBT驅動電路之間，還連接有邏輯電路。
[0020]串聯變壓器一次側并聯在交流斬波電路的輸出端，二次側則串聯在電路的主功率通道中。通過調節交流斬波電路的輸出電壓的幅值和相位，可實現負載電壓的調節，同時還可以達到無功功率補償的效果。
[0021]具體地，上述調壓主電路，調壓主電路，包括用于周期性的將高頻濾波交流電與負載連接的主開關管VTl和VT3，用于主開關管關斷時電感的續流環節的開關管VT2和VT4，以及二極管VDl至VD4 ;其中:所述調壓主電路包括用于周期性的將高頻濾波交流電與負載連接的開關管VTl和開關管VT3，用于主開關管關斷時電感的續流環節的開關管VT2和開關管VT4，以及二極管VDl、二極管VD2、二極管VD3、二極管VD4、二極管VD5、二極管VD6、二極管VD7、二極管VD8，其中:所述二極管VD5陽極和二極管VD7陰極，分別接高頻濾波電感LI一端和濾波電容Cl 一端；所述二極管VD5陰極和二極管VDl陰極，分別接開關管VTl的漏極；所述開關管VTl的源極接二極管VDl陽極、二極管VD6陰極和續流電感L2 —端；所述二極管VD6陽極和二極管VD2陽極，分別接開關管VT2源極；所述開關管VT2漏極和開關管VT4的源極，分別接二極管VD2的陰極和二極管VD4的陽極，所述開關管VT2源極和開關管VT4的漏極分別接電容Cl 一端、電容C2 —端；所述二極管VD7陽極和二極管VD3陽極，分別接開關管VT3源極；所述開關管VT3漏極，接二極管VD3陽極、二極管VD8陽極和續流電感L3 —端，所述開關管VT4漏極，接二極管VD8陰極和二極管VD4陰極；所述續流電感L2，接續流電感L3 —端和電容C2 —端；所述開關管VT1、開關管VT2、開關管VT3和開關管VT4的柵極，均為控制端。
[0022]上述STM32處理器的型號為STM32F103xB。輸入LC濾波電路，包括LC濾波電路。電壓電流采集模塊，包括電壓霍爾器件和電流霍爾器件。所述邏輯電路包括連接在電壓電流采集模塊和STM32處理器之間的PWM信號邏輯分配電路，這里選擇型號為SN7LVC4245PW的電平轉換芯片，可將+3.3V轉換為+5V。上述IGBT驅動電路使用的IGBT驅動電路是專用模塊EXB841，主要是針對大功率IGBT模塊的門極驅動所設計。上述同步信號檢測電路，由LM339比較器和兩個穩壓管構成同步信號檢測電路的主要部分。LM339的輸出經穩壓管送入脈沖分配電路，且為單片機的同步信號AD采樣引腳的工作電壓為3.3V，所以還要經過3.3V穩壓管才能送入相應的引腳。
[0023]上述實施例的實施例的交流斬波調壓器，調壓主電路(即交流斬波調壓主電路)以IGBT作為開關器件，采用并聯型Buck斬波調壓，通過對輸出電壓電流進行實時采樣經過濾波、放大處理后，送入STM32處理器STM32F103xB的ADC模塊(即A/D模塊);采用PI控制和前饋控制，對采樣結果對應的數字信號進行計算，得到該輸出電壓對應的輸出控制量，實時更新CMPRx的值，再利用規則采樣法生成該輸出控制量電壓所對應的SPWM波形；STM32處理器向邏輯電路提供觸發脈沖，然后邏輯電路分配四路觸發脈沖分別給開關管IGBT驅動電路，控制IGBT的開通和關斷時間，完成對主電路的斬波調壓，主電路的斬波調壓通過串聯變壓器，連接到負載，從而達到調壓目標。
[0024]交流斬波調壓主電路，在一個完整的周期內，該調壓主電路能完成負載工作模式、電感續流模式；調壓主電路通以交流電，主開關管VT1、VT3周期性的將交流電與負載連接；輔助開關管VT2、VT4，用于主開關管關斷時負載電感的續流環節。
【主權項】
1.一種交流斬波調壓器，包括依次連接的交流電源、輸入LC濾波電路、調壓主電路、輸出濾波電路、串聯變壓器、電壓電流采集模塊、STM32控制器、邏輯電路和IGBT驅動電路；其特征在于，所述交流電源和IGBT驅動電路之間連接有同步信號檢測電路，所述IGBT驅動電路與調壓主電路相連。
2.根據權利要求1所述一種交流斬波調壓器，其特征在于，所述調壓主電路包括用于周期性的將高頻濾波交流電與負載連接的開關管VTl和開關管VT3，用于主開關管關斷時電感的續流環節的開關管VT2和開關管VT4，以及二極管VDl、二極管VD2、二極管VD3、二極管VD4、二極管VD5、二極管VD6、二極管VD7、二極管VD8，其中:所述二極管VD5陽極和二極管VD7陰極，分別接高頻濾波電感LI 一端和濾波電容Cl 一端；所述二極管VD5陰極和二極管VDl陰極，分別接開關管VTl的漏極；所述開關管VTl的源極接二極管VDl陽極、二極管VD6陰極和續流電感L2 —端；所述二極管VD6陽極和二極管VD2陽極，分別接開關管VT2源極；所述開關管VT2漏極和開關管VT4的源極，分別接二極管VD2的陰極和二極管VD4的陽極，所述開關管VT2源極和開關管VT4的漏極分別接電容Cl 一端、電容C2 —端；所述二極管VD7陽極和二極管VD3陽極，分別接開關管VT3源極；所述開關管VT3漏極，接二極管VD3陽極、二極管VD8陽極和續流電感L3 —端，所述開關管VT4漏極，接二極管VD8陰極和二極管VD4陰極；所述續流電感L2，接續流電感L3—端和電容C2—端；所述開關管VTl、開關管VT2、開關管VT3和開關管VT4的柵極，均為控制端。
3.根據權利要求1所述一種交流斬波調壓器，其特征在于，所述STM32處理器的型號為STM32F103xB 處理器。
4.根據權利要求1所述一種交流斬波調壓器，其特征在于，所述電壓電流采集模塊，包括電壓霍爾器件、電流霍爾器件。
5.根據權利要求1所述一種交流斬波調壓器，其特征在于，所述邏輯電路為連接在IGBT驅動電路和STM32處理器之間的PWM信號邏輯分配電路。
【專利摘要】一種交流斬波調壓器，包括依次連接的交流電源、輸入LC濾波電路、調壓主電路、輸出濾波電路、串聯變壓器、電壓電流采集模塊、STM32控制器、邏輯電路和IGBT驅動電路；所述交流電源和IGBT驅動電路之間連接有同步信號檢測電路，所述IGBT驅動電路與調壓主電路相連。本實用新型一種交流斬波調壓器，以IGBT作為開關器件，PI控制和前饋控制控制方案，通過正弦波脈寬調制技術（SPWM），并輔以STM32芯片控制，實現交流斬波調壓；該交流斬波調壓器，具有動態響應快，調壓范圍廣，輸入輸出電壓易于正弦化等優點，解決了傳統的調壓方式的缺點。
【IPC分類】H02J3-18, H02M5-293
【公開號】CN204304796
【申請號】CN201520036207
【發明人】王歸新, 鄭帥, 周哲恒, 李揚, 游文娟
【申請人】三峽大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月20日