專利名稱：可互換整流/逆變功能的電源變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子產(chǎn)品的電源領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種可互換整流/逆變功能的電源變換裝置。
本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，構(gòu)造一種適用于整流/逆變的通用電源變換裝置，其特征在于，包括用于提供整流或逆變命令的指令單元、主要由開關(guān)器件組成的橋式單元以及可根據(jù)所述指令單元提供的指令、通過輸出相應(yīng)脈沖信號(hào)分別控制上述橋式單元中的各開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)由指令單元指示的整流或逆變功能的控制單元。
在本發(fā)明所述的通用電源變換裝置中，還包括連接在所述橋式單元的交流端的交流電流檢測(cè)單元、交流濾波器及交流電壓檢測(cè)單元，連接在所述橋式單元的直流端的直流濾波器及直流電壓檢測(cè)單元，所述交流電流檢測(cè)單元、交流電壓檢測(cè)單元及直流電壓檢測(cè)單元分別將檢測(cè)到的交流電流、交流電壓和直流電壓信號(hào)輸出到所述控制單元。
在本發(fā)明所述的通用電源變換裝置中，所述控制單元包括微處理器，對(duì)由所述交流電流檢測(cè)單元、交流電壓檢測(cè)單元和直流電壓檢測(cè)單元提供的各信號(hào)分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元，以及用于產(chǎn)生開關(guān)控制脈沖的脈沖產(chǎn)生單元。
在本發(fā)明所述的通用電源變換裝置中，所述指令單元包括一個(gè)可被所述微處理器讀寫的可擦寫存儲(chǔ)單元。
在本發(fā)明所述的通用電源變換裝置中，可采用以下三種方式實(shí)現(xiàn)整流及逆變控制(1)、所述可擦寫存儲(chǔ)單元包含以可擦寫方式存儲(chǔ)的整流控制程序和逆變控制程序中的一個(gè)，使得所述微處理器通過讀取和執(zhí)行其中的控制程序，完成對(duì)應(yīng)的整流或逆變功能。
(2)、所述控制單元中的所述微處理器內(nèi)含或外接有微處理器存儲(chǔ)單元，其中同時(shí)存儲(chǔ)了整流控制程序和逆變控制程序；所述可擦寫存儲(chǔ)單元中只存儲(chǔ)用于選擇控制程序的選擇指令；所述微處理器根據(jù)所述選擇指令從所述微處理器存儲(chǔ)單元中讀取并執(zhí)行對(duì)應(yīng)的控制程序，以完成整流或逆變功能。
(3)、所述控制單元中的所述微處理器內(nèi)含或外接有微處理器存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)了整流及逆變所需的公共程序；所述可擦寫存儲(chǔ)單元中只存儲(chǔ)了整流或逆變的專用程序；所述微處理器讀取所述專用程序后，將其與公共程序組合成完整的控制程序，以完整對(duì)應(yīng)的整流或逆變功能。
在本發(fā)明所述的通用電源變換裝置中，所述控制單元在收到整流指令時(shí)執(zhí)行以下步驟將所述直流電壓檢測(cè)單元輸出的直流電壓與控制程序中預(yù)設(shè)的電壓值進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，得出相應(yīng)的電壓誤差值；將該電壓誤差值作為內(nèi)環(huán)的給定，與由所述交流電流檢測(cè)單元檢出的交流電流進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)；將經(jīng)比較調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)進(jìn)行變換；產(chǎn)生控制脈沖波，控制脈沖控制開關(guān)元件的通斷，使輸入交流電流與輸入交流電壓同相位，以實(shí)現(xiàn)交流-直流(AC/DC)的整流功能和高輸入功率因數(shù)。
在本發(fā)明所述的通用電源變換裝置中，所述控制單元在收到逆變指令時(shí)執(zhí)行以下步驟將由所述交流電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的交流電壓進(jìn)行變換，變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；然后將此值與程序預(yù)設(shè)的電壓值進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，得出相應(yīng)的誤差值；再將此誤差值作為電流內(nèi)環(huán)的給定，與交流電流檢測(cè)單元檢出的交流電流進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，最后用此信號(hào)進(jìn)行矢量變換，發(fā)出SVPWM波，實(shí)現(xiàn)直流-交流(DC/AC)的逆變功能。
在本發(fā)明所述的通用電源變換裝置中，所述控制單元通過平移所述脈沖信號(hào)來改變電流和電壓的相差，實(shí)現(xiàn)由指令單元指示的整流或逆變功能。
本發(fā)明既可以用同一套硬件通過寫入不同的指令軟件來完成整流或逆變功能，又可以通過在同一套裝置中插入不同的硬件指令卡來完成整流或逆變功能，能夠在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織中帶來極大的便利，減少生產(chǎn)過程中的在制品和備用件的庫存數(shù)量。
下面將結(jié)合附圖
及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
電流檢測(cè)裝置14用于檢測(cè)交流端的電流信號(hào)，加上由單相交流電壓檢測(cè)線15和直流母線電壓檢測(cè)線16分別檢測(cè)所得的交流電壓及直流母線電壓信號(hào)，一起輸入控制單元13，由其軟件根據(jù)這些信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，然后發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)去控制單相全橋電路10中的各個(gè)開關(guān)器件。
其中控制單元13包括微處理器，對(duì)由交流電流檢測(cè)單元14、交流電壓檢測(cè)單元15和直流電壓檢測(cè)單元16提供的各信號(hào)分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元，以及用于產(chǎn)生開關(guān)控制脈沖的脈沖產(chǎn)生單元。其中的指令單元17中包括一個(gè)可被所述微處理器讀寫的可擦寫存儲(chǔ)單元。
本發(fā)明中，可采用以下三種方式實(shí)現(xiàn)整流及逆變控制1、在可擦寫存儲(chǔ)單元以可擦寫方式存儲(chǔ)整流控制程序和逆變控制程序中的一個(gè)，使得微處理器可通過讀取和執(zhí)行其中的控制程序，完成對(duì)應(yīng)的整流或逆變功能。也就是說，如果寫入整流控制程序，則整個(gè)裝置執(zhí)行整流功能；如果寫入逆變控制程序，則整個(gè)裝置執(zhí)行逆變功能。
2、控制單元13的微處理器還內(nèi)含或外接有一個(gè)微處理器存儲(chǔ)單元，其中同時(shí)存儲(chǔ)整流控制程序和逆變控制程序；然后將可擦寫存儲(chǔ)單元中作為一個(gè)選擇開關(guān)其中只存儲(chǔ)用于選擇控制程序的選擇指令可以簡(jiǎn)化為最簡(jiǎn)單的0或1以分別代表整流或逆變；然后微處理器根據(jù)從可擦寫存儲(chǔ)單元中讀到的選擇指令，從微處理器存儲(chǔ)單元中讀取并執(zhí)行對(duì)應(yīng)的控制程序，以完成整流或逆變功能。
3、同樣，控制單元13的微處理器還內(nèi)含或外接有一個(gè)微處理器存儲(chǔ)單元，但其中只存儲(chǔ)整流及逆變所需的公共程序；此時(shí)可擦寫存儲(chǔ)單元中只存儲(chǔ)整流或逆變的專用程序；微處理器讀取專用程序后，將其與公共程序組合成完整的控制程序，以完整對(duì)應(yīng)的整流或逆變功能。
以上的實(shí)施例是采用在指令單元中寫入不同軟件的方式來實(shí)現(xiàn)整流或逆變的功能，是本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，同時(shí)也可以采用將指令單元做成與整流或逆變相匹配的硬件卡的方式來實(shí)現(xiàn)，只是不如軟件的方式靈活方便。
當(dāng)需要將該裝置用于整流功能(AC/DC)時(shí)，可按上述三種方式中的任一種，使整流控制程序起作用，此時(shí)控制單元成為一個(gè)整流控制單元。交流輸入功率通過交流濾波器12、電流檢測(cè)裝置14、橋式開關(guān)變換電路和直流濾波器11，最終變換成直流功率。其工作過程如下程序首先檢測(cè)單相全橋電路10輸出的直流母線電壓，將它與程序預(yù)設(shè)的電壓值進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，得出相應(yīng)的控制值；此控制值作為電流內(nèi)環(huán)的給定，與電流檢測(cè)元件14檢出的交流電流進(jìn)行變換后的信號(hào)進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，再用其輸出信號(hào)進(jìn)行變換，產(chǎn)生整流控制脈沖，當(dāng)交流輸入側(cè)信號(hào)U1為正而N1為負(fù)時(shí)，此時(shí)的脈沖使Q2(Q3)導(dǎo)通，U2和N2電位相同，電感儲(chǔ)能，控制脈沖使Q2(Q3)斷開，電感儲(chǔ)能通過Q1和Q4的反并聯(lián)二極管，將能量釋放。由于輸出的直流電壓比輸入的交流峰值高，反并聯(lián)二極管在電感無儲(chǔ)能時(shí)是不會(huì)導(dǎo)通的。同理，在N1為正而U1為負(fù)時(shí)，此時(shí)的脈沖使Q1(Q4)導(dǎo)通，U2和N2電位相同，電感儲(chǔ)能，當(dāng)控制脈沖使Q1(Q4)斷開時(shí)，電感儲(chǔ)能通過Q2和Q3的反并聯(lián)二極管，將能量釋放。這樣將單相交流輸入變?yōu)橹绷鬏敵??？刂菩盘?hào)同時(shí)使輸入交流電流與輸入交流電壓的相位保持一致。這樣將單相交流輸入變?yōu)橹绷鬏敵鰰r(shí)，一方面實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的直流電壓輸出，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了輸入的高功率因數(shù)和輸入的低諧波電流。
當(dāng)該裝置用于逆變功能(DC/AC)時(shí)，同樣可按上述三種方式中的任一種，使逆變控制程序起作用，此時(shí)控制單元成為一個(gè)逆變控制單元。直流功率通過直流濾波器11、橋式開關(guān)變換電路、電流檢測(cè)裝置14和交流濾波器12，最終變換成交流功率。其工作過程如下程序首先將單相交流電壓檢測(cè)線15所檢測(cè)的單相交流電壓進(jìn)行變換；然后將此值與程序預(yù)設(shè)的電壓值進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，得出相應(yīng)的控制值；再將此控制值作為電流內(nèi)環(huán)的給定，與電流檢測(cè)元件14檢出的交流電流進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，得到控制值，發(fā)出逆變控制脈沖，使Q1和Q4導(dǎo)通，U2與DC正相連，N2與DC負(fù)相連，輸出U2正N2負(fù)的正弦調(diào)制脈沖波，經(jīng)交流濾波器12濾波后，得到U1正N1負(fù)的正弦交流，同理當(dāng)控制脈沖使Q3和Q2導(dǎo)通時(shí)，N2與DC正相連，U2與DC負(fù)相連，輸出N2正U2負(fù)的正弦調(diào)制脈沖波，經(jīng)交流濾波器12濾波后，得到N1正U1負(fù)的正弦交流，至此實(shí)現(xiàn)了逆變功能(DC/AC)。此時(shí)，由直流母線電壓檢測(cè)線16所檢測(cè)的直流母線電壓還可以作為控制逆變裝置的保護(hù)信號(hào)。
可以看出，在上述的兩個(gè)整流、逆變過程中，開關(guān)的時(shí)序剛好相反，即平移了180度。這是因?yàn)殡娫醋儞Q器處于整流還是逆變狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是由功率P的正負(fù)決定，而P＝|U||I|COSθ，θ為交流端電流和電壓的相差。通過移開關(guān)器件的脈沖信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)θ的變化，從而改變P的正負(fù)來決定是整流還是逆變功能。例如由于電網(wǎng)的電壓相位是一定的，如果通過控制開關(guān)器件的脈沖信號(hào)，使得電流和電壓的相位相同，來完成整流功能；那么將脈沖信號(hào)平移使得電流和電壓的相位差為180度，則會(huì)完成逆變功能。當(dāng)然平移的角度不一定要求180度，只要COSθ的正負(fù)不同，電源變換器就處于不同的工作狀態(tài)。
如圖3所示為本電源變換裝置應(yīng)用于三相的情況，其工作原理與單相基本類似，區(qū)別在于交流側(cè)由單相變成了三相，橋臂由兩個(gè)變?yōu)槿齻€(gè)。
如圖4所示，本發(fā)明的電源變換裝置可用于UPS中，將兩個(gè)相同硬件的電源變換裝置分別寫入整流和逆變控制軟件，則分別成為整流器21和逆變器22，其中的電池23在市電不正常時(shí)為逆變器22提供直流電，圖中的24是UPS的旁路靜態(tài)開關(guān)，當(dāng)逆變器22出現(xiàn)故障時(shí)，可以由旁路供給負(fù)載電源。
如圖5所示，本發(fā)明的電源變換裝置還可應(yīng)用于頻率變換器中，圖中的31為AC/DC整流器，將輸入的交流變成了直流；32為DC/AC逆變器，將直流逆變?yōu)樵O(shè)定頻率的交流。
可見，利用本發(fā)明的電源變換裝置可以在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織中帶來極大的便利，減少生產(chǎn)過程中的在制品和備用件的庫存數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種適用于整流/逆變的通用電源變換裝置，其特征在于，包括用于提供整流或逆變命令的指令單元、主要由開關(guān)器件組成的橋式單元以及可根據(jù)所述指令單元提供的指令、通過輸出相應(yīng)脈沖信號(hào)分別控制上述橋式單元中的各開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)由指令單元指示的整流或逆變功能的控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述通用電源變換裝置，其特征在于，還包括連接在所述橋式單元的交流端的交流電流檢測(cè)單元、交流濾波器及交流電壓檢測(cè)單元，連接在所述橋式單元的直流端的直流濾波器及直流電壓檢測(cè)單元，所述交流電流檢測(cè)單元、交流電壓檢測(cè)單元及直流電壓檢測(cè)單元分別將檢測(cè)到的交流電流、交流電壓和直流電壓信號(hào)輸出到所述控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述通用電源變換裝置，其特征在于，所述控制單元包括微處理器，對(duì)由所述交流電流檢測(cè)單元、交流電壓檢測(cè)單元和直流電壓檢測(cè)單元提供的各信號(hào)分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元，以及用于產(chǎn)生開關(guān)控制脈沖的脈沖產(chǎn)生單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述通用電源變換裝置，其特征在于，所述指令單元包括一個(gè)可被所述微處理器讀寫的可擦寫存儲(chǔ)單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述通用電源變換裝置，其特征在于，所述可擦寫存儲(chǔ)單元包含以可擦寫方式存儲(chǔ)的整流控制程序和逆變控制程序中的一個(gè)，使得所述微處理器通過讀取和執(zhí)行其中的控制程序，完成對(duì)應(yīng)的整流或逆變功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述通用電源變換裝置，其特征在于，所述控制單元中的所述微處理器內(nèi)含或外接有微處理器存儲(chǔ)單元，其中同時(shí)存儲(chǔ)了整流控制程序和逆變控制程序；所述可擦寫存儲(chǔ)單元中只存儲(chǔ)用于選擇控制程序的選擇指令；所述微處理器根據(jù)所述選擇指令從所述微處理器存儲(chǔ)單元中讀取并執(zhí)行對(duì)應(yīng)的控制程序，以完成整流或逆變功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述通用電源變換裝置，其特征在于，所述控制單元中的所述微處理器內(nèi)含或外接有微處理器存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)了整流及逆變所需的公共程序；所述可擦寫存儲(chǔ)單元中只存儲(chǔ)了整流或逆變的專用程序；所述微處理器讀取所述專用程序后，將其與公共程序組合成完整的控制程序，以完整對(duì)應(yīng)的整流或逆變功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述通用電源變換裝置，其特征在于，所述控制單元在收到整流指令時(shí)執(zhí)行以下步驟將所述直流電壓檢測(cè)單元輸出的直流電壓與控制程序中預(yù)設(shè)的電壓值進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，得出相應(yīng)的電壓誤差值；將該電壓誤差值作為內(nèi)環(huán)的給定，與由所述交流電流檢測(cè)單元檢出的交流電流進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)；將經(jīng)比較調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)進(jìn)行變換；產(chǎn)生控制脈沖波，控制脈沖控制開關(guān)元件的通斷，使輸入交流電流與輸入交流電壓同相位，以實(shí)現(xiàn)交流-直流(AC/DC)的整流功能和高輸入功率因數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述通用電源變換裝置，其特征在于，所述控制單元在收到逆變指令時(shí)執(zhí)行以下步驟將由所述交流電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的交流電壓進(jìn)行變換，變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；然后將此值與程序預(yù)設(shè)的電壓值進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，得出相應(yīng)的誤差值；再將此誤差值作為電流內(nèi)環(huán)的給定，與交流電流檢測(cè)單元檢出的交流電流進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)，最后用此信號(hào)進(jìn)行矢量變換，發(fā)出SVPWM波，實(shí)現(xiàn)直流-交流(DC/AC)的逆變功能。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述通用電源變換裝置，其特征在于，所述控制單元通過平移所述脈沖信號(hào)來改變電流和電壓的相差，實(shí)現(xiàn)由指令單元指示的整流或逆變功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可互換整流/逆變功能的電源變換裝置,包括用于提供整流或逆變命令的指令單元、主要由開關(guān)器件組成的橋式單元以及可根據(jù)所述指令單元提供的指令、通過輸出相應(yīng)脈沖信號(hào)分別控制上述橋式單元中的各開關(guān)器件,實(shí)現(xiàn)由指令單元指示的整流或逆變功能的控制單元。本發(fā)明可通過對(duì)同一電源變換裝置發(fā)出不同的指令,來實(shí)現(xiàn)整流或逆變的功能。既可以用同一套硬件通過寫入不同的指令軟件來完成整流或逆變功能,又可以通過在同一套裝置中插入不同的硬件指令卡來完成整流或逆變功能,能夠在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織中帶來極大的便利,減少生產(chǎn)過程中的在制品和備用件的庫存數(shù)量。
文檔編號(hào)H02M7/66GK1387309SQ0211538
公開日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2002年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月13日
發(fā)明者肖學(xué)禮, 鄭大鵬, 柏子平 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司