電流型逆變電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電流型逆變電源，涉及一種逆變電源，本發(fā)明在直流母線側(cè)上增加了電流檢測裝置，形成閉環(huán)反饋，實現(xiàn)了輸出電流的正弦化，不僅較好的滿足了負載對于正弦電流的需求，減少了諧波，提高了功率因數(shù)，而且由于采用了閉環(huán)控制，因此其穩(wěn)定性和輸出控制精度受系統(tǒng)參數(shù)影響較小，具有很好的魯棒性，可實現(xiàn)輸出功率在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
【專利說明】電流型逆變電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種逆變電源，特別是涉及一種電流型逆變電源。
【背景技術(shù)】
[0002]在實際應(yīng)用中，很多電力電子負載都要求逆變電路的輸出功率能夠得到有效和靈活的控制，以滿足不同負載的需求。逆變電源的功率調(diào)節(jié)方式可分為兩大類:直流調(diào)功和逆變調(diào)功。直流調(diào)功是對逆變器直流側(cè)的輸入電壓進行調(diào)節(jié)，達到調(diào)節(jié)負載輸出功率的目的。目前，直流斬波調(diào)壓調(diào)功是直流調(diào)功的主要方式。
[0003]常規(guī)的逆變電源調(diào)節(jié)功率采取的直流斬波調(diào)壓方式，在直流母線側(cè)采用降壓斬波電路，通過改變占空比的大小來調(diào)節(jié)直流輸出電壓，實現(xiàn)對輸出功率的調(diào)節(jié)。采用這種常規(guī)控制方式，負載上電壓波形為不連續(xù)方波，電流波形通常視負載而定，故常規(guī)逆變電源的缺點是難以實現(xiàn)輸出電流的正弦化，因此諧波分量大，功率因數(shù)低，不適合大范圍調(diào)功。
[0004]專利號為200810089351.9的發(fā)明專利公開了一種中頻逆變電源，其調(diào)節(jié)功率的方式為變壓器調(diào)功，采用此種方式控制的逆變電源輸出功率雖然連續(xù)可調(diào)，但是其電流波形要視負載特性而定，通常不是正弦波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠減少諧波的逆變電源。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電流型逆變電源，包括整流器、斬波電路和逆變電路，所述整流器的輸出端連接所述斬波電路的輸入端，所述斬波電路的輸出端連接所述逆變電路的輸入端；所述斬波電路包括第五絕緣柵雙極型晶體管、第一二極管、電抗器及電流檢測電路；
[0007]所述整流器的正極輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管的漏極，所述第五絕緣柵雙極型晶體管的源極連接所述電抗器的一端，所述電抗器的另一端通過所述電流檢測電路連接所述逆變電路的正極輸入端；所述整流器的負極輸出端連接所述逆變電路的負極輸入端；所述整流器與逆變電路之間并聯(lián)有第一二極管；所述第一二極管的負極連接在所述第五絕緣柵雙極型晶體管與所述電抗器之間的電路上，所述第一二極管的正極連接在所述整流器與逆變電路之間的電路上；所述電流檢測電路連接控制電路，所述電流檢測電路輸出檢測信號給所述控制電路，所述控制電路的控制信號輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管的柵極。
[0008]所述控制電路包括運算放大器、滯回比較器、正弦波信號發(fā)生裝置、第一電阻、第二電阻、第三電阻、和反向二極管；所述電流檢測電路的第一信號輸出端連接運算放大器的正極信號輸入端，所述電流檢測電路的第二信號輸出端通過所述第一電阻連接所述運算放大器的負極信號輸入端，所述運算放大器的信號輸出端連接滯回比較器的第一輸入端，所述運算放大器的負極信號輸入端與所述運算放大器的信號輸出端并聯(lián)有第二電阻，所述滯回比較器的第二輸入端連接有正弦波信號發(fā)生裝置，所述正弦波信號發(fā)生裝置輸出正弦波信號給所述滯回比較器；所述整流器的正極輸出端還通過第三電阻連接反向二極管的負極，所述反向二極管的正極連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管的源極，所述反向二極管的負極與所述第五絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接；所述滯回比較器的輸出端連接繼電器的控制信號輸入端，所述繼電器的動作末端串聯(lián)在所述第三電阻與反向二極管之間的電路。
[0009]一般的電流型感應(yīng)加熱逆變電源逆變橋的輸入電流為恒流，負載上電流波形為不連續(xù)矩形波，而矩形波電流不能很好滿足負載的需求，造成電能損耗大，功率因數(shù)低。本發(fā)明提出的感應(yīng)加熱逆變電源與傳統(tǒng)電流型逆變電源最大的不同之處在于:在斬波電路中采用了電抗器，結(jié)合特有的控制規(guī)律以及逆變橋中四個開關(guān)管的相互配合，實現(xiàn)了在負載上輸出正弦電流，且能對電流直接進行控制，是一種全新的正弦波電流控制電路。采用此種電路結(jié)構(gòu)，逆變橋中的四個開關(guān)管僅僅起到改變電流方向的作用，所以采用低頻管就能滿足實際需求，降低了開關(guān)管的選型要求。
[0010]由運算放大器將電流檢測電路輸出的小信號放大后作為滯回比較器的一個輸入信號，當(dāng)滯回比較器的另一個輸入信號與運算放大器輸出的信號值之差超過了上門限值或低于了下門限值時，滯回比較器就會輸出高電平或低電平去控制繼電器動作末端的通斷。當(dāng)繼電器動作末端閉合時，第五絕緣柵雙極型晶體管的柵極與源極之間就存在電壓使得所述第五絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通；當(dāng)繼電器的動作末端斷開時，第五絕緣柵雙極型晶體管關(guān)斷。采用以上技術(shù)方案，整流器將交流電整流成直流電，經(jīng)斬波電路轉(zhuǎn)化為直流母線上的正弦半波電流，最后經(jīng)逆變電路后在負載上得到正弦全波電流。本專利針對常規(guī)直流斬波調(diào)功方式的缺點，提出了一種電流型逆變電源，與常規(guī)直流斬波調(diào)功方式相比具有如下顯著優(yōu)勢:在直流母線側(cè)上增加了電流檢測裝置，形成閉環(huán)反饋，實現(xiàn)了輸出電流的正弦化，不僅較好的滿足了負載對于正弦電流的需求，減少了諧波，提高了功率因數(shù)，而且由于采用了閉環(huán)控制，因此其穩(wěn)定性和輸出控制精度受系統(tǒng)參數(shù)影響較小，具有很好的魯棒性，可實現(xiàn)輸出功率在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
[0011]所述逆變電路包括第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管和第四絕緣柵雙極型晶體管；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接處理器的第一信號輸出端，所述處理器的第二信號輸出端連接所述第二絕緣柵雙極型晶體管的柵極，所述處理器的第三信號輸出端連接所述第三絕緣柵雙極型晶體管的柵極，所述處理器的第四信號輸出端連接所述第四絕緣柵雙極型晶體管的柵極；所述電抗器通過所述電流檢測電路連接第一絕緣柵雙極型晶體管的漏極，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的源極與第二絕緣柵雙極型晶體管的漏極連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的源極與所述整流器的負極輸出端連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的源極與第三絕緣柵雙極型晶體管的源極連接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管的漏極與第四絕緣柵雙極型晶體管的源極連接，所述第四絕緣柵雙極型晶體管的漏極與所述第一絕緣柵雙極型晶體管的漏極連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體管與第二絕緣柵雙極型晶體管之間的電路連接負載的正極，所述負載的負極連接在所述第三絕緣柵雙極型晶體管與第四絕緣柵雙極型晶體管之間的電路上。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在直流母線側(cè)上增加了電流檢測裝置，形成閉環(huán)反饋，實現(xiàn)了輸出電流的正弦化，不僅較好的滿足了負載對于正弦電流的需求，減少了諧波，提高了功率因數(shù)，而且由于采用了閉環(huán)控制，因此其穩(wěn)定性和輸出控制精度受系統(tǒng)參數(shù)影響較小，具有很好的魯棒性，可實現(xiàn)輸出功率在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一【具體實施方式】的具體電路示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明電路中實際電流值、設(shè)定電流值的波形圖以及第五絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)波形圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
[0016]如圖1和圖2所示，一種電流型逆變電源，包括整流器1、斬波電路2和逆變電路3，所述整流器I的輸出端連接所述斬波電路2的輸入端，所述斬波電路2的輸出端連接所述逆變電路3的輸入端；所述斬波電路2包括第五絕緣柵雙極型晶體管4、第一二極管D1、電抗器Ld及電流檢測電路5 ；，電流檢測電路5為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0017]所述整流器I的正極輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的漏極，所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的源極連接所述電抗器Ld的一端，所述電抗器Ld的另一端通過所述電流檢測電路5連接所述逆變電路3的正極輸入端；所述整流器I的負極輸出端連接所述逆變電路3的負極輸入端；所述整流器I與逆變電路3之間并聯(lián)有第一二極管Dl ;所述第一二極管Dl的負極連接在所述第五絕緣柵雙極型晶體管4與所述電抗器Ld之間的電路上，所述第一二極管Dl的正極連接在所述整流器I與逆變電路3之間的電路上；所述電流檢測電路5連接控制電路，所述電流檢測電路5輸出檢測信號給所述控制電路，所述控制電路的控制信號輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的柵極。
[0018]所述控制電路包括運算放大器6、滯回比較器7、正弦波信號發(fā)生裝置8、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、和反向二極管D2 ;所述電流檢測電路5的第一信號輸出端連接運算放大器6的正極信號輸入端，所述電流檢測電路5的第二信號輸出端通過所述第一電阻Rl連接所述運算放大器6的負極信號輸入端，所述運算放大器6的信號輸出端連接滯回比較器7的第一輸入端，所述運算放大器6的負極信號輸入端與所述運算放大器6的信號輸出端并聯(lián)有第二電阻R2，所述滯回比較器7的第二輸入端連接有正弦波信號發(fā)生裝置8，所述正弦波信號發(fā)生裝置8輸出正弦波信號給所述滯回比較器7 ;所述整流器I的正極輸出端還通過第三電阻R3連接反向二極管D2的負極，所述反向二極管D2的正極連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的源極，所述反向二極管D2的負極與所述第五絕緣柵雙極型晶體管4的柵極連接；所述滯回比較器7的輸出端連接繼電器9的控制信號輸入端，所述繼電器9的動作末端串聯(lián)在所述第三電阻R3與反向二極管D2之間的電路。
[0019]所述逆變電路3包括第一絕緣柵雙極型晶體管Q1、第二絕緣柵雙極型晶體管Q2、第三絕緣柵雙極型晶體管Q3和第四絕緣柵雙極型晶體管Q4 ;所述第一絕緣柵雙極型晶體管Ql的柵極連接處理器10的第一信號輸出端，所述處理器10的第二信號輸出端連接所述第二絕緣柵雙極型晶體管Q2的柵極，所述處理器10的第三信號輸出端連接所述第三絕緣柵雙極型晶體管Q3的柵極，所述處理器10的第四信號輸出端連接所述第四絕緣柵雙極型晶體管Q4的柵極；所述電抗器Ld通過所述電流檢測電路5連接第一絕緣柵雙極型晶體管Ql的漏極，所述第一絕緣柵雙極型晶體管Ql的源極與第二絕緣柵雙極型晶體管Q2的漏極連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管Q2的源極與所述整流器I的負極輸出端連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管Q2的源極與第三絕緣柵雙極型晶體管Q3的源極連接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管Q3的漏極與第四絕緣柵雙極型晶體管Q4的源極連接，所述第四絕緣柵雙極型晶體管Q4的漏極與所述第一絕緣柵雙極型晶體管Ql的漏極連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體管Ql與第二絕緣柵雙極型晶體管Q2之間的電路連接負載的正極，所述負載的負極連接在所述第三絕緣柵雙極型晶體管Q3與第四絕緣柵雙極型晶體管Q4之間的電路上。
[0020]本實施例中，所述處理器采用正弦波信號發(fā)生裝置的單片機實現(xiàn)，由于借用了正弦波信號發(fā)生裝置的單片機，進一步的簡化了電路復(fù)雜度，降低了成本。
[0021]直流母線上正弦半波產(chǎn)生過程如圖2所示:直流母線上的電流檢測電路通過檢測得到實際電流值id，id*為設(shè)定電流值，設(shè)定電流值id*和實際電流值id的差值為e，設(shè)定第五絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)波形為V0，將設(shè)定電流值id*和實際電流值id的偏差e放大后輸出給滯回比較器，通過其輸出來控制第五絕緣柵雙極型晶體管的通斷。當(dāng)e I時，斷開第五絕緣柵雙極型晶體管，使得id減?。划?dāng)e < - Λ I時，開通第五絕緣柵雙極型晶體管，使得id開始增大，Λ I為設(shè)定閾值，Λ I的取值范圍為id*的2%?5%。這樣交替通斷，使得|e| I，實現(xiàn)了 id對設(shè)定值id*的自動跟蹤，id就在id*土 Λ I的范圍內(nèi)呈鋸齒狀地跟蹤設(shè)定電流id*。將id*設(shè)定為正弦半波，設(shè)定經(jīng)逆變電路進行逆變后在負載上得到的正弦全波電流為i，因為負載與電抗器Ld是串聯(lián)的關(guān)系，所以id和i的大小始終相等。在i的前半個周期，它們的方向相同；在后半個周期，它們的方向相反。將第一絕緣柵雙極型晶體管與第三絕緣柵雙極型晶體管設(shè)為第一絕緣柵雙極型晶體管組、將第二絕緣柵雙極型晶體管與第四絕緣柵雙極型晶體管設(shè)為第二絕緣柵雙極型晶體管組，讓第一絕緣柵雙極型晶體管組與第二絕緣柵雙極型晶體管組180°交替導(dǎo)通即可在負載上得到完整的正弦電流全波。
[0022]以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電流型逆變電源，包括整流器(I)、斬波電路⑵和逆變電路(3)，所述整流器(I)的輸出端連接所述斬波電路(2)的輸入端，所述斬波電路(2)的輸出端連接所述逆變電路(3)的輸入端；其特征在于:所述斬波電路(2)包括第五絕緣柵雙極型晶體管(4)、第一二極管(Dl)、電抗器(Ld)及電流檢測電路(5)； 所述整流器(I)的正極輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的漏極，所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的源極連接所述電抗器(Ld)的一端，所述電抗器(Ld)的另一端通過所述電流檢測電路(5)連接所述逆變電路(3)的正極輸入端；所述整流器(I)的負極輸出端連接所述逆變電路(3)的負極輸入端；所述整流器(I)與逆變電路(3)之間并聯(lián)有第一二極管(Dl);所述第一二極管(Dl)的負極連接在所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)與所述電抗器(Ld)之間的電路上，所述第一二極管(Dl)的正極連接在所述整流器(I)與逆變電路⑶之間的電路上；所述電流檢測電路(5)連接控制電路，所述電流檢測電路(5)輸出檢測信號給所述控制電路，所述控制電路的控制信號輸出端連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的電流型逆變電源，其特征是:所述控制電路包括運算放大器(6)、滯回比較器(7)、正弦波信號發(fā)生裝置(8)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、和反向二極管(D2);所述電流檢測電路(5)的第一信號輸出端連接運算放大器(6)的正極信號輸入端，所述電流檢測電路(5)的第二信號輸出端通過所述第一電阻(Rl)連接所述運算放大器(6)的負極信號輸入端，所述運算放大器(6)的信號輸出端連接滯回比較器(7)的第一輸入端，所述運算放大器(6)的負極信號輸入端與所述運算放大器(6)的信號輸出端并聯(lián)有第二電阻(R2)，所述滯回比較器(7)的第二輸入端連接有正弦波信號發(fā)生裝置(8)，所述正弦波信號發(fā)生裝置(8)輸出正弦波信號給所述滯回比較器(7);所述整流器(I)的正極輸出端還 通過第三電阻(R3)連接反向二極管(D2)的負極，所述反向二極管(D2)的正極連接所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的源極，所述反向二極管(D2)的負極與所述第五絕緣柵雙極型晶體管(4)的柵極連接；所述滯回比較器(7)的輸出端連接繼電器(9)的控制信號輸入端，所述繼電器(9)的動作末端串聯(lián)在所述第三電阻(R3)與反向二極管(D2)之間的電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電流型逆變電源，其特征是:所述逆變電路(3)包括第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)、第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)、第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)和第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4);所述第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)的柵極連接處理器(10)的第一信號輸出端，所述處理器(10)的第二信號輸出端連接所述第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)的柵極，所述處理器(10)的第三信號輸出端連接所述第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)的柵極，所述處理器(10)的第四信號輸出端連接所述第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4)的柵極；所述電抗器(Ld)通過所述電流檢測電路(5)連接第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)的漏極，所述第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)的源極與第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)的漏極連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)的源極與所述整流器(I)的負極輸出端連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)的源極與第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)的源極連接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)的漏極與第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4)的源極連接，所述第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4)的漏極與所述第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)的漏極連接；所述第一絕緣柵雙極型晶體管(Ql)與第二絕緣柵雙極型晶體管(Q2)之間的電路連接負載 的正極，所述負載的負極連接在所述第三絕緣柵雙極型晶體管(Q3)與第四絕緣柵雙極型晶體管(Q4)之間的電路上。
【文檔編號】H02M1/12GK103973150SQ201410214561
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】程森林, 徐智, 趙曉兀, 王燕, 楊發(fā)如 申請人:重慶大學(xué), 重慶恒銳機電有限公司