單相整流寬范圍電源上電電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及電力電子變換技術(shù)領(lǐng)域的一種單相整流電路上電電路，具體地，涉及一種單相整流寬范圍電源上電電路，可以應(yīng)用于采用單相或三相AC-DC變換器作為前級電路的應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對含有二極管整流電路的交流電源供電電力電子變換設(shè)備，如變頻家電和工業(yè)變頻器，需要考慮軟上電問題。否則由于初始電解電容壓為零，在上電階段電力電子變換裝置就會出現(xiàn)過流故障，造成后級變換器過壓擊穿和空氣開關(guān)動作。
[0003]在常用的上電限流措施中，大都采用在交流或直流線路中增加限流電阻的方法，具體包括三種方式:(I)直流側(cè)或交流火線上串聯(lián)限流電阻，上電時限流，上電結(jié)束后時利用繼電器自動切除；(2)串聯(lián)PTC溫敏電阻，利用其正溫度特性，上電時限流，上電結(jié)束后利用繼電器自動切除；(3)串聯(lián)NTC溫敏電阻，利用其負(fù)溫度特性，在上電時限流，上電結(jié)束后保留。前兩種方法的問題是:在電阻切除時帶來了二次電流沖擊問題。后一種方法的問題是:只適合負(fù)載功率200W以下的應(yīng)用場合。為此，對于大功率應(yīng)用場合，需要改進(jìn)現(xiàn)有的上電限流方法，徹底解決上電沖擊電流問題。
[0004]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，張相軍等在2011年6月的“電機(jī)與控制學(xué)報”文章中，在總結(jié)了兩種傳統(tǒng)的軟啟動電路后，提出了“一種啟動沖擊電流抑制電路”，即三級沖擊電流抑制電路，該電路可有效抑制啟動時的一次沖擊電流和二次沖擊電流。發(fā)明專利“電力變換裝置”(P2001—238459A)公開了一種改變單純二極管整流橋為高端、低端或全橋為晶閘管的整流橋，并使得晶閘管并聯(lián)合適的電阻和二極管支路，為此可以實現(xiàn)軟上電功能，上電結(jié)束后晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)角為零，起到二極管作用。
[0005]為了減少體積，往往上電功率電阻常用溫敏電阻PTC代替。對于頻繁啟停的電力電子變換裝置而言，PTC溫敏電阻會因發(fā)熱失去限流作用，嚴(yán)重時造成整流橋后級接入的開關(guān)電源失電，由此造成控制電路失電，整個設(shè)備無法工作。
[0006]對于采用模擬手段的上電控制策略，都會存在二次上電沖擊問題，尤其當(dāng)輸入電壓在寬范圍可調(diào)時，更是如此，會出現(xiàn)高低壓下二次充電不一致情況，除非延長上電時間。
[0007]綜合以上，對軟上電的整流電路現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前階段仍然需要推出集成有驅(qū)動單元和軟上電功能的新型整流電路和相應(yīng)的適應(yīng)款范圍輸入電壓的上電控制策略，同時具備結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和成本低廉等優(yōu)勢。本發(fā)明正是基于該需要產(chǎn)生的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種單相整流寬范圍電源上電電路，同時具有電路結(jié)構(gòu)簡單、控制容易等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種單相整流寬范圍電源上電電路，包括整流單元以及與整流單元連接的判斷單元，所述整流單元用以完成功率器件驅(qū)動和單相二極管整流;所述判斷單元用以判斷單相輸入電壓供電范圍和延時后產(chǎn)生最終功率器件的驅(qū)動信號；
[0010]所述整流單元包括功率MOSFET;
[0011]所述判斷單元包括四個電路完全相同的子單元，每個子單元包括兩個電壓比較器，每個子單元的第一個電壓比較器的兩個輸入端:反相輸入端連接第一分壓支路以獲得第一參考電壓，非反相輸入端連接整流單元，第一個電壓比較器的輸出端連接RC支路輸入端;每個子單元中的第二個電壓比較器的非反相輸入端連接RC支路的輸出端，第二個電壓比較器的反相輸入端連接第二分壓支路以獲得第二參考電壓，第二個電壓比較器的輸出端連接一二極管，該二極管的另一端連接整流單元，用于驅(qū)動整流單元中的功率M0SFET，完成軟上電；
[0012]四個子單元中的第一參考電壓都相同，四個子單元中的第二參考電壓也都相同，唯一不同的是四個子單元中的四個RC時間常數(shù)不同；將可能出現(xiàn)的單相電網(wǎng)電壓分成的四個等級:最高交流電壓、次高交流電壓、次低交流電壓、最低交流電壓，當(dāng)輸入不同的單相電網(wǎng)電壓時，整流單元的直流電壓幅值的高低不同和用時不同，與RC支路的RC時間常數(shù)相對應(yīng)，單相電網(wǎng)電壓越高，RC時間常數(shù)越短；
[0013]單相交流輸入電壓大于設(shè)定的最高交流電壓，只有第一個子單元的兩個比較器起作用，最終輸出高電平，驅(qū)動整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通；
[0014]單相交流輸入電壓大于設(shè)定的次高交流電壓而小于設(shè)定的最高交流電壓，只有第二個子單元的兩個比較器起作用，最終輸出高電平，驅(qū)動整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通；
[0015]單相交流輸入電壓大于設(shè)定的次低交流電壓而小于設(shè)定的次高交流電壓，只有第三個子單元的兩個比較器起作用，最終輸出高電平，驅(qū)動整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通；
[0016]單相交流輸入電壓大于設(shè)定的最低交流電壓而小于設(shè)定的次低交流電壓，只有第四個子單元的兩個比較器起作用，最終輸出高電平，驅(qū)動整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通；
[0017]單相交流輸入電壓小于設(shè)定的最低交流電壓，第一、第二、第三與第四子單元均不輸出高電平，不能驅(qū)動整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通，屬于供電異常情況。
[0018]進(jìn)一步的，第一個子單元負(fù)責(zé)最高交流電壓供電和相應(yīng)的最高直流電壓輸入，當(dāng)輸入電流電壓大于設(shè)定的最高交流電壓時，第一個子單元的第一個電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過RC支路(濾波電路)限流后，RC時間常數(shù)最低，得到一個電壓，提供到第一個子單元的第二個電壓比較器的非反相輸入端，第二個電壓比較器的反相輸入端設(shè)定動作電壓。如果2—3個時間常數(shù)后，第一個子單元的第二個電壓比較器的非反相輸入端的電壓大于其反相輸入端設(shè)定動作電壓，則第二個電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過第二個電壓比較器連接的二極管傳送至整流單元，驅(qū)動功率MOSFET導(dǎo)通，短接溫敏電阻完成最高輸入電壓情況下的軟上電過程。
[0019]進(jìn)一步的，第二個子單元負(fù)責(zé)次高交流電壓供電和相應(yīng)的次高直流電壓輸入，當(dāng)輸入電流電壓大于設(shè)定的次高交流電壓時，第二個子單元的第一個電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過RC支路(濾波電路)濾波限流后，RC時間常數(shù)次低，得到一個電壓，提供到第二個子單元的第二個電壓比較器的非反相輸入端，第二個電壓比較器的反相輸入端設(shè)定動作電壓。如果2—3個時間常數(shù)后，第二個子單元的第二個電壓比較器的非反相輸入端的電壓大于其反相輸入端設(shè)定動作電壓，則其第二個電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過與第二個電壓比較器連接的二極管傳送至整流單元，驅(qū)動功率MOSFET導(dǎo)通，短接溫敏電阻完成次高輸入電壓情況下的軟上電過程。
[0020]進(jìn)一步的，第三個子單元負(fù)責(zé)次高交流電壓供電和相應(yīng)的次低直流電壓輸入，當(dāng)輸入電流電壓大于設(shè)定的次低交流電壓時，第三個子單元的第一個電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過RC支路(濾波電路)濾波限流后，RC時間常數(shù)次高，得到一個電壓，提供到第三個子單元的第二個電壓比較器的非反相輸入端，第二個電壓比較器的反相輸入端設(shè)定動作電壓。如果2—3個時間常數(shù)后，第三個子單元的第二個電壓比較器的非反相輸入端的電壓大于反相輸入端設(shè)定動作電壓，則第二個電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過與第二個電壓比較器連接的二極管傳送至整流單元，驅(qū)動功率MOSFET導(dǎo)通，短接溫敏電阻完成次高輸入電壓情況下的軟上電過程。
[0021]進(jìn)一步的，第四個子單元負(fù)責(zé)次高交流電壓供電和相應(yīng)的最低直流電壓輸入，當(dāng)輸入電流電壓大于設(shè)定的最低交流電壓時，第四個子單元的第一個電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過RC支路(濾波電路)濾波限流后，RC時間常數(shù)最高，得到一個電壓，提供到第四個子單元的第二個電壓比較器的非反相輸入端，第二個電壓比較器的反相輸入端設(shè)定動作電壓。如果2—3個時間常數(shù)后，第四個子單元的第二個電壓比較器的非反相輸入端的電壓大于其反相輸入端設(shè)定動作電壓，則第二個電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過與第二個電壓比較器連接的二極管傳送至整流單元，驅(qū)動功率MOSFET導(dǎo)通，短接溫敏電阻完成次高輸入電壓情況下的軟上電過程；
[0022]優(yōu)選地，所述整流單元，包括四只功率二極管、一只功率MOSFET(含有反并聯(lián)的續(xù)流二極管)、一只溫敏電阻、一只電解電容、一只光電親合器、六只電阻、四只電容和一只穩(wěn)壓二極管，其中:第一只功率二極管的陰極與第三只功率二極管的陰極相連后，形成直流回路正極，并與電解電容的正極、第一只電阻的一端、第四只電容的一端相連，第一只功率二極管的陽極與第二只功率二極管的陰極相連后，與單相交流電源的一端相連，第三只功率二極管的陽極與第四只功率二極管的陰極相連后，與單相交流電源的另一端相連，第二只功率二極管的陽極與第四只功率二極管的陽極相連后，與功率MOSFET的源極、溫敏電阻的一端、第三只電阻的一端、第一只電容的一端、第二只電容的一端、第三只電容的一端、第五只電阻的一端、穩(wěn)壓二極管的陽極、第四只電容的另一端、光電耦合器的第三引腳、光電耦合器的第四引腳相連，形成直流回路負(fù)極，第