專(zhuān)利名稱(chēng)：一種正弦波恒流變頻調(diào)光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)場(chǎng)助航燈光設(shè)備，更具體的說(shuō)，涉及一種用于機(jī)場(chǎng)助航燈光回路供電和光級(jí)給定的正弦波恒流變頻調(diào)光器。
技術(shù)背景 調(diào)光器是助航燈光系統(tǒng)的重要組成部分之一，是一種輸出高電壓的電流可調(diào)節(jié)的恒流電源。現(xiàn)有助航燈光系統(tǒng)的恒流調(diào)光器大都屬于以晶閘管為開(kāi)關(guān)器件的斬波式調(diào)光器，其存在的問(wèn)題是斬波式調(diào)光器的輸出為非正弦波，輸出諧波大，造成整個(gè)設(shè)備的功率因數(shù)低，效率低，浪費(fèi)了大量的電能，同時(shí)還向電網(wǎng)注入諧波電流、產(chǎn)生電力公害。由于輸出的諧波電流在燈光回路電纜中是以熱量形式損耗掉，既縮短了燈泡和電纜的使用壽命，又增加了維護(hù)及運(yùn)行成本。目前，機(jī)場(chǎng)助航燈通常采用傳統(tǒng)的鹵鎢燈。根據(jù)《國(guó)際民航公約》規(guī)定的助航燈亮度等級(jí)的調(diào)節(jié)要求，光強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍一般分為五級(jí)即1%、3%、10%、30%和100%。對(duì)應(yīng)斬波式調(diào)光器輸出恒定電流值分別為2. 8A、3. 4A、4. 1A、5. 2A、6. 6A。然而隨著科技的發(fā)展，鹵鎢光源由于發(fā)光效率低、壽命短而逐漸被能耗低、節(jié)能、環(huán)保的LED光源所替代，LED在助航燈上的應(yīng)用也是必然趨勢(shì)。而LED助航燈所需的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鹵鎢燈，其控制方式也有所不同，現(xiàn)有五級(jí)電流調(diào)光輸出的斬波式調(diào)光器也不能完全滿(mǎn)足LED助航燈的回路供電需求和光級(jí)給定控制。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種正弦波恒流變頻調(diào)光器。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這樣的一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，包括整流模塊、逆變模塊、濾波模塊、升壓變壓器模塊、輸出設(shè)定模塊和控制模塊，所述整流模塊用于將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流母線(xiàn)電壓，所述逆變模塊用于將所述直流母線(xiàn)電壓通過(guò) SPWM技術(shù)轉(zhuǎn)換成高頻SPWM脈沖電壓，所述濾波模塊用于將所述高頻SPWM脈沖電壓濾波后得到正弦波電壓，所述升壓變壓器模塊用于將所述正弦波電壓升壓并保持正弦波形，所述控制模塊用于獲得輸出設(shè)定模塊設(shè)置的輸出電流值和頻率值并實(shí)時(shí)采樣升壓變壓器模塊輸出的電壓值、電流值和頻率值進(jìn)行比較，通過(guò)負(fù)反饋控制技術(shù)，調(diào)整和控制整流模塊和逆變模塊。作為優(yōu)選方式，所述整流模塊內(nèi)包含一個(gè)PFC變換器，該P(yáng)FC變換器調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)整流之后的直流電流，并在控制模塊產(chǎn)生的高頻HVM信號(hào)的控制下改善電流波形、減小電流諧波分量和無(wú)功功率，降低輸入端總諧波畸變指數(shù)。作為優(yōu)選方式，所述逆變模塊采用IGBT作為開(kāi)關(guān)，用于在控制模塊輸出的高頻 SPWM信號(hào)的控制下完成導(dǎo)通、截止的過(guò)程，輸出高頻SPWM脈沖電壓。作為優(yōu)選方式，所述逆變模塊可以有兩種結(jié)構(gòu)一種為IGBT全橋逆變電路；另一種結(jié)構(gòu)為二極管鉗位三電平IGBT逆變電路。作為優(yōu)選方式，所述濾波模塊為低通LC電路結(jié)構(gòu)，將逆變模塊輸出的高頻SPWM脈沖電壓轉(zhuǎn)換為低頻正弦波電壓。作為優(yōu)選方式，所述輸出設(shè)定模塊通過(guò)鍵盤(pán)輸入、液晶顯示實(shí)現(xiàn)輸出正弦電流大小和頻率的設(shè)定。作為優(yōu)選方式，所述輸出設(shè)定模塊通過(guò)通信接口連接到外部的工作站通過(guò)遠(yuǎn)程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦電流大小和頻率的設(shè)定。作為優(yōu)選方式，所述升壓變壓器模塊輸出的正弦波電流為0-6. 6A，頻率為 45-75Hz,電壓為 0-3000V。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是輸出正弦波電流，電流大小可設(shè)為輸出范圍內(nèi)任意恒定值，滿(mǎn)足調(diào)光需求；輸出頻率可高精度在線(xiàn)調(diào)整； 功耗小；輸出諧波小，輸入功率因數(shù)高，對(duì)電網(wǎng)污染小。

圖I是本發(fā)明正弦波恒流變頻調(diào)光器的組成框圖。圖2是本發(fā)明正弦波恒流變頻調(diào)光器的功能原理圖。圖3是SPWM控制的基本原理示意圖。圖4是PFC變換器電路結(jié)構(gòu)。圖5是IGBT全橋逆變電路結(jié)構(gòu)。圖6是二極管鉗位三電平IGBT逆變電路結(jié)構(gòu)。圖7是LC低通濾波電路。I為整流模塊，2為逆變模塊，3為濾波模塊，4為升壓變壓器模塊，5為輸出設(shè)定模塊，6為控制模塊。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。如圖I所示，一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，包括整流模塊I、逆變模塊2、濾波模塊
3、升壓變壓器模塊4、輸出設(shè)定模塊5和控制模塊6。所述整流模塊I用于將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流母線(xiàn)電壓，實(shí)現(xiàn)AC-DC 轉(zhuǎn)換。本整流模塊I支持220V單相或380V三相交流輸入。所述逆變模塊2用于將所述直流母線(xiàn)電壓通過(guò)SPWM技術(shù)轉(zhuǎn)換成高頻SPWM (正弦脈沖寬度調(diào)制)脈沖電壓。所述的SPWM調(diào)制技術(shù)是從開(kāi)關(guān)電源控制角度出發(fā)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而與正弦波等效的PWM波形，即SPWM波形，控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過(guò)改變SPWM調(diào)制波的頻率和占空比則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓電流的頻率和幅值。所述濾波模塊3用于將所述高頻SPWM脈沖電壓濾波后得到正弦波電壓，實(shí)現(xiàn) DC-AC轉(zhuǎn)換。所述升壓變壓器模塊4用于將所述正弦波電壓升壓并保持正弦波形，獲得助航燈回路所需的電壓值。[0028]所述控制模塊6用于獲得輸出設(shè)定模塊5設(shè)置的輸出電流值和頻率值并實(shí)時(shí)采樣升壓變壓器模塊4輸出的電壓值、電流值和頻率值進(jìn)行比較，通過(guò)負(fù)反饋控制技術(shù)，調(diào)整和控制整流模塊I和逆變模塊2，以便獲得預(yù)期的電流大小和頻率。控制模塊6與升壓變壓器模塊4之間設(shè)置電壓取樣模塊、電流取樣模塊和過(guò)載檢測(cè)報(bào)警保護(hù)模塊。電流取樣模塊電流取樣是完成閉環(huán)控制的重要環(huán)節(jié)。電流取樣將升壓變壓器模塊隔離輸出的電流反饋至微處理器控制板，以便微處理器控制板測(cè)量實(shí)際輸出電流并與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較。電壓取樣模塊電壓取樣完成電壓監(jiān)測(cè)信號(hào)的反饋。通過(guò)電壓取樣將升壓變壓器模塊隔離輸出的電壓反饋至微處理器控制板，以便微處理器控制板測(cè)量實(shí)際輸出電壓并與預(yù)先計(jì)算的電壓進(jìn)行比較。過(guò)載檢測(cè)報(bào)警保護(hù)模塊過(guò)載檢測(cè)包括過(guò)壓、過(guò)流及過(guò)熱情況的檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)值處于異常情況限定的范圍時(shí)，微處理器控制板關(guān)閉SPWM控制信號(hào)輸出并進(jìn)行聲光報(bào)警。控制模塊6中微處理器控制板的控制核心是微處理器，可選用DSP、MCU、FPGA等器件作為系統(tǒng)的微處理器，產(chǎn)生PFC變換器的PWM控制信號(hào)和逆變電路的SPWM逆變控制信號(hào)。微處理器依據(jù)鍵盤(pán)輸入指令或上位機(jī)控制指令，計(jì)算生成指定調(diào)制波頻率的SPWM逆變控制信號(hào)，調(diào)制波頻率決定了輸出正弦波頻率。微處理器還可依據(jù)控制指令的變化，調(diào)整正弦波的頻率。通過(guò)比較電流取樣模塊的輸出值和設(shè)定值的誤差，調(diào)整SPWM逆變控制信號(hào)的波形，控制逆變電路電流輸出大小，從而保持輸出電流穩(wěn)定。微處理器控制板通過(guò)監(jiān)測(cè)過(guò)載檢測(cè)報(bào)警保護(hù)模塊的輸出信號(hào)，控制逆變電路輸出的通斷，起到對(duì)輸出的保護(hù)作用。微處理器控制板通過(guò)與鍵盤(pán)、顯示的接口完成鍵盤(pán)輸入及顯示功能。還可通過(guò)通訊接口完成與上位機(jī)的通訊控制。通信接口可通過(guò)RS485總線(xiàn)、以太網(wǎng)接口或CAN總線(xiàn)將微處理器控制板與工作站連接，從而通過(guò)工作站的控制軟件對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。如圖2、圖3、圖4所示，所述整流模塊I內(nèi)包含一個(gè)PFC變換器，該P(yáng)FC(功率因數(shù)校正)變換器調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)整流之后的直流電流，并在控制模塊6產(chǎn)生的高頻PWM信號(hào)的控制下改善電流波形、減小電流諧波分量和無(wú)功功率，降低輸入端總諧波畸變指數(shù)，功率因素達(dá)到 O. 99，減小了對(duì)電網(wǎng)的污染。如圖2所示，所述逆變模塊2采用IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)作為開(kāi)關(guān)，用于在控制模塊6輸出的高頻SPWM (正弦脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)的控制下完成導(dǎo)通、截止的過(guò)程，輸出高頻SPWM脈沖電壓。所述逆變I旲塊2可以有兩種結(jié)構(gòu)一種為IGBT全橋逆變電路,如圖5所不；另一種結(jié)構(gòu)為二極管鉗位三電平IGBT逆變電路，如圖6所示。所述濾波模塊3為低通LC電路結(jié)構(gòu)，將逆變模塊2輸出的高頻SPWM脈沖電壓轉(zhuǎn)換為低頻正弦波電壓，如圖7所示。所述輸出設(shè)定模塊5輸出設(shè)定值的方式也有兩種一種是通過(guò)鍵盤(pán)輸入、液晶顯示實(shí)現(xiàn)輸出正弦電流大小和頻率的設(shè)定；另一種是通過(guò)通信接口連接到外部的工作站通過(guò)遠(yuǎn)程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦電流大小和頻率的設(shè)定。所述升壓變壓器模塊4輸出的正弦波電流為0-6.6A，頻率為45-75HZ，電壓為 0-3000V。[0040]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在 本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，其特征在于包括整流模塊(I )、逆變模塊(2)、濾波模塊(3 )、升壓變壓器模塊(4 )、輸出設(shè)定模塊(5 )和控制模塊(6 )，所述整流模塊(I)用于將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流母線(xiàn)電壓，所述逆變模塊(2)用于將所述直流母線(xiàn)電壓通過(guò)SPWM技術(shù)轉(zhuǎn)換成高頻SPWM脈沖電壓，所述濾波模塊(3)用于將所述高頻SPWM脈沖電壓濾波后得到正弦波電壓，所述升壓變壓器模塊(4)用于將所述正弦波電壓升壓并保持正弦波形，所述控制模塊(6)用于獲得輸出設(shè)定模塊(5)設(shè)置的輸出電流值和頻率值并實(shí)時(shí)采樣升壓變壓器模塊(4)輸出的電壓值、電流值和頻率值進(jìn)行比較，通過(guò)負(fù)反饋控制技術(shù)，調(diào)整和控制整流模塊(I)和逆變模塊(2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，其特征在于所述整流模塊(I) 內(nèi)包含一個(gè)PFC變換器，該P(yáng)FC變換器調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)整流之后的直流電流，并在控制模塊(6)產(chǎn)生的高頻PWM信號(hào)的控制下改善電流波形、減小電流諧波分量和無(wú)功功率，降低輸入端總諧波畸變指數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，其特征在于所述逆變模塊(2) 采用IGBT作為開(kāi)關(guān)，用于在控制模塊(6)輸出的高頻SPWM信號(hào)的控制下完成導(dǎo)通、截止的過(guò)程，輸出高頻SPWM脈沖電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，其特征在于所述逆變模塊(2) 為IGBT全橋逆變電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，其特征在于所述逆變模塊(2) 為二極管鉗位三電平IGBT逆變電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，其特征在于所述濾波模塊(3) 為低通LC電路結(jié)構(gòu)，將逆變模塊(2)輸出的高頻SPWM脈沖電壓轉(zhuǎn)換為低頻正弦波電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，其特征在于所述輸出設(shè)定模塊(5)通過(guò)鍵盤(pán)輸入、液晶顯示實(shí)現(xiàn)輸出正弦電流大小和頻率的設(shè)定。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，其特征在于所述輸出設(shè)定模塊(5)通過(guò)通信接口連接到外部的工作站通過(guò)遠(yuǎn)程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦電流大小和頻率的設(shè)定。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，其特征在于所述升壓變壓器模塊(4)輸出的正弦波電流為0-6. 6A，頻率為45-75HZ，電壓為0-3000V。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種正弦波恒流變頻調(diào)光器，包括整流模塊、逆變模塊、濾波模塊、升壓變壓器模塊、輸出設(shè)定模塊和控制模塊，所述整流模塊將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流母線(xiàn)電壓，所述逆變模塊將直流母線(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換成高頻SPWM脈沖電壓，所述濾波模塊將高頻SPWM脈沖電壓濾波后得到正弦波電壓，所述升壓變壓器模塊將正弦波電壓升壓，所述控制模塊獲得輸出設(shè)定模塊設(shè)置的輸出電流值和頻率值并實(shí)時(shí)采樣升壓變壓器模塊輸出的信號(hào)進(jìn)行比較，調(diào)整和控制整流模塊和逆變模塊。本實(shí)用新型有益效果輸出正弦波電流，電流大小可設(shè)為輸出范圍內(nèi)任意恒定值，滿(mǎn)足調(diào)光需求；輸出頻率可高精度在線(xiàn)調(diào)整；功耗??；輸出諧波小，輸入功率因數(shù)高，對(duì)電網(wǎng)污染小。
文檔編號(hào)H05B37/02GK202475843SQ20112056692
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者吳宏剛, 李磊, 楊建紅, 鄭勝吉 申請(qǐng)人:中國(guó)民用航空總局第二研究所