新型EPWM斬波器式交流穩壓電源的原理分析

I_S=（19）

式中：P為市電輸入功率。

補償變壓器初級電流，即橋式斬波器輸出電流

I_ch=（20）

即橋式斬波器的斬波開關管的額定電流，只有市電輸入電流I_S的1/ξ。因而補償功率

P_co=U_ab1I_ch=DU_L=（21）

當U_S=U_L時，D=0，補償功率P_co,min=0；當U_s,min=(1－0.15)U_L=0.85U_L時，D=1，則補償功率

P_co,max==0.176P（22）

可以根據P_co,max來選擇補償變壓器Tr的容量。

4 單相EPWM斬波器式交流穩壓電源

單相EPWM斬波器式交流穩壓電源的原理電路如圖5所示，此電路只是為了說明原理而采用的。它由5個部分組成，即主電路，市電電壓檢測電路，正、負補償控制電路，三角波發生器電路和正、負補償切換觸發電路。主電路的組成與工作原理前面已經作過了介紹，下面僅對其余4個部分作一簡單說明。

4.1 市電電壓檢測電路

市電電壓的檢測電路，由兩個相同的變壓器T_r2、T_r3及二極管V_D9～V_D12，C_d2組成。市電電壓檢測的采樣點取法，對穩壓精度影響很大。如果采樣點取自輸入端，檢測市電輸入電壓，對補償電壓的穩定性是有利的，但不能補償因變壓器T_r1次級漏抗及濾波電感L_F電抗引起的電壓降，補償精度差；如果采樣點取自輸出端，檢測輸出負載電壓，這樣可以對T_r1次級漏抗及L_F電抗引起的電壓降進行補償，但補償后由于U_L=U_r就不能繼續保持T_r1次級補償電壓u_co的存在，出現補償不穩定現象；如果像多個補償變壓器無觸點補償式交流穩壓電源那樣，采樣點取自輸入端與輸出端，對市電輸入電壓與負載電壓同時檢測，然后將它們相加并除以2，即，當I_S≠0時，如果令T_r1次級漏抗X_T與L_F電抗X_L之和X_T＋X_L=X，則U_S－XI_S=U_L，所以==U_S－。由此可知這種檢測法雖然可以對因X而造成的電壓降進行補償，也不會出現補償不穩定現象，但只能補償一半的XI_S，還有一半XI_S不能進行補償。比較好的檢測法是采樣點取自輸入端，檢測市電輸入電壓U_S及檢測X上的電壓降XI_S，用U_S－XI_S作為檢測到的電壓。這樣，既能保證補償電壓的穩定性，也能使補償的精度提高。圖5所示的單相穩壓電路，就是采用了這種電壓檢測電路。

串聯補償變壓器的次級漏電抗X_T，一般為T_r1容量的（3～5）％。而T_r1的容量與市電電壓的波動范圍有關，當市電電壓波動范圍為±15％時，T_r1的容量僅為穩壓電源標稱容量的17.6％。所以，補償變壓器T_r1折算到負載額定電壓U_r的次級漏抗壓降標么值為

X_TI_S=(0.03～0.05)×0.176=0.00528～0.0088

X_TI_S的值很小，可以認為X_TI_S≈0，此時只需對L_F電抗X_L引起的電壓降進行補償就可以了。在圖5中，變壓器T_r2檢測的是市電輸入電壓U_S，變壓器T_r3檢測的是L_F上的電壓降，用T_r2及T_r3的次級電壓相減后再進行整流，就可以得到反映U_S－X_LI_S數值的直流電壓U_SL。

4.2 對市電電壓波動進行正負補償的控制電路

對市電電壓波動進行正、負補償的控制電路，由圖5中比較器U₁、U₂，比例放大器PI₁、PI₂，及EPWM比較器U₃、U₄，和基準電壓給定電路R₃～R₅組成。它分成上下兩個支路，上支路由U₁、PI₁、U₃組成，用于對市電電壓的負波動進行正補償控制；下支路由U₂、PI₂、U₄組成，用于對市電電壓的正波動進行負補償控制。與此相應基準電壓給定電路也給出了兩個基準電壓給定值U_r1及U_r2。U_r1對應于市電電壓的218V；U_r2對應于市電電壓的222V。當市電電壓U_S218V時上支路工作，下支路不工作，U_SL與U_r1在U₁中進行比較，產生出正誤差電壓＋ΔU，＋ΔU經過PI₁放大后與三角波u_c在U₃中進行比較，產生出使橋式斬波器對市電電壓進行正補償的控制。當市電電壓U_S>222V時下支路工作，上支路不工作，U_SL與U_r2在U₂中進行比較，產生出正誤差電壓＋ΔU，＋ΔU經過PI₂放大后與三角波u_c在U₄中進行比較，產生出使橋式斬波器對市電電壓進行負補償的控制?；鶞孰妷航o定電路給出兩個基準電壓（U_r1=218V與U_r2=222V）的目的，是為了當市電電壓U_S在218V～222V之間時不使穩壓電源工作，以避免市電電壓U_S在（220±2）V區間內穩壓電源產生正負補償振蕩，使輸出電壓不穩定，這一點在圖1中沒有表明。這里需要指出的一點是，圖5中運放PI₁和PI₂的放大倍數，與補償變壓器T_r1的初次級變比ξ₁：1、檢測變壓器T_r2、T_r3（兩個變壓器完全相同）的初次級變比ξ₂：1、三角波的電壓幅值U_cm及市電電壓的幅值U_m有關。PI₁及PI₂的放大倍數

K≥ξ₁×ξ₂×

當T_r1、T_r2、T_r3的變比相同時，K≥ξ₁²

圖5 單相EPWM斬波式穩壓電源的原理電路

4.3 三角波發生器電路

三角波發生器電路由一個方波電壓發生器（U₇）和一個積分器（U₈）組成，如圖5中U₇及U₈所示，這種電路在UPS中是常用的。三角波頻率與方波電壓發生器的頻率相同，當方波電壓發生器中的電阻R₈=0.86R₉時，三角波頻率f_c≈

4.4 狀態切換觸發電路

狀態切換與觸發電路如圖5下部電路所示。它是由脈沖變壓器T_r4、T_r5、T_r6、T_r7及其下面的兩個三極管組成的。圖中U₉、U₁₀是將市電電壓變換成與其相對應的正、負半周方波電壓。U₉得到與u_s正半周相對應的方波電壓，U₁₀得到與u_s負半周相對應的方波電壓。電路的切換采用的是三極管與門的工作原理，觸發電路采用的是脈沖變壓器輸出形式，當然也可以采用光耦的輸出形式。切換電路有兩組輸入信號，每組兩個輸入信號，即正補償與負補償，正半周方波與負半周方波。因此，應有4組觸發電路，即由T_r4、V₅、V₆組成的正補償正半周觸發電路；由T_r6、V₉、V₁₀組成的正補償負半周觸發電路；由T_r7、V₁₁、V₁₂組成的負補償正半周觸發電路和由T_r5、V₇、V₈組成的負補償負半觸發電路。每一種觸發電路，只有當脈沖變壓器下面的二個三極管同時導通時才能輸出觸發脈沖。脈沖變壓器下面的兩個三極管，其中一個受正負補償信號的控制，另一個受正負半周方波電壓的控制。因此，四種觸發電路對應于市電電壓的每半個周期中，只有一種觸發電路輸出觸發脈沖，其它3種觸發電路不工作。由于正負方波電壓的加入，4種觸發電路之間每半個周期轉換一次，而且轉換是在市電電壓過零時進行。因此，觸發電路的切換不會對輸出產生沖擊。

4.5 穩壓補償過程

空載時假定U_SU_r，則正補償控制電路工作，并使V₆、V₁₀導通。在市電電壓正半周，U₉使V₅、V₁₁導通。由于V₅、V₆導通，T_r4輸出觸發脈沖，使斬波橋中V₁、V₄導通。在市電電壓負半周，U₁₀使V7、V₉導通，由于V₉、V₁₀導通，T_r6輸出觸發脈沖，使斬波橋中V₂、V₃導通，對市電電壓進行正補償。補償電壓U_co的大小，與U_r1－U_SL=ΔU的大小成比例。如果此時加載，I_S≠0，則T_r3檢測的電壓降XI_S使U_S減小，因而ΔU增大，補償電壓U_co也相繼增大，以達到U_S＋U_co=U_L=U_r的補償目的。

當U_S>U_r時，穩壓補償過程與U_SU_r時相似，不再重復。

5 三相EPWM斬波器式交流穩壓電源

三相EPWM斬波器式交流穩壓電源，可以用三個如圖5所示的單相電路組成。由于三相是各自獨立地進行穩壓補償控制，所以，還可以對市電輸入電壓的不對稱度進行補償。

6 結語

按照上述原理制成了一臺2.5kVA樣機，當輸入電壓變化范圍為±15％時，輸出電壓的變化±1％，諧波含量2.3％。

這種穩壓電源的特點是體積小、重量輕、穩壓精度高、反應速度快、是無級補償、電路簡單。當市電電壓在218～222V時，穩壓電源不工作，不耗電，電源損耗小，效率高。但只能補償市電電壓的大小變化，不能補償諧波。