专利名称：双向pwm斩波式稳压变压器的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统中用于电压变换的电力变压器装置，具体涉及一种双向PWM 斩波式交流变压器。
背景技术：
电力变压器是电力系统最基本的组成设备，在输电系统中起着十分重要得作用。 目前，电力系统中的电压变换装置使用的低频(50/60HZ)变压器，因其工作频率低和铁芯磁通量限制造成变压器的电感量大和铁芯体积大，导致一些缺陷1)、变压器的电感量大必然造成线圈匝数多、铜耗(导线电阻)损失大和无功(电感)损失大；2)、变压器的铁芯体积大造成磁滞损失、涡流损失，以及漏磁(耦合)损失都较大；3)、变压器难以恒电压控制，二次电压随负载增大而下降，电流反而急剧增大，极易发生磁饱和造成的系统电压电流波形畸变和谐波污染。采用斩波技术提高变压器的工作频率可以解决上述缺陷。目前有两种斩波变压器技术，一种是AC/DC/AC斩波变压器技术，另一种是AC/AC斩波变压器技术。AC/DC/AC斩波变压器技术也称为电力电子变压器技术，它通过整流、直流斩波、高频变压器、全桥逆变提高工作频率，实现变压与隔离，中国专利《电力电子变压器》(授权公告号CN1172428)就属于AC/DC/AC斩波变压器技术，该转利对国外技术依然使用AC/DC/AC斩波变压器技术，存在两个原理缺陷1)功率开关器件使用量多，造成高成本低可靠性；2)滤除整流电路自生的谐波提高了成本、降低了效率。中国专利《交流斩波变压器》(公告号CN2049818)就属于AC/AC斩波变压器技术，它通过斩波开关将一次交流电压斩成外包络线依然是50Hz交流的斩波高频电压，经高频变压器变压隔离，以及滤波就将斩波高频电压变换成二次输出电压。与AC/DC/AC斩波变压器技术相比，该专利不再使用整流和逆变电路，因此不产生谐波和无功损失，并且减少了使用功率开关器件的数量、降低了成本、提高了可靠性，但它存在着设计缺陷1)交流斩波电路中缺少续流通路，造成在斩波开关截止时变压器电感能量无释放通路而形成尖峰电压和很大的谐波电流，导致电压变换的效率和质量降低；2)没有设计稳压控制电路，输出电压不恒定。
发明内容
技术问题本发明要解决的技术问题是，解决AC/DC/AC斩波变压器存在的功率开关器件用量多、整流自生谐波等原理缺陷，解决AC/AC斩波变压器缺少续流通路和稳压控制电路等设计缺陷，提供电路简单、成本低、体积小、具有稳压控制器的双向PWM斩波式稳压变压器。技术方案本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器，其工作原理是，稳压控制器2 依据反馈电压Uf与期望值的偏差，调节带续流双向PWM斩波开关1的占空比改变高频变压器初级绕组Ti的电压，进而改变经互感后的高频变压器次级绕组T。的电压以及改变经滤波后的交流输出电压Utl，使交流输出电压Utl稳定在期望值上。本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器，其特征是由带续流双向PWM斩波开关1、 稳压控制器2、反馈装置3、高频变压器4、滤波电感5和滤波电容6组成，交流输入电源Ui 的一端与带续流双向PWM斩波开关1的a端相连接，交流输入电源Ui的另一端与与带续流双向PWM斩波开关1的c端及高频变压器4初级绕组Ti的一端相连接，带续流双向PWM斩波开关1的b端与高频变压器4初级绕组Ti的的另一端相连接，高频变压器4次级绕组T。 的一端与滤波电感5的一端相连接，滤波电感5的另一端与滤波电容6的一端连接为交流输出电压U0的一端，高频变压器4次级绕组T。的另一端与滤波电容6的另一端连接为交流输出电压U0的另一端，高频变压器4反馈绕组Tf的一端与反馈装置3的一端相连接，高频变压器4反馈绕组Tf的另一端与反馈装置3的另一端相连接，反馈装置3的输出Uf与稳压控制器5的控制输入相连接，稳压控制器5的控制输出Uk的两端分别与带续流双向PWM斩波开关1的Ae端相连接。本发明申请以一相为例来说明技术方案，但本发明不仅限于一相，还可以应用到任何多相电路中。本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器中使用的带续流双向PWM斩波开关1，其特征是由斩波开关7和续流开关8组成，斩波开关7的a端、i/端、e端为带续流双向PWM斩波开关1的a端、i/端、e端，斩波开关7的b端与续流开关8的一端相连接为带续流双向PWM 斩波开关1的力端，续流开关8的另一端连接为带续流双向PWM斩波开关1的c端。本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器中使用的带续流双向PWM斩波开关1有两种技术方案。1)关于带续流双向PWM斩波开关1方案一——整流型带续流双向PWM斩波开关 1，其特征是由斩波开关7和续流开关8组成，斩波开关7进行斩波调压，续流开关8提供续流通路。具体地说，整流型带续流双向PWM斩波开关1中的斩波开关7，其特征是斩波开关 7由一只功率开关管(VM0S或IGBT) V1和一个整流桥仏组成，功率开关管F1的源极(D)与整流桥仏的DCl+端相连接，功率开关管Vj的漏极(S)与整流桥仏的DCl-端相连接，整流桥仏的ACl端与整流型带续流双向PWM斩波开关1的a端相连接，整流桥仏的AC2端与整流型带续流双向PWM斩波开关1的力端相连接。整流型带续流双向PWM斩波开关1中的续流开关8，其特征是续流开关8由两只功率开关管(VMOS或IGBTYpK7组成，功率开关管V2 的漏极(S)与功率开关管V3的漏极(S)相连接，功率开关管V2的源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的b端相连接，功率开关管V3源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的c端相连接。2)关于带续流双向PWM斩波开关1方案二——串联型带续流双向PWM斩波开关 1，其特征是由斩波开关7和续流开关8组成，斩波开关7进行斩波调压，续流开关8提供续流通路。具体地说，串联型带续流双向PWM斩波开关1中的斩波开关7，其特征是串联型带续流双向PWM斩波开关的斩波开关1由两只功率开关管(VM0S或IGBT) V4, Vs组成，功率开关管V4的漏极(S)与功率开关管&的漏极(S)相连接，功率开关管V4的源极(D)与串联型带续流双向PWM斩波开关1的a端相连接，功率开关管[的源极(D)与串联型带续流双向 PWM斩波开关1的力端相连接。串联型带续流双向PWM斩波开关1中的续流开关8，其特征是续流开关8由两只功率开关管(VMOS或IGBT) K6、K,组成，功率开关管Ve的漏极(S)与功率开关管K7的漏极(S)相连接，功率开关管V6的源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的力端相连接，功率开关管K7源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的c端相连接。有益效果
本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器与现有斩波变压器相比，具有以下优点
1、使用功率器件少、电路简单、成本低、体积小；
2、有续流通路，在斩波开关截止时为变压器电感能量提供释放通路，因此提高了电压变换效率和质量；
3、具有稳压控制变压器输出电压的能力，输出电压恒定。
图1为本发明双向PWM斩波式稳压变压器原理图； 图2为带续流双向PWM斩波开关原理图； 图3为整流型带续流双向PWM斩波开关原理图； 图4为串联型带续流双向PWM斩波开关原理图。图中带续流双向PWM斩波开关(整流型带续流双向PWM斩波开关或串联型带续流双向PWM斩波开关)1，稳压控制器2，反馈装置3，高频变压器4，滤波电感5，滤波电容6，高频变压器4的初级绕组Ti,高频变压器4的次级绕组T。，高频变压器4的反馈绕组Tf，反馈装置3的控制输出Uf，稳压控制器5的控制输出Uk，功率开关K1，功率开关K2，功率开关V3, 功率开关「4，整流桥D1,整流桥D1的交流输入端AC1，整流桥D1的交流输入端AC2，整流桥 D1的直流输出正端DC1+，整流桥D1的直流输出负端DC1-。
具体实施例方式
参照附图详细说明本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器实施例。由图1可知，本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器，其特征是由双向PWM斩波开关1、稳压控制器2、反馈装置3、高频变压器4、滤波电感5和滤波电容6组成，交流输入电源^的一端与带续流双向PWM斩波开关1的a端相连接，交流输入电源Ui的另一端与带续流双向PWM斩波开关1的c端及高频变压器4初级绕组Ti的一端相连接，带续流双向PWM 斩波开关1的b端与高频变压器4初级绕组Ti的的另一端相连接，高频变压器4次级绕组 T0的一端与滤波电感5的一端相连接，滤波电感5的另一端与滤波电容6的一端连接为交流输出电压U0的一端，高频变压器4次级绕组T。的另一端与滤波电容6的另一端连接为交流输出电压U0的另一端，高频变压器4反馈绕组Tf的一端与反馈装置3的一端相连接，高频变压器4反馈绕组Tf的另一端与反馈装置3的另一端相连接，反馈装置3的输出Uf与稳压控制器5的控制输入相连接，稳压控制器5的控制输出Uk的两端分别与带续流双向PWM 斩波开关1的A e端相连接。本发明申请以一相为例来说明技术方案，但本发明不仅限于一相，还可以应用到任何多相电路中。由图2可知，本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器中使用的带续流双向PWM斩波开关1，其特征是由斩波开关7和续流开关8组成，斩波开关7的一端为带续流双向PWM 斩波开关1的a端，斩波开关7的另一端与续流开关8的一端相连接为带续流双向PWM斩波开关1的力端，续流开关8的另一端连接为带续流双向PWM斩波开关1的c端。
本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器中使用的带续流双向PWM斩波开关有两种技术方案实施例，参照图3、图4说明两种技术方案实施例。1)整流型双向PWM斩波开关实施例。由图3可知，其特征是由斩波开关7和续流开关8组成，斩波开关7进行斩波调压，续流开关8提供续流通路。具体地说，整流型带续流双向PWM斩波开关1中的斩波开关7，其特征是斩波开关7由一只功率开关管K1和一个整流桥仏组成，功率开关管V1的源极(D)与整流桥仏的DCl+端相连接，功率开关管(VMOS 或IGBT) Vj的漏极(S)与整流桥仏的DCl-端相连接，整流桥仏的ACl端与整流型带续流双向PWM斩波开关1的a端相连接，整流桥仏的AC2端与整流型带续流双向PWM斩波开关 1的力端相连接。整流型带续流双向PWM斩波开关1中的续流开关8，其特征是续流开关8 由两只功率开关管(VM0S或IGBlOKpG组成，功率开关管V2的漏极(S)与功率开关管K7的漏极(S)相连接，功率开关管V2的源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的力端相连接，功率开关管&源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的c端相连接。2)串联型双向PWM斩波开关实施例。由图4可知，其特征是由斩波开关7和续流开关8组成，斩波开关7进行斩波调压，续流开关8提供续流通路。具体地说，串联型带续流双向PWM斩波开关1中的斩波开关7，其特征是串联型带续流双向PWM斩波开关的斩波开关1由两只功率开关管(VMOS或IGBT) Ki、&组成，功率开关管Ki的漏极(S)与功率开关管&的漏极(S)相连接，功率开关管V4的源极(D)与串联型带续流双向PWM斩波开关1的 a端相连接，功率开关管[的源极(D)与串联型带续流双向PWM斩波开关1的力端相连接。 串联型带续流双向PWM斩波开关1中的续流开关8，其特征是续流开关8由两只功率开关管 (VM0S或IGBT) V6, K7组成，功率开关管V6的漏极(S)与功率开关管K7的漏极(S)相连接， 功率开关管V6的源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的力端相连接，功率开关管 K7源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的c端相连接。
权利要求
1.本发明一种双向PWM斩波式稳压变压器，其特征是由带续流双向PWM斩波开关1、稳压控制器2、反馈装置3、高频变压器4、滤波电感5和滤波电容6组成，交流输入电源Ui的一端与带续流双向PWM斩波开关1的a端相连接，交流输入电源Ui的另一端与与带续流双向PWM斩波开关1的c端及高频变压器4初级绕组Ti的一端相连接，带续流双向PWM斩波开关1的力端与高频变压器4初级绕组Ti的的另一端相连接，高频变压器4次级绕组T。的一端与滤波电感5的一端相连接，滤波电感5的另一端与滤波电容6的一端连接为交流输出电压U0的一端，高频变压器4次级绕组T。的另一端与滤波电容6的另一端连接为交流输出电压U0的另一端，高频变压器4反馈绕组Tf的一端与反馈装置3的一端相连接，高频变压器4反馈绕组Tf的另一端与反馈装置3的另一端相连接，反馈装置3的输出Uf与稳压控制器5的控制输入相连接，稳压控制器5的控制输出Uk的两端分别与带续流双向PWM斩波开关1的Ae端相连接。
2 .本发明申请以一相为例来说明技术方案，但本发明不仅限于一相，还可以应用到任何多相电路中。
3.本发明权力要求1中使用的带续流双向PWM斩波开关1，其特征是由斩波开关7和续流开关8组成，斩波开关7的a端、i/端、e端为带续流双向PWM斩波开关1的a端、J端、 ^端，斩波开关7的b端与续流开关8的一端相连接为带续流双向PWM斩波开关1的力端， 续流开关8的另一端连接为带续流双向PWM斩波开关1的c端。
4.本发明权力要求1中使用的带续流双向PWM斩波开关1属于整流型带续流双向PWM 斩波开关1，其特征是由斩波开关7和续流开关8组成，斩波开关7进行斩波调压，续流开关8提供续流通路，具体地说，整流型带续流双向PWM斩波开关1中的斩波开关7，其特征是斩波开关7由一只功率开关管(VM0S或IGBIOK1和一个整流桥仏组成，功率开关管K1的源极(D)与整流桥仏的DCl+端相连接，功率开关管Vj的漏极(S)与整流桥仏的DCl-端相连接，整流桥仏的ACl端与整流型带续流双向PWM斩波开关1的a端相连接，整流桥仏的 AC2端与整流型带续流双向PWM斩波开关1的力端相连接，整流型带续流双向PWM斩波开关 1中的续流开关8，其特征是续流开关8由两只功率开关管(VMOS或IGBIOKpK7组成，功率开关管&的漏极(S)与功率开关管V3的漏极(S)相连接，功率开关管V2的源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的b端相连接，功率开关管V3源极(D)与整流型带续流双向 PWM斩波开关1的C端相连接。
5.本发明权力要求1中使用的带续流双向PWM斩波开关1属于串联型带续流双向PWM 斩波开关，其特征是由斩波开关7和续流开关8组成，斩波开关7进行斩波调压，续流开关8 提供续流通路，具体地说，串联型带续流双向PWM斩波开关1中的斩波开关7，其特征是串联型带续流双向PWM斩波开关的斩波开关1由两只功率开关管(VM0S或IGBT) Ki、&组成，功率开关管V4的漏极(S)与功率开关管&的漏极(S)相连接，功率开关管V4的源极(D)与串联型带续流双向PWM斩波开关1的a端相连接，功率开关管V,的源极(D)与串联型带续流双向PWM斩波开关1的力端相连接，串联型带续流双向PWM斩波开关1中的续流开关8，其特征是续流开关8由两只功率开关管(VMOS或IGBT) V6, K7组成，功率开关管V6的漏极(S) 与功率开关管K7的漏极(S)相连接，功率开关管V6的源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的力端相连接，功率开关管K7源极(D)与整流型带续流双向PWM斩波开关1的c 端相连接。
全文摘要
本发明提供一种双向PWM斩波式稳压变压器，属于电力系统中用于电压变换的电子变压器装置，其特征是由带续流双向PWM斩波开关1、稳压控制器2、反馈装置3、高频变压器4、滤波电感5和滤波电容6组成。本发明的有益效果是解决了AC/DC/AC斩波变压器存在的功率开关器件用量多、整流自生谐波等原理缺陷；解决了AC/AC斩波变压器缺少续流通路和稳压控制电路等设计缺陷；实现了电子变压器的功率器件少、电路简单、成本低、体积小，有续流通路，电压变换效率高，输出电压恒定。
文档编号H02M5/293GK102570851SQ201210022110
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月1日 优先权日2012年2月1日
发明者樊远征 申请人:樊远征, 苏沁阳