数字型单相PWM整流器启动方法

数字型单相pwm整流器启动方法
技术领域
1.本发明涉及电网谐波治理技术领域，尤其涉及一种数字型单相pwm整流器启动方法。


背景技术：

2.开关直流电源以其体积小、重量轻、功耗小、效率高等优点被广泛应用于工业自动化、军工设备、电力设备等领域。传统型开关直流电源由于前端采用二极管不控整流，功率因数较低，这浪费了电网供电设备的容量。为了避免开关直流电源注入电网谐波与无功分量，前端利用功率因素校正装置获得直流母线电压。单相pwm整流器是功率因素校正装置的拓扑选择之一。
3.单相pwm整流器数字控制相比模拟控制的优势在于修改控制参数方便，无需对硬件部分做改动，这能有效缩短产品开发周期。但数字型单相pwm整流器在启动阶段存在以下三个问题：1)网侧电路与开关管反并联功率二极管形成回路，引起冲击电流；2)mcu、fpga等数字控制装置上电过程中io口引脚有可能出现高电平，这会引起开关管与直流母线发生短时直通，对开关管的可靠性产生不利影响；3)启动时pi饱和，但当直流母线电压超过给定电压时，pi退饱和过程需要一定时间，这会导致直流母线电压发生过冲。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，克服数字型单相pwm整流器启动阶段出现的不利现象，提高装置开机的可靠性。
5.为解决技术问题，本发明的解决方案是：提供一种可避免启动阶段出现冲击交流电流、桥臂直通故障与输出直流电压过冲的数字型单相pwm整流器启动方法，主电路中在火线入口处串联一个继电器常开触点、电感滤波器与启动电阻；启动电阻两端并联一个继电器常开触点；两继电器线圈串联一个电阻后与一个续流二极管反并联；两继电器线圈中是否产生电流由各自三极管基级输入电平信号控制；通过h桥拓扑将输入交流电压变换为直流电压；直流输出侧两端跨接滤波电解电容。
6.本发明进一步提供了数字型单相pwm整流器启动方法运行过程中主电路两继电器控制信号产生电路，两继电器控制信号产生电路结构相同。辅助电源、电容与电阻构成一个rc充电电路；常闭继电器触点与电阻串联后，并联于电容两端，继电器线圈由辅助电源供电；比较器正极电压取自电容电压，负极为基准电压；比较器输出端口上拉电阻，并且与三极管基极间由一个驱动电阻相连。
7.本发明还提供了数字单相pwm整流器启动方法的实现过程包括以下步骤：
8.(1)辅助电源由主电供电，主电上电后辅助电源建立稳定；
9.(2)数字控制装置启动完毕，开关管驱动信号拉低且各调节器输出值清零，此状态保持至串联在火线中的继电器闭合之后；
10.(3)串联在火线中的继电器闭合；
11.(4)数字控制装置控制开关管动作，输出直流电压上升；
12.(5)并联于启动电阻继电器闭合之前，若输出直流电压高于某值时，开关管驱动信号拉低且各调节器输出值清零；
13.(6)并联于启动电阻继电器闭合，启动结束。
14.本发明中，主电切除后，辅助电源停止供电，rc充电电容并联触点闭合，触点、电容与电阻构成回路，电容两端电压在很短时间内放电完毕。
15.本发明中，触点常开继电器控制信号产生电路中基准电压可由专用稳压芯片获得。
16.本发明的有益效果是：通过在火线入口处设置继电器防止主电上电时立即对输出侧滤波电容充电，使得数字控制装置启动时桥臂上下开关管驱动信号同时为高电平时并不会导致输出直流母线直通现象；网侧启动电阻的串入使得输出直流电压建立过程中不会出现冲击电流，而当输出直流母线电压建立稳定后通过继电器将网侧电阻切除，避免在整个运行过程中引起额外损耗；在装置运行过程中当检测到输出直流电压过冲时，通过拉低开关管驱动信号及各调节器输出值清零的方式，可使输出直流电压立即跌落，避免调节器退饱和导致电压继续上升的现象；并且本发明提供的启动方法可保证装置短时连续启停的可靠性。
附图说明：
17.图1单相pwm整流器主电路图；
18.图2主电路继电器控制信号产生电路图；
19.图3单相pwm整流器启动阶段工作流程图。
具体实施方式
20.本发明的实现基础是，基于h桥单相pwm整流器，在输入侧火线l中串联继电器1、滤波电感l
s
与启动电阻r
s
，而后与端点a相连。零线n与端点b相连。20ω启动电阻r
s
并联继电器2。由带反并联续流二极管的全控开关管s1、s2、s3与s4构成h桥拓扑，此h桥输入侧与网侧相连，直流输出侧跨接滤波电容c。继电器1线圈串联用于调整驱动电流的电阻r1后反并联二极管d5。三极管q1集电极与线圈一端相连，发射极与地相连。继电器2线圈串联用于调整驱动电流的电阻r2后反并联二极管d6。继电器1与继电器2线圈电流由辅助电源vcc1提供。根据选取继电器1与继电器2说明书可知，线圈驱动电压为u，线圈电阻为r，串入线圈电阻r1＝r2＝r(vcc1
‑
u)/u。三极管q2集电极与线圈一端相连，发射极与地相连。基极信号k1、k2分别控制三极管q1、q2，进而控制继电器1与继电器2。
21.基极信号k1、k2由硬件电路产生。5v辅助电源vcc2、62kω电阻r3与100μf电容c1构成rc充电电路，电阻r6与继电器3触点串联后与电容c1并联，继电器3线圈电流由辅助电源vcc2提供。单相pwm整流器未启动时，继电器3线圈电流为零，触点闭合，触点、10ω电阻r6与电容c1构成放电回路，确保下次启动前电容c1两端电压保持为零。5v辅助电源vcc2、124kω电阻r7与100μf电容c2构成rc充电电路，电阻r7与继电器3触点串联后与电容c2并联，继电器4线圈电流由辅助电源vcc2提供。单相pwm整流器未启动时，继电器4线圈电流为零，触点闭合，触点、10ω电阻r10与电容c2构成放电回路，确保下次启动前电容c2两端电压保持为
零。利用电压基准芯片tl431获得基准电压2.5v。电容c1两端电压作为比较器1正端输入电压，负端输入电压为基准电压2.5v，比较器1输出端上拉2kω电阻r4。1kω电阻r5一端与比较器1输出端相连，另一端产生三极管q1基极信号k1。电容c2两端电压作为比较器2正端输入电压，负端输入电压为基准电压2.5v，比较器2输出端上拉2kω电阻r8。1kω电阻r9一端与比较器2输出端相连，另一端产生三极管q2基极信号k2。
22.数字型单相pwm整流器启动方法的实现过程包括以下步骤：
23.(1)主电上电后辅助电源vcc1、vcc2建立稳定；
24.(2)数字控制装置启动完毕，开关管驱动信号拉低且各调节器输出值清零，此状态保持3.5s；
25.(3)大约3s后继电器1闭合；
26.(4)3.5s后数字控制装置控制开关管动作，输出直流电压上升；
27.(5)继电器2闭合前，若输出直流电压高于某值时，开关管驱动信号拉低且各调节器输出值清零；
28.(6)大约6s后继电器2闭合。
29.下面结合附图进一步说明本发明。
30.图1所示为单相pwm整流器主电路图，火线l中串联继电器1、滤波电感l
s
与启动电阻r
s
，而后与端点a相连。零线n与端点b相连。启动电阻r
s
并联继电器2。由带反并联续流二极管的全控开关管s1、s2、s3与s4构成h桥拓扑，此h桥输入侧与网侧相连，直流输出侧跨接滤波电容c。继电器1线圈串联用于调整驱动电流的电阻r1后反并联二极管d5。三极管q1集电极与线圈一端相连，发射极与地相连。继电器2线圈串联用于调整驱动电流的电阻r2后反并联二极管d6。继电器1与继电器2线圈电流由辅助电源vcc1提供。根据选取继电器1与继电器2说明书可知，线圈驱动电压为u，线圈电阻为r，串入线圈电阻r1＝r2＝r(vcc1
‑
u)/u。三极管q2集电极与线圈一端相连，发射极与地相连。基极信号k1、k2分别控制三极管q1、q2，进而控制继电器1与继电器2。
31.图2所示为主电路继电器控制信号产生电路图，辅助电源vcc2、电阻r3与电容c1构成rc充电电路，电阻r6与继电器3触点串联后与电容c1并联，继电器3线圈电流由辅助电源vcc2提供。辅助电源vcc2、电阻r7与电容c2构成rc充电电路，电阻r7与继电器3触点串联后与电容c2并联，继电器4线圈电流由辅助电源vcc2提供。利用电压基准芯片获得基准电压2.5v。电容c1两端电压作为比较器1正端输入电压，负端输入电压为基准电压2.5v，比较器1输出端上拉电阻r4。电阻r5一端与比较器1输出端相连，另一端产生三极管q1基极信号k1。电容c2两端电压作为比较器2正端输入电压，负端输入电压为基准电压2.5v，比较器2输出端上拉电阻r8。电阻r9一端与比较器2输出端相连，另一端产生三极管q2基极信号k2。
32.图3所示为单相pwm整流器启动阶段工作流程图，具体按如下步骤进行：1)t0时刻，主电上电，辅助电源稳定；2)数字控制装置启动完毕，开关管驱动信号拉低且各调节器输出值清零，此状态保持至继电器1闭合之后；3)运行至t1时刻，继电器1闭合；4)运行至t2时刻，数字控制装置控制开关管动作，输出直流电压上升；5)t2时刻至继电器2闭合之前，若输出直流电压高于某值时，开关管驱动信号拉低且各调节器输出值清零；6)运行至t3时刻，继电器2闭合，启动结束。