一种交流斩波调压器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型一种交流斩波调压器，涉及调压技术领域。
【背景技术】
[0002]传统的调压方式以晶闸管作为开关器件，利用相控技术得以实现，这种调压方式存在功率因数小，谐波含量高，对电网的噪声污染严重的缺点。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在功率因数小、谐波含量高、对电网噪声污染严重和不能无功补偿等缺陷。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本实用新型提出一种交流斩波调压器，以实现功率因数大、谐波含量低、对电网噪声污染小和具有无功补偿的优点。
[0004]本实用新型采取的技术方案为:
[0005]一种交流斩波调压器，包括依次连接的交流电源、输入LC滤波电路、调压主电路、输出滤波电路、串联变压器、电压电流采集模块、STM32控制器、逻辑电路和IGBT驱动电路；所述交流电源和IGBT驱动电路之间连接有同步信号检测电路，所述IGBT驱动电路与调压主电路相连。
[0006]所述调压主电路包括用于周期性的将高频滤波交流电与负载连接的开关管VTl和开关管VT3，用于主开关管关断时电感的续流环节的开关管VT2和开关管VT4，以及二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6、二极管VD7、二极管VD8，其中:所述二极管VD5阳极和二极管VD7阴极，分别接高频滤波电感LI 一端和滤波电容Cl 一端；所述二极管VD5阴极和二极管VDl阴极，分别接开关管VTl的漏极；所述开关管VTl的源极接二极管VDl阳极、二极管VD6阴极和续流电感L2 —端；所述二极管VD6阳极和二极管VD2阳极，分别接开关管VT2源极；所述开关管VT2漏极和开关管VT4的源极，分别接二极管VD2的阴极和二极管VD4的阳极，所述开关管VT2源极和开关管VT4的漏极分别接电容Cl 一端、电容C2 —端；所述二极管VD7阳极和二极管VD3阳极，分别接开关管VT3源极；所述开关管VT3漏极，接二极管VD3阳极、二极管VD8阳极和续流电感L3 —端，所述开关管VT4漏极，接二极管VD8阴极和二极管VD4阴极；所述续流电感L2，接续流电感L3 一端和电容C2 —端；所述开关管VT1、开关管VT2、开关管VT3和开关管VT4的栅极，均为控制端；所述STM32处理器的型号为STM32F103xB处理器。
[0007]所述电压电流采集模块，包括电压霍尔器件、电流霍尔器件。
[0008]所述逻辑电路为依次连接在电压电流采集模块和STM32处理器之间的PWM信号逻辑分配电路。
[0009]本实用新型一种交流斩波调压器，技术效果如下:
[0010]1)、利用PI控制和前馈控制方案，使得电压瞬时值外环在很大程度上改善了波形质量。电流内环加大了逆变器控制系统的带宽，使得逆变器动态响应加快，输出电压谐波含量减小，非线性负载适应能力加强；
[0011]2)、调压主电路采用交流斩波技术，利用SPWM进行调制，使该交流斩波调压器的调压范围变广，输出电压电流易于正弦化；
[0012]3)、可实现负载电压的调节，同时还可以达到无功功率补偿的效果。
[0013]4)该交流斩波调压器以IGBT作为开关器件，PI控制和前馈控制控制方案，通过正弦波脉宽调制技术(SPWM)，并辅以STM32芯片控制，实现交流斩波调压；该交流斩波调压器，具有动态响应快，调压范围广，输入输出电压易于正弦化等优点，解决了传统的调压方式的缺点。
[0014]5)、STM32处理器的72M主频和丰富的片内外设资源，使该交流斩波调压器具有很好的实时性和稳定性；在中小功率交流调压，如:电动机的调速控制，高压静电除尘装置以及调光电路的控制领域具有很好的应用前景。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型一种交流斩波调压器的工作原理框图。
[0016]图2为本实用新型一种交流斩波调压器的主电路图。
[0017]图3为本实用新型一种交流斩波调压器的同步信号检测电路图。
[0018]图4本实用新型一种交流斩波调压器的逻辑电路图。
【具体实施方式】
[0019]如图1、图2、图3、图4所示，一种交流斩波调压器，包括依次连接的交流电源、调压主电路、输入LC滤波电路、电压电流采集模块、逻辑电路、STM32处理器和IGBT驱动电路，以及依次连接在交流电源和IGBT驱动电路之间的同步信号检测电路；IGBT驱动电路与调压主电路相连。在STM32主控器和IGBT驱动电路之间，还连接有逻辑电路。
[0020]串联变压器一次侧并联在交流斩波电路的输出端，二次侧则串联在电路的主功率通道中。通过调节交流斩波电路的输出电压的幅值和相位，可实现负载电压的调节，同时还可以达到无功功率补偿的效果。
[0021]具体地，上述调压主电路，调压主电路，包括用于周期性的将高频滤波交流电与负载连接的主开关管VTl和VT3，用于主开关管关断时电感的续流环节的开关管VT2和VT4，以及二极管VDl至VD4 ;其中:所述调压主电路包括用于周期性的将高频滤波交流电与负载连接的开关管VTl和开关管VT3，用于主开关管关断时电感的续流环节的开关管VT2和开关管VT4，以及二极管VDl、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6、二极管VD7、二极管VD8，其中:所述二极管VD5阳极和二极管VD7阴极，分别接高频滤波电感LI一端和滤波电容Cl 一端；所述二极管VD5阴极和二极管VDl阴极，分别接开关管VTl的漏极；所述开关管VTl的源极接二极管VDl阳极、二极管VD6阴极和续流电感L2 —端；所述二极管VD6阳极和二极管VD2阳极，分别接开关管VT2源极；所述开关管VT2漏极和开关管VT4的源极，分别接二极管VD2的阴极和二极管VD4的阳极，所述开关管VT2源极和开关管VT4的漏极分别接电容Cl 一端、电容C2 —端；所述二极管VD7阳极和二极管VD3阳极，分别接开关管VT3源极；所述开关管VT3漏极，接二极管VD3阳极、二极管VD8阳极和续流电感L3 —端，所述开关管VT4漏极，接二极管VD8阴极和二极管VD4阴极；所述续流电感L2，接续流电感L3 —端和电容C2 —端；所述开关管VT1、开关管VT2、开关管VT3和开关管VT4的栅极，均为控制端。
[0022]上述STM32处理器的型号为STM32F103xB。输入LC滤波电路，包括LC滤波电路。电压电流采集模块，包括电压霍尔器件和电流霍尔器件。所述逻辑电路包括连接在电压电流采集模块和STM32处理器之间的PWM信号逻辑分配电路，这里选择型号为SN7LVC4245PW的电平转换芯片，可将+3.3V转换为+5V。上述IGBT驱动电路使用的IGBT驱动电路是专用模块EXB841，主要是针对大功率IGBT模块的门极驱动所设计。上述同步信号检测电路，由LM339比较器和两个稳压管构成同步信号检测电路的主要部分。LM339的输出经稳压管送入脉冲分配电路，且为单片机的同步信号AD采样引脚的工作电压为3.3V，所以还要经过3.3V稳压管才能送入相应的引脚。
[0023]上述实施例的实施例的交流斩波调压器，调压主电路(即交流斩波调压主电路)以IGBT作为开关器件，采用并联型Buck斩波调压，通过对输出电压电流进行实时采样经过滤波、放大处理后，送入STM32处理器STM32F103xB的ADC模块(即A/D模块);采用PI控制和前馈控制，对采样结果对应的数字信号进行计算，得到该输出电压对应的输出控制量，实时更新CMPRx的值，再利用规则采样法生成该输出控制量电压所对应的SPWM波形；STM32处理器向逻辑电路提供触发脉冲，然后逻辑电路分配四路触发脉冲分别给开关管IGBT驱动电路，控制IGBT的开通和关断时间，完成对主电路的斩波调压，主电路的斩波调压通过串联变压器，连接到负载，从而达到调压目标。
[0024]交流斩波调压主电路，在一个完整的周期内，该调压主电路能完成负载工作模式、电感续流模式；调压主电路通以交流电，主开关管VT1、VT3周期性的将交流电与负载连接；辅助开关管VT2、VT4，用于主开关管关断时负载电感的续流环节。
【主权项】
1.一种交流斩波调压器，包括依次连接的交流电源、输入LC滤波电路、调压主电路、输出滤波电路、串联变压器、电压电流采集模块、STM32控制器、逻辑电路和IGBT驱动电路；其特征在于，所述交流电源和IGBT驱动电路之间连接有同步信号检测电路，所述IGBT驱动电路与调压主电路相连。
2.根据权利要求1所述一种交流斩波调压器，其特征在于，所述调压主电路包括用于周期性的将高频滤波交流电与负载连接的开关管VTl和开关管VT3，用于主开关管关断时电感的续流环节的开关管VT2和开关管VT4，以及二极管VDl、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6、二极管VD7、二极管VD8，其中:所述二极管VD5阳极和二极管VD7阴极，分别接高频滤波电感LI 一端和滤波电容Cl 一端；所述二极管VD5阴极和二极管VDl阴极，分别接开关管VTl的漏极；所述开关管VTl的源极接二极管VDl阳极、二极管VD6阴极和续流电感L2 —端；所述二极管VD6阳极和二极管VD2阳极，分别接开关管VT2源极；所述开关管VT2漏极和开关管VT4的源极，分别接二极管VD2的阴极和二极管VD4的阳极，所述开关管VT2源极和开关管VT4的漏极分别接电容Cl 一端、电容C2 —端；所述二极管VD7阳极和二极管VD3阳极，分别接开关管VT3源极；所述开关管VT3漏极，接二极管VD3阳极、二极管VD8阳极和续流电感L3 —端，所述开关管VT4漏极，接二极管VD8阴极和二极管VD4阴极；所述续流电感L2，接续流电感L3—端和电容C2—端；所述开关管VTl、开关管VT2、开关管VT3和开关管VT4的栅极，均为控制端。
3.根据权利要求1所述一种交流斩波调压器，其特征在于，所述STM32处理器的型号为STM32F103xB 处理器。
4.根据权利要求1所述一种交流斩波调压器，其特征在于，所述电压电流采集模块，包括电压霍尔器件、电流霍尔器件。
5.根据权利要求1所述一种交流斩波调压器，其特征在于，所述逻辑电路为连接在IGBT驱动电路和STM32处理器之间的PWM信号逻辑分配电路。
【专利摘要】一种交流斩波调压器，包括依次连接的交流电源、输入LC滤波电路、调压主电路、输出滤波电路、串联变压器、电压电流采集模块、STM32控制器、逻辑电路和IGBT驱动电路；所述交流电源和IGBT驱动电路之间连接有同步信号检测电路，所述IGBT驱动电路与调压主电路相连。本实用新型一种交流斩波调压器，以IGBT作为开关器件，PI控制和前馈控制控制方案，通过正弦波脉宽调制技术（SPWM），并辅以STM32芯片控制，实现交流斩波调压；该交流斩波调压器，具有动态响应快，调压范围广，输入输出电压易于正弦化等优点，解决了传统的调压方式的缺点。
【IPC分类】H02J3-18, H02M5-293
【公开号】CN204304796
【申请号】CN201520036207
【发明人】王归新, 郑帅, 周哲恒, 李扬, 游文娟
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月20日