新型EPWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源的原理分析

0??? 引言

??? 隨著高新技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的高精密負(fù)載對(duì)輸入電源，特別是對(duì)交流輸入電源的穩(wěn)壓精度要求越來(lái)越高。但是，由于電力供求矛盾的存在，市電電網(wǎng)電壓的波動(dòng)較大，不能滿足高精密負(fù)載的要求，需要在市電電網(wǎng)與負(fù)載之間增設(shè)一臺(tái)高穩(wěn)壓精度的寬穩(wěn)壓范圍的交流穩(wěn)壓電源。

??? 交流穩(wěn)壓電源形式有很多種，目前應(yīng)用較多的三相柱式交流穩(wěn)壓器，由于用的是機(jī)械傳動(dòng)和碳刷觸點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而存在工作壽命短、可靠性差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。正在被一種無(wú)觸點(diǎn)多補(bǔ)償變壓器式交流穩(wěn)壓電源所取代。

??? “補(bǔ)償”的概念有補(bǔ)足和抵消兩種意思。所謂多補(bǔ)償變壓器式交流穩(wěn)壓電源，就是用多個(gè)（一般是2～4個(gè)）補(bǔ)償變壓器，將其次級(jí)串入主電路中，通過(guò)由雙向晶閘管或固態(tài)繼電器組成的“多全橋”變換電路，采用有選擇的切換或通過(guò)切換串入補(bǔ)償變壓器的個(gè)數(shù)進(jìn)行有級(jí)補(bǔ)償，來(lái)達(dá)到穩(wěn)壓目的。由于沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)和碳刷，因而提高了壽命與動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度，使交流穩(wěn)壓電源的整體性能大大提高。但也存在著一些缺點(diǎn)，諸如只能有級(jí)調(diào)壓，調(diào)節(jié)精度不高，使用的補(bǔ)償變壓器及控制開(kāi)關(guān)較多，電路相對(duì)復(fù)雜等。本文取其優(yōu)點(diǎn)、避其缺點(diǎn)，提出了用等脈寬調(diào)制（EPWM——equal-pulse width modulation）高頻斬波器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕涣鞣€(wěn)壓電源以供參考。它是作者曾經(jīng)研制和發(fā)表過(guò)的“PWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源”的一種改進(jìn)變形電路（參見(jiàn)電源世界2002年第1期及電源技術(shù)應(yīng)用2002年第3期），比原電路更簡(jiǎn)單，也更合理一些。

1??? 工作原理

??? EPWM斬波式交流穩(wěn)壓電源的簡(jiǎn)化原理電路如圖1所示。它是由主電路和控制電路兩部分組成的。主電路是由EPWM橋式斬波器V₁～V₄及其輸出變壓器Tr、直流整流電源V_D1～V_D4和輸出交流濾波器L_F、C_F組成。橋式斬波器通過(guò)其輸出變壓器Tr的次級(jí)串聯(lián)在市電電源與負(fù)載之間，以便對(duì)市電電壓的波動(dòng)進(jìn)行正、負(fù)補(bǔ)償。橋式斬波器輸出電壓中的諧波，由濾波器L_FC_F來(lái)濾除。橋式斬波器所需的直流電源，由取自穩(wěn)壓電源輸出端的市電電源，通過(guò)整流器V_D1～V_D4來(lái)供給。這里應(yīng)該指出的是，EPWM橋式斬波器V₁～V₄并不是工作在逆變器狀態(tài)，而是工作在橋式斬波器狀態(tài)。這是由它的EPWM工作方式、直流電源電壓波形和直流電容C_d值的大小及其功能來(lái)區(qū)分的。如圖2所示，橋式斬波器的直流電壓，不是通過(guò)電容C_d把整流電壓濾波成恒定的平滑直流電壓，而是仍然為單相橋式整流電壓的波形。直流電容C_d不再具有直流濾波功能，而只是為了創(chuàng)造一個(gè)續(xù)流通路而設(shè)置的。對(duì)于感性負(fù)載，在一個(gè)斬波開(kāi)關(guān)周期內(nèi)續(xù)流的能量是很小的（由于斬波頻率較高），所以C_d的值也很小，C_d的充放電速度很快，不會(huì)影響整流電壓的上升或下降速度，使C_d上的電壓與不濾波的整流電壓波形相同。也就是說(shuō)，由于電容C_d的值很小，它只允許續(xù)流電流通過(guò)，不再具有直流濾波功能，因此對(duì)整流波形不產(chǎn)生影響。這就說(shuō)明橋式斬波器是工作在EPWM斬波狀態(tài)，而不是工作在逆變狀態(tài)。

圖1??? EPWM斬波式交流穩(wěn)壓電源的簡(jiǎn)化原理電路框圖

圖2??? EPWM橋式斬波器主電路

??? 斬波式交流穩(wěn)壓電源的控制電路，是由市電輸入電壓整流檢測(cè)電路、比較電路、EPWM電路和橋式斬波器開(kāi)關(guān)V₁～V₄工作狀態(tài)的切換和觸發(fā)電路組成。在市電電壓整流檢測(cè)電路中，加入對(duì)濾波電感L_F上的電壓檢測(cè)，是為了減小濾波電感L_F的電抗對(duì)穩(wěn)壓精度的影響。

??? EPWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源工作原理如圖1所示。當(dāng)市電電壓波動(dòng)時(shí)，通過(guò)對(duì)市電輸入電壓u_s及濾波電感L_F上電壓的整流檢測(cè)電路，得到電壓信號(hào)U_S.L，將U_S,L與基準(zhǔn)參考電壓U_r進(jìn)行比較，得到誤差電壓ΔU。當(dāng)U_S,L>U_r時(shí)（市電電壓上波動(dòng)）得動(dòng)＋ΔU，＋ΔU使EPWM調(diào)制器中的比較器U₂不能工作，只能使比較器U₁工作，＋ΔU通過(guò)與三角波u_c在U₁中進(jìn)行比較，在＋ΔU大于三角波的部分產(chǎn)生出EPWM脈沖信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)“狀態(tài)切換觸發(fā)電路”對(duì)橋式斬波器中的開(kāi)關(guān)管V₁～V₄進(jìn)行控制，在其輸出變壓器Tr次級(jí)產(chǎn)生負(fù)補(bǔ)償電壓－u_co，使負(fù)載電壓U_L=U_S－U_co=U_r；當(dāng)U_S,L<U_r時(shí)（市電電壓下波動(dòng)）得到－ΔU，－ΔU使EPWM調(diào)制器中的比較器U₁不能工作，只能使比較器U2工作，－ΔU通過(guò)反相器與三角波u_c在U₂中進(jìn)行比較，在ΔU大于三角波部分產(chǎn)生出EPWM脈沖信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)“狀態(tài)切換觸發(fā)電路”對(duì)橋式斬波器中的開(kāi)關(guān)管V₁～V₄進(jìn)行控制，在其輸出變壓器Tr次級(jí)產(chǎn)生正補(bǔ)償電壓＋u_co，使負(fù)載電壓U_L=U_S＋U_co=U_r。

??? 對(duì)市電電壓的正、負(fù)補(bǔ)償，是通過(guò)狀態(tài)切換觸發(fā)電路，切換橋式斬波器中開(kāi)關(guān)管V₁～V₄的工作順序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果對(duì)應(yīng)于市電的正半周讓V₁及V₄導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)于市電的負(fù)半周讓V₂及V₃導(dǎo)通，是對(duì)市電電壓進(jìn)行正補(bǔ)償，如圖2中的虛線路徑所示。對(duì)應(yīng)于市電正半周讓V₂及V₃導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)于市電負(fù)半周V₁及V₄導(dǎo)通，就是對(duì)市電電壓進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償，如圖2中點(diǎn)劃線路徑所示。

??? 采用圖2所示主電路對(duì)市電電壓波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵有兩點(diǎn)：一是EPWM；二是電容C_d的值要小到不影響整流電壓u_cd的變化，即使C_d小到不再具有直流濾波功能。

2??? EPWM調(diào)制及正弦斬波電壓的生成

??? 圖1所示交流穩(wěn)壓電路的EPWM，與正弦斬波電壓的生成如圖3所示。其中圖3(a)為整流器V_D1～V_D4的交流輸入電壓波形，圖3(b)為直流電容C_d上的電壓波形，圖3(c)為EPWM，圖3(d)為EPWM產(chǎn)生的橋式斬波器中開(kāi)關(guān)管V₁～V₄的觸發(fā)脈沖波形，圖3(e)即為EPWM正弦斬波電壓波形，圖3(f)為T(mén)r初級(jí)補(bǔ)償電壓波形。

??? EPWM是由P.D.Parkh，S.R.Paradla于1983年首先提出來(lái)的。其原理是采用用直流形式表示的誤差電壓ΔU與三角波電壓u_c進(jìn)行比較如圖3(c)所示，在直流誤差電壓ΔU大于三角波電壓的部分產(chǎn)生出等脈寬調(diào)制脈沖，如圖3(d)所示。用圖3(d)的等脈寬調(diào)制脈沖去觸發(fā)橋式斬波器中相應(yīng)的開(kāi)關(guān)管V₁～V₄，就可以在橋式斬波器的兩橋臂中點(diǎn)a和b之間產(chǎn)生出EPWM正弦斬波電壓波形，如圖3(e)所示。經(jīng)過(guò)濾波器L_FC_F濾波后，就可以在變壓器Tr初級(jí)得到正弦補(bǔ)償電壓u_ab1，如圖3(f)所示。u_ab1在Tr次級(jí)產(chǎn)生補(bǔ)償電壓u_co。當(dāng)對(duì)市電電壓進(jìn)行正補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償電壓u_co與市電電壓相位相同；當(dāng)對(duì)市電電壓進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償電壓u_co與市電電壓相位相反。圖3是針對(duì)正補(bǔ)償情況畫(huà)出來(lái)的，對(duì)負(fù)補(bǔ)償也可以畫(huà)出相應(yīng)的波形圖。

??? 對(duì)于圖3(e)所示的EPWM正弦斬波電壓波形，為了使此波形具有半波奇對(duì)稱，和四分之一波偶對(duì)稱，以消除其傅里葉級(jí)數(shù)中的余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)中的偶次諧波，使載波比N=f_c/f=4k，即三角波頻率f_c為市電頻率f的4整數(shù)倍。調(diào)制比M=Δt/T_Δ=ΔU/U_cm，Δt為脈沖寬度，T_Δ=1/f_c為三角波周期、U_cm為三角波幅值，如圖3（e）所示。可知，M=Δt/T_Δ就是EPWM正弦斬波電壓波形的占空比D，即M=Δt/T_Δ=D。

(a)??? 整流輸入電壓

(b)??? 電容C_d上電壓

(c)??? EPWM

(d)??? 斬波開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)脈沖

(e)??? EPWM正弦斬波波形

(f)??? 補(bǔ)償電壓

圖3??? EPWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源的工作波形圖

??? 載波三角波的方程式為

??? u_c=i=1,2,3,…（1）

??? 當(dāng)調(diào)制電平為ΔU時(shí)，可求出觸發(fā)脈沖起始點(diǎn)t_i和終止點(diǎn)t_i＋1的方程式。

??? 由=ΔU，得到

??? t_i=ΔU（2）

??? 由=ΔU，得到

??? t_i＋1=ΔU（3）

??? 則脈沖寬度為

??? Δt=t_i＋1－t_i=ΔU（4）

式中：T_Δ=2π/N。

??? 各觸發(fā)脈沖的起始角和終止角的數(shù)值為

??? α₁=(1－D)；α₂=(1＋D)；α₃=(3－D)；α₄=(3＋D)；

??? ……

??? 由圖3(e)可以看出，EPWM正弦斬波電壓波形是鏡對(duì)稱和原點(diǎn)對(duì)稱，因此，在它的傅里葉級(jí)數(shù)中將不包含余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)中的偶次諧波，只包含正弦項(xiàng)中的奇次諧波，即

??? f(ωt)=b_nsinnωt??? n為奇數(shù)（5）

式中：b_n=f(ωt)sinnωtd(ω t)

??? 對(duì)于基波，n=1。由于被EPWM斬波的波形是正弦波，即f(ω t)=U_msinωt，所以

??? b₁====DU_m（6）

??? 對(duì)于諧波，則

??? b_n=

??? 當(dāng)n=kN±1，k=1，2，3，……時(shí)，對(duì)上式求解得

??? b_kN±1==－sinkDπ（7）

??? 當(dāng)n≠kN±1時(shí)，b_n≠kN±1=0。

??? 所以EPWM正弦斬波電壓的傅里葉級(jí)數(shù)表示式為

??? u_ab=DU_msinωt－sinkDπsin(kN±1)ωt（8）

??? 考慮到T_r的變比ξ:1，補(bǔ)償電壓u_co表示式為

??? u_co=Dsinωt－sinkDπsin(kN±1)ωt（9）

??? 用L_FC_F濾除高次諧波后得到補(bǔ)償電壓為

??? u_co=Dsinω t=D（10）

??? 由式（8）中的諧波幅值sinkDπ可以算出，當(dāng)載波三角波頻率f_c=10kHz，N=200，D=0.1～0.9時(shí)，基波與各次諧波的幅值如表1所列。基波和各次諧波與調(diào)制比亦即占空比D的關(guān)系曲線如圖4所示。可知EPWM正弦斬波電壓的諧波頻率與載波比N成正比，N越大諧波頻率越高，所需的濾波器L_FC_F的參數(shù)值也越小。所以，根據(jù)表1及圖4可以計(jì)算L_F及C_F的值。

表1??? 基波與各次諧波的幅值（f_c=10kHz，N=200）

圖4??? 諧波分量與占空比D的關(guān)系曲線

3??? 對(duì)市電電壓波動(dòng)的補(bǔ)償與T_r容量

??? 當(dāng)市電電壓u_s波動(dòng)時(shí)，將會(huì)引起負(fù)載電壓u_L的波動(dòng)。為了保持u_L穩(wěn)定不變，必須用補(bǔ)償電壓u_co對(duì)市電電壓的波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)U_s>U_r時(shí)須進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償，使U_s－U_co=U_L=U_r；當(dāng)U_s<U_r時(shí)須進(jìn)行正補(bǔ)償，使U_s＋U_co=U_L=U_r，所以

??? U_L=U_s±U_co=U_r（11）

正補(bǔ)償時(shí)取正號(hào)，負(fù)補(bǔ)償時(shí)取負(fù)號(hào)。

??? 假定補(bǔ)償變壓器Tr的變比為ξ：1，橋式斬波器的輸出電壓基波為u_ab1=DU_msinωt

??? 則??? U_co=（12）

??? 將式（12）代入式（11）得

??? U_L=U_S±U_ab1（13）

??? 橋式斬波器的基波輸出電壓

??? U_ab1=DU_L（14）

??? 將式（14）代入式（13）得

??? UL=US±UL（15）

??? 或U_L(- +)U_L=U_S，U_L(1- +)=U_S

??? U_L=（16）

??? 正補(bǔ)償時(shí)取正號(hào)，負(fù)補(bǔ)償時(shí)取負(fù)號(hào)。當(dāng)占空比D=1時(shí)，最大正、負(fù)補(bǔ)償電壓由式（12）得

??? U_co,max=（因?yàn)榇藭r(shí)U_ab1=DU_L=U_L）。

??? 當(dāng)市電電壓的波動(dòng)范圍為±15％時(shí)，最大補(bǔ)償電壓

??? U_co,max=0.15U_L=（17）

??? 由于補(bǔ)償變壓器Tr初次級(jí)匝比為

??? ξ==6.667（18）

??? 而補(bǔ)償變壓器次級(jí)電流，即市電輸入電流

??? I_S=（19）

式中：P為市電輸入功率。

??? 補(bǔ)償變壓器初級(jí)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(kāi)關(guān)管的額定電流，只有市電輸入電流I_S的1/ξ。因而補(bǔ)償功率

??? P_co=U_ab1I_ch=DU_L=（21）

??? 當(dāng)U_S=U_L時(shí)，D=0，補(bǔ)償功率P_co,min=0；當(dāng)U_s,min=(1－0.15)U_L=0.85U_L時(shí)，D=1，則補(bǔ)償功率

??? P_co,max==0.176P（22）

??? 可以根據(jù)P_co,max來(lái)選擇補(bǔ)償變壓器Tr的容量。

4??? 單相EPWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源

??? 單相EPWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源的原理電路如圖5所示，此電路只是為了說(shuō)明原理而采用的。它由5個(gè)部分組成，即主電路，市電電壓檢測(cè)電路，正、負(fù)補(bǔ)償控制電路，三角波發(fā)生器電路和正、負(fù)補(bǔ)償切換觸發(fā)電路。主電路的組成與工作原理前面已經(jīng)作過(guò)了介紹，下面僅對(duì)其余4個(gè)部分作一簡(jiǎn)單說(shuō)明。

4.1??? 市電電壓檢測(cè)電路

??? 市電電壓的檢測(cè)電路，由兩個(gè)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(cè)的采樣點(diǎn)取法，對(duì)穩(wěn)壓精度影響很大。如果采樣點(diǎn)取自輸入端，檢測(cè)市電輸入電壓，對(duì)補(bǔ)償電壓的穩(wěn)定性是有利的，但不能補(bǔ)償因變壓器T_r1次級(jí)漏抗及濾波電感L_F電抗引起的電壓降，補(bǔ)償精度差；如果采樣點(diǎn)取自輸出端，檢測(cè)輸出負(fù)載電壓，這樣可以對(duì)T_r1次級(jí)漏抗及L_F電抗引起的電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，但補(bǔ)償后由于U_L=U_r就不能繼續(xù)保持T_r1次級(jí)補(bǔ)償電壓u_co的存在，出現(xiàn)補(bǔ)償不穩(wěn)定現(xiàn)象；如果像多個(gè)補(bǔ)償變壓器無(wú)觸點(diǎn)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源那樣，采樣點(diǎn)取自輸入端與輸出端，對(duì)市電輸入電壓與負(fù)載電壓同時(shí)檢測(cè)，然后將它們相加并除以2，即，當(dāng)I_S≠0時(shí)，如果令T_r1次級(jí)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(cè)法雖然可以對(duì)因X而造成的電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，也不會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償不穩(wěn)定現(xiàn)象，但只能補(bǔ)償一半的XI_S，還有一半XI_S不能進(jìn)行補(bǔ)償。比較好的檢測(cè)法是采樣點(diǎn)取自輸入端，檢測(cè)市電輸入電壓U_S及檢測(cè)X上的電壓降XI_S，用U_S－XI_S作為檢測(cè)到的電壓。這樣，既能保證補(bǔ)償電壓的穩(wěn)定性，也能使補(bǔ)償?shù)木忍岣摺D5所示的單相穩(wěn)壓電路，就是采用了這種電壓檢測(cè)電路。

??? 串聯(lián)補(bǔ)償變壓器的次級(jí)漏電抗X_T，一般為T(mén)_r1容量的（3～5）％。而T_r1的容量與市電電壓的波動(dòng)范圍有關(guān)，當(dāng)市電電壓波動(dòng)范圍為±15％時(shí)，T_r1的容量?jī)H為穩(wěn)壓電源標(biāo)稱容量的17.6％。所以，補(bǔ)償變壓器T_r1折算到負(fù)載額定電壓U_r的次級(jí)漏抗壓降標(biāo)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(rèn)為X_TI_S≈0，此時(shí)只需對(duì)L_F電抗X_L引起的電壓降進(jìn)行補(bǔ)償就可以了。在圖5中，變壓器T_r2檢測(cè)的是市電輸入電壓U_S，變壓器T_r3檢測(cè)的是L_F上的電壓降，用T_r2及T_r3的次級(jí)電壓相減后再進(jìn)行整流，就可以得到反映U_S－X_LI_S數(shù)值的直流電壓U_SL。

4.2??? 對(duì)市電電壓波動(dòng)進(jìn)行正負(fù)補(bǔ)償?shù)目刂齐娐?

??? 對(duì)市電電壓波動(dòng)進(jìn)行正、負(fù)補(bǔ)償?shù)目刂齐娐罚蓤D5中比較器U₁、U₂，比例放大器PI₁、PI₂，及EPWM比較器U₃、U₄，和基準(zhǔn)電壓給定電路R₃～R₅組成。它分成上下兩個(gè)支路，上支路由U₁、PI₁、U₃組成，用于對(duì)市電電壓的負(fù)波動(dòng)進(jìn)行正補(bǔ)償控制；下支路由U₂、PI₂、U₄組成，用于對(duì)市電電壓的正波動(dòng)進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償控制。與此相應(yīng)基準(zhǔn)電壓給定電路也給出了兩個(gè)基準(zhǔn)電壓給定值U_r1及U_r2。U_r1對(duì)應(yīng)于市電電壓的218V；U_r2對(duì)應(yīng)于市電電壓的222V。當(dāng)市電電壓U_S<218V時(shí)上支路工作，下支路不工作，U_SL與U_r1在U₁中進(jìn)行比較，產(chǎn)生出正誤差電壓＋ΔU，＋ΔU經(jīng)過(guò)PI₁放大后與三角波u_c在U₃中進(jìn)行比較，產(chǎn)生出使橋式斬波器對(duì)市電電壓進(jìn)行正補(bǔ)償?shù)目刂啤．?dāng)市電電壓U_S>222V時(shí)下支路工作，上支路不工作，U_SL與U_r2在U₂中進(jìn)行比較，產(chǎn)生出正誤差電壓＋ΔU，＋ΔU經(jīng)過(guò)PI₂放大后與三角波u_c在U₄中進(jìn)行比較，產(chǎn)生出使橋式斬波器對(duì)市電電壓進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償?shù)目刂啤；鶞?zhǔn)電壓給定電路給出兩個(gè)基準(zhǔn)電壓（U_r1=218V與U_r2=222V）的目的，是為了當(dāng)市電電壓U_S在218V～222V之間時(shí)不使穩(wěn)壓電源工作，以避免市電電壓U_S在（220±2）V區(qū)間內(nèi)穩(wěn)壓電源產(chǎn)生正負(fù)補(bǔ)償振蕩，使輸出電壓不穩(wěn)定，這一點(diǎn)在圖1中沒(méi)有表明。這里需要指出的一點(diǎn)是，圖5中運(yùn)放PI₁和PI₂的放大倍數(shù)，與補(bǔ)償變壓器T_r1的初次級(jí)變比ξ₁：1、檢測(cè)變壓器T_r2、T_r3（兩個(gè)變壓器完全相同）的初次級(jí)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(guān)。PI₁及PI₂的放大倍數(shù)

??? K≥ξ₁×ξ₂×

??? 當(dāng)T_r1、T_r2、T_r3的變比相同時(shí)，K≥ξ₁²

圖5??? 單相EPWM斬波式穩(wěn)壓電源的原理電路

4.3??? 三角波發(fā)生器電路

??? 三角波發(fā)生器電路由一個(gè)方波電壓發(fā)生器（U₇）和一個(gè)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(fā)生器的頻率相同，當(dāng)方波電壓發(fā)生器中的電阻R₈=0.86R₉時(shí)，三角波頻率f_c≈

4.4??? 狀態(tài)切換觸發(fā)電路

??? 狀態(tài)切換與觸發(fā)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(gè)三極管組成的。圖中U₉、U₁₀是將市電電壓變換成與其相對(duì)應(yīng)的正、負(fù)半周方波電壓。U₉得到與u_s正半周相對(duì)應(yīng)的方波電壓，U₁₀得到與u_s負(fù)半周相對(duì)應(yīng)的方波電壓。電路的切換采用的是三極管與門(mén)的工作原理，觸發(fā)電路采用的是脈沖變壓器輸出形式，當(dāng)然也可以采用光耦的輸出形式。切換電路有兩組輸入信號(hào)，每組兩個(gè)輸入信號(hào)，即正補(bǔ)償與負(fù)補(bǔ)償，正半周方波與負(fù)半周方波。因此，應(yīng)有4組觸發(fā)電路，即由T_r4、V₅、V₆組成的正補(bǔ)償正半周觸發(fā)電路；由T_r6、V₉、V₁₀組成的正補(bǔ)償負(fù)半周觸發(fā)電路；由T_r7、V₁₁、V₁₂組成的負(fù)補(bǔ)償正半周觸發(fā)電路和由T_r5、V₇、V₈組成的負(fù)補(bǔ)償負(fù)半觸發(fā)電路。每一種觸發(fā)電路，只有當(dāng)脈沖變壓器下面的二個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)才能輸出觸發(fā)脈沖。脈沖變壓器下面的兩個(gè)三極管，其中一個(gè)受正負(fù)補(bǔ)償信號(hào)的控制，另一個(gè)受正負(fù)半周方波電壓的控制。因此，四種觸發(fā)電路對(duì)應(yīng)于市電電壓的每半個(gè)周期中，只有一種觸發(fā)電路輸出觸發(fā)脈沖，其它3種觸發(fā)電路不工作。由于正負(fù)方波電壓的加入，4種觸發(fā)電路之間每半個(gè)周期轉(zhuǎn)換一次，而且轉(zhuǎn)換是在市電電壓過(guò)零時(shí)進(jìn)行。因此，觸發(fā)電路的切換不會(huì)對(duì)輸出產(chǎn)生沖擊。

4.5??? 穩(wěn)壓補(bǔ)償過(guò)程

??? 空載時(shí)假定U_S<U_r，則正補(bǔ)償控制電路工作，并使V₆、V₁₀導(dǎo)通。在市電電壓正半周，U₉使V₅、V₁₁導(dǎo)通。由于V₅、V₆導(dǎo)通，T_r4輸出觸發(fā)脈沖，使斬波橋中V₁、V₄導(dǎo)通。在市電電壓負(fù)半周，U₁₀使V7、V₉導(dǎo)通，由于V₉、V₁₀導(dǎo)通，T_r6輸出觸發(fā)脈沖，使斬波橋中V₂、V₃導(dǎo)通，對(duì)市電電壓進(jìn)行正補(bǔ)償。補(bǔ)償電壓U_co的大小，與U_r1－U_SL=ΔU的大小成比例。如果此時(shí)加載，I_S≠0，則T_r3檢測(cè)的電壓降XI_S使U_S減小，因而ΔU增大，補(bǔ)償電壓U_co也相繼增大，以達(dá)到U_S＋U_co=U_L=U_r的補(bǔ)償目的。

??? 當(dāng)U_S>U_r時(shí)，穩(wěn)壓補(bǔ)償過(guò)程與U_S<U_r時(shí)相似，不再重復(fù)。

5??? 三相EPWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源

??? 三相EPWM斬波器式交流穩(wěn)壓電源，可以用三個(gè)如圖5所示的單相電路組成。由于三相是各自獨(dú)立地進(jìn)行穩(wěn)壓補(bǔ)償控制，所以，還可以對(duì)市電輸入電壓的不對(duì)稱度進(jìn)行補(bǔ)償。

6??? 結(jié)語(yǔ)

??? 按照上述原理制成了一臺(tái)2.5kVA樣機(jī)，當(dāng)輸入電壓變化范圍為±15％時(shí)，輸出電壓的變化<±1％，諧波含量<2.3％。

??? 這種穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)是體積小、重量輕、穩(wěn)壓精度高、反應(yīng)速度快、是無(wú)級(jí)補(bǔ)償、電路簡(jiǎn)單。當(dāng)市電電壓在218～222V時(shí)，穩(wěn)壓電源不工作，不耗電，電源損耗小，效率高。但只能補(bǔ)償市電電壓的大小變化，不能補(bǔ)償諧波。