一種應(yīng)用在apf系統(tǒng)的雙電源供電裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置及方法，本發(fā)明的裝置主要由開關(guān)電源、DC/DC轉(zhuǎn)換電路、整流橋、二極管等相關(guān)芯片構(gòu)成。本發(fā)明當(dāng)APF正常工作時(shí)，由電網(wǎng)給控制電路供電；當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)供電異常后，截至功率器件的驅(qū)動(dòng)信號，并將APF直流母線的電能通過DC/DC轉(zhuǎn)換電路回饋給控制電路和驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明能使APF的電源供電方式更多樣化，能有效解決因電網(wǎng)供電異常對APF帶來的不良影響。
【專利說明】—種應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于改善電能質(zhì)量的有源電力濾波器的【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置及方法，特別涉及一種應(yīng)用在APF系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器的雙電源供電裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在環(huán)境保護(hù)問題日益受到關(guān)注的今天，人們已經(jīng)認(rèn)識到電力系統(tǒng)環(huán)境凈化的必要性。在電網(wǎng)污染日益嚴(yán)重的情況下，對電能質(zhì)量的研究和保護(hù)具有十分重要的意義，而電力系統(tǒng)諧波是衡量電能質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
[0003]電力系統(tǒng)諧波和無功的來源主要是電網(wǎng)中非線性負(fù)載，如電弧爐、變壓器、電力電子裝置等。近二十年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是功率半導(dǎo)體器件以及控制技術(shù)的飛速發(fā)展，電力電子裝置也更多的應(yīng)用在工礦企業(yè)，在節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量等方面起著重要作用，成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)建設(shè)。然后，隨著電力電子設(shè)施的廣泛應(yīng)用，其非線性的特點(diǎn)卻將大量的諧波和無功功率注入電網(wǎng)，造成電能質(zhì)量的下降，引起“電網(wǎng)污染”問題。
[0004]有源電力濾波器(Active Power Filter, APF)作為一種有效抑制電網(wǎng)諧波污染問題的設(shè)備，表現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力，受到了電力電子界的廣泛關(guān)注，并且隨著相關(guān)技術(shù)與理論的發(fā)展，APF的研究取得了很大的進(jìn)展。而作為APF安全運(yùn)行保證的控制電源部分應(yīng)該得到充分的重視和合理的設(shè)計(jì)。常規(guī)的供電方式是通過普通開關(guān)電源提供控制器所需的±15V、±5V電源，傳感器需要的±15V電源以及觸摸屏和接觸器需要的24V電源，但是上述的傳統(tǒng)供電方式，僅采用電網(wǎng)作為一次供電，當(dāng)遇到電網(wǎng)供電異常時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行就會受到嚴(yán)重影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明專利目的在于，提出一種應(yīng)用在APF系統(tǒng)的由交流電網(wǎng)和APF功率直流母線的雙電源供電的供電裝置及方法。
[0006]本發(fā)明的裝置為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下解決方案:一種應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置，其特征在于:包括整流橋、DC/DC轉(zhuǎn)換電路、第一電容Cl、第一二極管D1、第二二極管D2、開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)電源，所述的整流橋與第一電容Cl并聯(lián)連接，220V交流電經(jīng)過所述的整流橋整流后，在所述的第一電容Cl上得到310V±10V的直流電，所述的第一電容Cl正極輸出端設(shè)置有第一二極管Dl，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的正極輸出端設(shè)置有第二二極管D2，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的正極輸出端通過所述的第二二極管D2與第一電容Cl的正極輸出端通過所述的第一二極管Dl相連，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極輸出端與第一電容Cl的負(fù)極輸出端直接相連，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路和所述的整流橋組成并聯(lián)供電電路，為所述的開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)電源提供電力。
[0007]作為優(yōu)選，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路由第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第三二極管D3、第四二極管D4、線圈、控制芯片和開關(guān)器件Tl組成，所述的第五電容C5分別于所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端正極和負(fù)極連接，所述的第二電阻R2、控制芯片和第六電阻R6串聯(lián)連接后與所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端正極和負(fù)極連接，所述的第二電阻R2與第一電阻Rl并聯(lián)后與所述的第三二極管D3串聯(lián)連接組成緩沖電路，所述的緩沖電路與所述的線圈的初級繞組并聯(lián)連接后一端與所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端正極連接，另一端與所述的開關(guān)器件Tl 一端連接，所述的開關(guān)器件Tl的另一端與所述的控制芯片連接，所述的控制芯片與所述的開關(guān)器件Tl的第三端連接后通過所述的第三電阻R3與所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端負(fù)極連接，所述的線圈的次級輸出繞組與所述的第三電容C3并聯(lián)后與所述的整流橋并聯(lián)連接，所述的線圈的次級反饋繞組與所述的第四電容C4并聯(lián)后，其正極端通過所述的第四二極管D4和第五電阻R5與所述的控制芯片連接，其負(fù)極通過所述的第四電阻R4與所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端負(fù)極連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述的控制芯片為UC3844脈寬調(diào)制芯片。
[0009]作為優(yōu)選，所述的線圈的磁芯為EC3521，所述的線圈的變比120:55:4。
[0010]作為優(yōu)選，所述的開關(guān)器件Tl為1700V的開關(guān)管。
[0011]本發(fā)明的方法為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下解決方案:一種利用應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置對APF系統(tǒng)進(jìn)行供電的方法，其特征在于:當(dāng)APF正常工作時(shí)，由電網(wǎng)給控制電路供電；當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)供電異常后，截至功率器件的驅(qū)動(dòng)信號，并將APF直流母線的電能通過DC/DC轉(zhuǎn)換電路回饋給控制電路和驅(qū)動(dòng)電路。
[0012]本發(fā)明的一種應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置及方法是一種有效避免供電異常的裝置及方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖1:為本發(fā)明實(shí)施例的APF系統(tǒng)供電裝置電路原理圖。
[0014]附圖2:為本發(fā)明實(shí)施例的DC/DC變換電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0016]請見圖1、圖2，本發(fā)明的裝置所采用的技術(shù)方案是:一種應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置，包括整流橋、DC/DC轉(zhuǎn)換電路、第一電容Cl、第一二極管Dl、第二二極管D2、開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)電源，整流橋與第一電容Cl并聯(lián)連接，220V交流電經(jīng)過整流橋整流后，在第一電容Cl上得到310V±10V的直流電，第一電容Cl正極輸出端設(shè)置有第一二極管D1，DC/DC轉(zhuǎn)換電路的正極輸出端設(shè)置有第二二極管D2，DC/DC轉(zhuǎn)換電路的正極輸出端通過第二二極管D2與第一電容Cl的正極輸出端通過第一二極管Dl相連，DC/DC轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極輸出端與第一電容Cl的負(fù)極輸出端直接相連，DC/DC轉(zhuǎn)換電路和整流橋組成并聯(lián)供電電路，為開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)電源提供電力。
[0017]其中，DC/DC轉(zhuǎn)換電路由第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第三二極管D3、第四二極管D4、線圈、控制芯片和開關(guān)器件Tl組成，控制芯片為UC3844脈寬調(diào)制芯片，線圈的磁芯為EC3521，線圈的變比為120:55:4，開關(guān)器件Tl為1700V的開關(guān)管；第五電容C5分別于DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端正極和負(fù)極連接，第二電阻R2、控制芯片和第六電阻R6串聯(lián)連接后與DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端正極和負(fù)極連接，第二電阻R2與第一電阻Rl并聯(lián)后與第三二極管D3串聯(lián)連接組成緩沖電路，緩沖電路與線圈的初級繞組并聯(lián)連接后一端與DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端正極連接，另一端與開關(guān)器件Tl 一端連接，開關(guān)器件Tl的另一端與控制芯片連接，控制芯片與開關(guān)器件Tl的第三端連接后通過第三電阻R3與DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端負(fù)極連接，線圈的次級輸出繞組與第三電容C3并聯(lián)后與整流橋并聯(lián)連接，線圈的次級反饋繞組與第四電容C4并聯(lián)后，其正極端通過第四二極管D4和第五電阻R5與控制芯片連接，其負(fù)極通過第四電阻R4與DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端負(fù)極連接。
[0018]本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是:當(dāng)APF正常工作時(shí)，由電網(wǎng)給控制電路供電；當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)供電異常后，截至功率器件的驅(qū)動(dòng)信號，并將APF直流母線的電能通過DC/DC轉(zhuǎn)換電路回饋給控制電路和驅(qū)動(dòng)電路。
[0019]本實(shí)施例工作時(shí)，220V交流電經(jīng)過整流橋整流，在第一電容Cl上得到310V左右的直流電，DC/DC轉(zhuǎn)換電路輸出電壓(OUT+和OUT-為DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸出)的正極與第一電容Cl的正極通過二極管(D2、D1)相連，負(fù)極與第一電容Cl的負(fù)極直接相連，只要使得DC/DC轉(zhuǎn)換電路輸出電壓小于第一電容Cl的電壓，就可以保證APF正常工作時(shí)DC/DC轉(zhuǎn)換電路不工作。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)供電異常時(shí)，檢測電路及時(shí)判斷并且發(fā)出截止功率器件的保護(hù)信號。由于電容Cl的存在，開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)電源的輸入電壓不會立刻低于DC/DC轉(zhuǎn)換電路輸出電壓，DC/DC轉(zhuǎn)換電路不工作；一段時(shí)間后，第一電容Cl上電壓逐漸下降到DC/DC轉(zhuǎn)換電路輸出電壓以下，DC/DC轉(zhuǎn)換電路開始工作，直流母線的電能回饋到控制電路和驅(qū)動(dòng)電路，直到其電壓下降到安全值，DC/DC轉(zhuǎn)換電路停止工作。
[0020]本實(shí)施中，關(guān)鍵是DC/DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)?？紤]到DC/DC轉(zhuǎn)換電路僅在電網(wǎng)供電異常時(shí)工作，而且僅為控制電路和驅(qū)動(dòng)電路供電，輸出容量較小，效率要求不高，因此采用單端反激式變換電路，與驅(qū)動(dòng)電源相比，該電路的主要特點(diǎn)是輸入電壓范圍較寬。因?yàn)閷τ诠I(yè)電壓等級的APF，正常工作時(shí)直流母線電壓一般為750V左右，而電網(wǎng)斷電后，直流母線電能回饋到控制電路和驅(qū)動(dòng)電路，電壓逐漸下降，直至安全值，這個(gè)過程中DC/DC轉(zhuǎn)換器還能夠輸出較為穩(wěn)定的直流電壓，本實(shí)施例設(shè)定為200V左右。
[0021]DC/DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是開關(guān)器件的選擇。在單端反激電路中，開關(guān)器件Tl承受的關(guān)斷電壓最大，其關(guān)斷電壓計(jì)算公式為:
[0022]Ucemax=Udc(1-Dmax)
[0023]其中，Dmax為最大占空比。工作中直流母線電壓取700?800V，最大占空比設(shè)計(jì)為0.5，因此開關(guān)器件Tl承受的最大耐壓值為1600V，實(shí)際選取1700V的開關(guān)管。另外，為滿足DCM和CCM兩種工作模式的需要，本實(shí)施例的變壓器的參數(shù)為:磁芯EC3521、變比120:55:4，其中第二路輸出用作電壓反饋控制；控制芯片同樣使用UC3844脈寬調(diào)制芯片，實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)壓控制和峰值電流控制，本實(shí)施例的控制輸出電壓在180V左右(B卩OUT+和OUT-之間的電壓值，穩(wěn)定在180V左右)，直流母線電壓降低到此值以下，這樣即使驅(qū)動(dòng)信號不確定也不會損壞開關(guān)器件。
[0024]單端反激式變換電路以開關(guān)管Tl的周期性導(dǎo)通和關(guān)斷為主要特征，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器一次側(cè)線圈不斷儲存能量；開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器將一次側(cè)線圈內(nèi)儲存的電感能量通過整流二極管給負(fù)載供電，直到下一個(gè)周期開始。
[0025]以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置，其特征在于:包括整流橋、DC/DC轉(zhuǎn)換電路、第一電容Cl、第一二極管D1、第二二極管D2、開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)電源，所述的整流橋與第一電容Cl并聯(lián)連接，220V交流電經(jīng)過所述的整流橋整流后，在所述的第一電容Cl上得到310V±10V的直流電，所述的第一電容Cl正極輸出端設(shè)置有第一二極管D1，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的正極輸出端設(shè)置有第二二極管D2，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的正極輸出端通過所述的第二二極管D2與第一電容Cl的正極輸出端通過所述的第一二極管Dl相連，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極輸出端與第一電容Cl的負(fù)極輸出端直接相連，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路和所述的整流橋組成并聯(lián)供電電路，為所述的開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)電源提供電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置，其特征在于:所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路由第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第三二極管D3、第四二極管D4、線圈、控制芯片和開關(guān)器件Tl組成，所述的第五電容C5分別于所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端正極和負(fù)極連接，所述的第二電阻R2、控制芯片和第六電阻R6串聯(lián)連接后與所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端正極和負(fù)極連接，所述的第二電阻R2與第一電阻Rl并聯(lián)后與所述的第三二極管D3串聯(lián)連接組成緩沖電路，所述的緩沖電路與所述的線圈的初級繞組并聯(lián)連接后一端與所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端正極連接，另一端與所述的開關(guān)器件Tl 一端連接，所述的開關(guān)器件Tl的另一端與所述的控制芯片連接，所述的控制芯片與所述的開關(guān)器件Tl的第三端連接后通過所述的第三電阻R3與所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端負(fù)極連接，所述的線圈的次級輸出繞組與所述的第三電容C3并聯(lián)后與所述的整流橋并聯(lián)連接，所述的線圈的次級反饋繞組與所述的第四電容C4并聯(lián)后，其正極端通過所述的第四二極管D4和第五電阻R5與所述的控制芯片連接，其負(fù)極通過所述的第四電阻R4與所述的DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端負(fù)極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置，其特征在于:所述的控制芯片為UC3844脈寬調(diào)制芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置，其特征在于:所述的線圈的磁芯為EC3521，所述的線圈的變比為120:55:4。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置，其特征在于:所述的開關(guān)器件Tl為1700V的開關(guān)管。
6.一種利用應(yīng)用在APF系統(tǒng)的雙電源供電裝置對APF系統(tǒng)進(jìn)行供電的方法，其特征在于:當(dāng)APF正常工作時(shí)，由電網(wǎng)給控制電路供電；當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)供電異常后，截至功率器件的驅(qū)動(dòng)信號，并將APF直流母線的電能通過DC/DC轉(zhuǎn)換電路回饋給控制電路和驅(qū)動(dòng)電路。
【文檔編號】H02J9/06GK103595123SQ201310636241
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】袁榮湘, 左春祥, 鄧翔天, 肖振鋒 申請人:武漢康籟電氣有限公司