專利名稱:交流供電設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及一種交流供電設(shè)備。
使用電壓型脈沖寬度調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器的供電設(shè)備已在本領(lǐng)域中眾所周知，例如恒壓恒頻(CVCF)型的供電設(shè)備。使用了這種設(shè)備，轉(zhuǎn)換器完成了由直流電供給直流電壓的開/關(guān)操作，因而產(chǎn)生了一個(gè)以正弦形式脈沖寬度調(diào)制的輸出電壓。由于這種輸出電壓包括許多高次諧波，連接于轉(zhuǎn)換器輸出用于吸收高次諧波的一個(gè)平滑電抗器和一個(gè)電容器用來改善輸出電壓的波形，從而向負(fù)載提供一個(gè)正弦波電壓的輸出。
另一方面，輸出電壓由一個(gè)變壓器電氣地隔離，變壓器次級的幅值由一個(gè)檢波器檢測。因而被整流的幅值以及一個(gè)參考電壓提供給一個(gè)電壓控制器，兩個(gè)幅值被施加于比較控制。根據(jù)電壓控制器的輸出，一個(gè)型(Pattern)脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號發(fā)生器產(chǎn)生了一個(gè)正弦調(diào)制以執(zhí)行轉(zhuǎn)換器開/關(guān)控制的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號。
然而，由于采用了上述的常用系統(tǒng)，這樣開/關(guān)信號由一個(gè)經(jīng)整流的輸出電壓的反饋控制而沒有控制輸出電壓的瞬時(shí)值，只可控制輸出電壓的幅值，其結(jié)果為不能控制波形變形。因此，很難獲得一個(gè)具有較少波形變形的正弦波輸出電壓。這個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)一步的缺點(diǎn)在于輸出波形的變化取決于負(fù)載。當(dāng)特殊的非線性負(fù)載例如整流器負(fù)載被連接上時(shí)這是一個(gè)問題。輸出電壓的波形變形會(huì)在負(fù)載上產(chǎn)生很壞的影響，例如一電子計(jì)算機(jī)連接于輸出。
由于這個(gè)原因，使用一個(gè)濾波器去消除波形變形。通過增加濾波器的級數(shù)，因而滿意地消除波形變形。
然而，當(dāng)接入了多個(gè)濾波器，供電裝置的總恒定時(shí)間大大增加，因此不可能產(chǎn)生高響應(yīng)控制。
由于這個(gè)原因，已提出了一個(gè)能完成輸出電壓瞬時(shí)值控制的系統(tǒng)。根據(jù)這個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)被檢測的輸出電壓與一個(gè)正弦波參考比較，該正弦波參考具有一個(gè)以交流形式實(shí)現(xiàn)瞬值控制的輸出電壓。
換句話說，轉(zhuǎn)換器裝置的輸出電壓由變壓器檢測，被檢測的輸出電壓以及參考正弦波與處于交流信號狀態(tài)的輸出電壓一起在電壓控制器中接受比較控制。電壓控制器的輸出變成轉(zhuǎn)換器的參考輸出電流。由一個(gè)電流傳感器檢測出的參考輸出電流和輸出電流被施加于比較控制。根據(jù)電流控制器的輸出，脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號發(fā)生器控制轉(zhuǎn)換器的開/關(guān)操作。
已提出了另一種完成以輸出電壓經(jīng)檢波的信號為依據(jù)從而獲得具有作為輸出的參考值因而控制轉(zhuǎn)換器輸出電流的正弦波信號的以交流形式的電壓控制。使用這種方法，輸出電流變?yōu)檎?，但輸出電壓取決于負(fù)載。對于這個(gè)原因，特別是在例如檢波器負(fù)載的非線性負(fù)載的情況中，輸入電流不變?yōu)檎?。因此，有必要使用交流信號完成輸出電壓的比較控制。
當(dāng)輸出交流電壓的瞬時(shí)值是被這樣控制時(shí)，輸出交流電壓以由在輸出端的電抗器和電容器產(chǎn)生的大于諧振頻率頻率180°的相角變化。結(jié)果，這引起了振蕩，導(dǎo)致了不穩(wěn)定控制。因此，不能改善控制系統(tǒng)的響應(yīng)，例如引起放大器增益變高，產(chǎn)生了輸出電壓根據(jù)參考正弦波變形的問題。試圖去增加諧振頻率導(dǎo)致了恒定濾波器(L和C)的減少，因此，很難去抑制高次諧波。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供了一個(gè)與電壓型脈沖寬度調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的恒壓恒頻(CVCF)型的供電設(shè)備，其特征在于該供電設(shè)備能根據(jù)用于減小輸出電壓波形變形的參考正弦波以穩(wěn)定的方法完成輸出電壓的跟蹤控制。
根據(jù)本發(fā)明，這種目的是通過一個(gè)連接于與電壓型式脈沖寬度調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的恒壓恒頻(CVCF)型的供電設(shè)備的輸出的電容器的電流與一個(gè)參考正弦波比較而達(dá)到的，從而通過使用比較結(jié)果控制輸出電壓波而完成跟蹤控制，改變電容器參考電流的幅值因而控制輸出電壓的大小。
圖1闡明了本發(fā)明第一實(shí)施例的電路圖，圖2闡明了本發(fā)明第二實(shí)施例的電路圖，圖3闡明了本發(fā)明第三實(shí)施例的電路圖，圖4闡明了本發(fā)明第四實(shí)施例的電路圖。
將根據(jù)最佳實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述。
首先，參見圖1，展示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)交流供電設(shè)備的第一最佳實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中該交流供電設(shè)備包括一個(gè)直流電源1，連接于直流電源1的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制轉(zhuǎn)換器2，連接于轉(zhuǎn)換器2的平滑電抗器3，用于吸收轉(zhuǎn)換器2輸出的高次諧波電流的電容器4，和負(fù)載5。這些電路元件1至5構(gòu)成了主電路。
在主電路中，一個(gè)正弦波振蕩器11的輸出與一個(gè)由變流器13檢測的電流比較的結(jié)果通過電流控制器14和脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號發(fā)生器15送至轉(zhuǎn)換器2。根據(jù)比較結(jié)果，進(jìn)行轉(zhuǎn)換器2的控制操作。正弦波振蕩器11產(chǎn)生一輸出以確定變換器2的輸出波形，而其振幅取決于參考電壓12的設(shè)定值。此外，相應(yīng)于流進(jìn)電容器4中的電流Ic的正弦波信號被作為變流器13的輸出而獲得。因此，轉(zhuǎn)換器接收正弦波控制信號進(jìn)行控制從而產(chǎn)生一個(gè)正弦波輸出。
現(xiàn)在對展示于圖1中的第一實(shí)施例的操作作描述。
正弦波振蕩器11產(chǎn)生一個(gè)具有預(yù)定頻率的并作為參考幅值的參考電壓12的正弦波信號。這個(gè)正弦信號用作電容器4的瞬時(shí)值電流參考。電流控制器14把連接到電容器4的變流器所檢測到的電容器電流信號與正弦波檢測器11的輸出作比較，從而有效地進(jìn)行對流經(jīng)電容器4的交流電流的跟蹤控制。根據(jù)電流控制器14的輸出，脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)信號發(fā)生器15允許轉(zhuǎn)換器2有效地進(jìn)行開/關(guān)操作。
當(dāng)設(shè)定定為C表示電容器的電容，Ic為流經(jīng)的電流，Vo為輸出電壓，f為輸出頻率，電容器電流Ic表示為Ic＝2πfcVo……(1)因此，通過有效進(jìn)行跟蹤控制，這樣電容器電流Io的波形變?yōu)檎遥敵鲭妷篤o也變?yōu)檎?。此外，通過允許參考電壓12可調(diào)，參考電容器電流幅值被改變，因此有可能改變輸出電壓的幅值。
另一方面，由于方程(1)不包括負(fù)載的指明參數(shù)，很明顯這就可能進(jìn)行這樣的控制，即，不管是檢波器負(fù)載，或負(fù)載變化其輸出電壓保持有一個(gè)很少變形的，相當(dāng)好的正弦波。
此外，變壓器可能被用作為輸出電壓的升高或降低，或同作絕緣以取代平滑電抗器3。很明顯這種作為平滑電抗器的變壓器的漏抗應(yīng)用是不違背本發(fā)明的主題的。
根據(jù)第一實(shí)施例的上述描述已很清楚，與電壓型脈沖寬度調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的恒壓恒頻(CVCF)供電設(shè)備把一個(gè)流經(jīng)連接于輸出的電容器的電流與一個(gè)參考正弦波比較，從而通過使用比較結(jié)果而有效進(jìn)行跟蹤控制，因此有可能有效進(jìn)行這樣的控制，即輸出電壓有一個(gè)正弦波形，因而提供一個(gè)具有較小波形變形的很好的正弦波。
此外，在這個(gè)實(shí)施例中的供電設(shè)備能抑制波形變形，即使是非線性負(fù)載或變化負(fù)載從而能保持一個(gè)很好的正弦波輸出。
現(xiàn)在將參照圖2對本發(fā)明的第二實(shí)施例作描述。
展示在這個(gè)圖中的恒壓恒頻(CVCF)型供電設(shè)備具有在適當(dāng)范圍內(nèi)改變頻率(例如50/60赫)的能力。展示于圖2中的實(shí)施例不同于展示于圖1中的第一實(shí)施例，不同在于參考頻率12A和12B和一個(gè)交流耦合電容器16是新加的。
由于這個(gè)實(shí)施例的操作大體上與第一實(shí)施例的操作相同，只是對不同點(diǎn)連接的操作在這里作一描述。
在這個(gè)實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換器輸出頻率是不固定的，但是可以由參考頻率12A和12B調(diào)節(jié)。因此，為了在上述方程(1)中的頻率改變到保持輸出電壓Vo恒定，要求電容器電流Ic與頻率f成正比。在這個(gè)實(shí)施例中，交流耦合電容器16用于切斷直流信號。使參考電容器電流的幅值與頻率f成正比。
雖然本實(shí)施例與展示于圖1中的第一實(shí)施例不同，不同在于其頻率是可調(diào)的，但是與第一實(shí)施例相同的是進(jìn)行跟蹤控制，這樣轉(zhuǎn)換器輸出的電容器電流與參考正弦波相同。這并不違背本發(fā)明的主題。
現(xiàn)將參見圖3對本發(fā)明的第三實(shí)施例進(jìn)行描述。在圖3中與圖1和圖2有相同標(biāo)號的部份分別表示相應(yīng)的電路元件。這個(gè)實(shí)施例與圖1和圖2中展示的實(shí)施例的不同之處在于有新加的用于檢測輸出電壓的電壓檢測器31，一個(gè)正弦波振蕩器11A(以下被稱之為“第一正弦波振蕩器)，一個(gè)第二正弦波振蕩器11B，一個(gè)響應(yīng)于電壓檢測器31和第二正弦波振蕩器11B輸出之間的偏差的電壓控制電路32，從而糾正第一正弦波振蕩器11A的輸出。
現(xiàn)描述這個(gè)實(shí)施例的操作。第一正弦波振蕩器11A產(chǎn)生了一個(gè)具有預(yù)定頻率的用作電容器參考電流和作為參考幅值的幅值設(shè)定器12的輸出的第一正弦波參考信號。同樣，作為參考幅值的幅值設(shè)定器12的輸出，第二正弦波振蕩器11B產(chǎn)生了一個(gè)延遲于電容器參考電流90°相位角的第二正弦波參考電流。這個(gè)第二正弦波參考信號用作輸出電壓的瞬時(shí)參考值。電壓控制電路32響應(yīng)于來自于電壓檢測器31的輸電壓信號和來自于第二正弦波振蕩器11B的參考輸出電壓之間的比較，從而計(jì)算出用來糾正使兩個(gè)信號相等都為零的電容器電流的糾正量。電壓控制電路32的輸出從第一正弦波振蕩器11A加到電容器參考電流。換加話說，電容器參考電流以輸出電壓偏差相等為零的方法被糾正。電流控制電路14響應(yīng)于一個(gè)來自電流檢測器13的電容器電流信號和經(jīng)糾正的電容器參考電流之間比較指出的輸出，以用于驅(qū)動(dòng)脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制電路15，從而進(jìn)行跟蹤控制，這樣電容器4的交流電流與經(jīng)糾正的電容器參考電流相等。
在穩(wěn)態(tài)中，輸出電壓波形和輸出參考電壓波形實(shí)際上相互完全相同，因此被糾正的小量只被加到電容器參考電流中。另一方面，即使低頻輸出電壓偏差，特別是由負(fù)載變化引起的直流元件的偏差，相應(yīng)于偏差值被糾正的量是加到電容器參考電流上，因此進(jìn)行了有效控制，這樣輸出電壓偏差相等為零。
如上所述，在本實(shí)施例中的交流供電設(shè)備是電壓控制系統(tǒng)用于在電容器電流控制系統(tǒng)中直接反饋輸出電壓去控制它。從而進(jìn)行有效流經(jīng)連接于輸出端的電容器4的電流的跟蹤控制，因而完成了控制，這樣輸出電壓有一正弦波形。本實(shí)施例的特征在于電容器4的電流與電壓之間的相位差保持在90°相位角從而把遲后于電容器參考電流相位角90°的正弦波信號用作輸出參考電壓，因此有可能實(shí)現(xiàn)輸出電壓的跟蹤控制。結(jié)果當(dāng)保持了電容器電流控制系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)，在該系統(tǒng)中當(dāng)其頻率大于由電抗器3和電容器4決定的諧振頻率時(shí)仍能進(jìn)行穩(wěn)定控制，在本實(shí)施例中的交流供電設(shè)備已解決了由于干擾等原因引起的輸出電壓低頻振蕩的抑制問題，上述干擾僅對于電容器電流控制系統(tǒng)是十分困難的，因此這就有可能以穩(wěn)定的方法提供一個(gè)具有較小波形變形的正弦波輸出電壓。
很明顯，本發(fā)明可以用于上述第三實(shí)施例的相同的結(jié)構(gòu)，在電路結(jié)構(gòu)中變壓器被用來取代平滑電抗器3用于輸出電壓的升高或降低或絕緣，用變壓器的漏抗作為平滑電抗器。雖然在上述實(shí)施例中描述了單相電路，無需說明，本發(fā)明也適用于三相電路中的相同結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)參照圖4對本發(fā)明的第四實(shí)施例作描述。本實(shí)施例用來在主電路中檢測過電流從而在被檢測的過電流的基礎(chǔ)上抑制轉(zhuǎn)換器的輸出。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，變流器21位于一個(gè)位置，那里在主電路中負(fù)載電流的可以變化被測，從而把變流器21的輸出信號傳送通過一個(gè)閾值電路22送給電流控制電路14的輸入端。這個(gè)輸出信號被送至轉(zhuǎn)換器控制線路(14，15)以致于得到一個(gè)極性，這樣電流控制電路14抑制了轉(zhuǎn)換器的輸出。
具有這種線路裝置，當(dāng)流經(jīng)主電路的電流高于閾值電路22的設(shè)定閾值時(shí)，電流控制電路14動(dòng)作，以致抑制轉(zhuǎn)換器2的輸出。因此，本實(shí)施例能解決過電流問題。
從以上的敘述可以看出，由電壓型脈沖寬度調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的恒壓恒頻(CVCF)型的供電設(shè)備的特征在于跟蹤控制被執(zhí)行，這樣流經(jīng)連接于輸出的電容器的電流同參考正弦波相同，因此有可能有效地完成控制，這樣輸出波形為正弦波形。電容器電流以90°相位移相，但當(dāng)通過使用了高增益放大器的控制系統(tǒng)時(shí)，它不達(dá)到處于振蕩態(tài)的360°的相位移動(dòng)。因此，可獲得一個(gè)具有較小波形變形的很好的正弦波輸出。此外，它也可以有效地完成控制，來抑制由于非線性負(fù)載或變化負(fù)載帶來的波形變形，從而保持一個(gè)很好的正弦波輸出電壓。結(jié)果，小于轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率的高次諧波從輸出電壓中去掉，很容易地消除頻率元件的高次諧波，高次諧波高于開關(guān)頻率，其可使用一個(gè)小尺寸的濾波器來消除相對較高的頻率。因此，這可能防止高次諧波對負(fù)載(例如電子計(jì)算機(jī))產(chǎn)生壞影響。
權(quán)利要求
1.一個(gè)交流供電設(shè)備包括一個(gè)電壓型的轉(zhuǎn)換器，連接于上述轉(zhuǎn)換器輸出的一個(gè)電抗器和一個(gè)電容器。本改進(jìn)包括a)一用于產(chǎn)生正弦波參考信號的電路，b)用于檢測流經(jīng)上述電容器電流的裝置，c)響應(yīng)于上述正弦波參考信號和流經(jīng)上述電容器電流從而根據(jù)其比較結(jié)果控制上述電壓型轉(zhuǎn)換器的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的交流供電設(shè)備，其特征在于用于產(chǎn)生上述正弦波參考信號的上述電路附加地裝置有幅值調(diào)節(jié)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的交流供電設(shè)備，其特征在于用于產(chǎn)生上述正弦波參考信號的上述電路附加地裝置有頻率調(diào)節(jié)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的交流供電設(shè)備，其進(jìn)一步包括用于檢測上述交流供電設(shè)備的輸出電流的裝置和用于當(dāng)上述的檢測裝置的輸出高于閾值時(shí)產(chǎn)生電流抑制信號的裝置，因而根據(jù)上述電流抑制信號去抑制上述電壓型轉(zhuǎn)換器的上述輸出電流。
5.一個(gè)交流供電設(shè)備包括一個(gè)電壓型的轉(zhuǎn)換器，和用于吸收高次諧波的連接于該轉(zhuǎn)換器輸出端的一個(gè)平滑電抗器和一個(gè)電容器，本改進(jìn)包括a)用于檢測上述供電裝置輸出電壓的裝置，b)用于檢測流經(jīng)上述電容器電流的裝置，c)一用于產(chǎn)生作為電容器參考電流的第一正弦波參考信號的電路，d)一用于產(chǎn)生第二正弦波參考信號的電路，作為一個(gè)輸出參考電壓，同上述第一正弦波參考信號相差90°相位，e)用于以上述的第二正弦波發(fā)生器電路和上述的輸出電壓檢測器裝置之間的比較為基礎(chǔ)的糾正上述第一正弦波參考信號的裝置，f)用于有效進(jìn)行上述轉(zhuǎn)換器操作的跟蹤控制，使上述電流檢測裝置的輸出與上述第一正弦波參考信號相同的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的交流供電設(shè)備，其特征在于用于產(chǎn)生上述正弦波參考信號的上述電路附加地裝置有幅值調(diào)節(jié)裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5的交流供電設(shè)備，其特征在于用于上述正弦波參考信號發(fā)生器電路附加地裝置有頻率調(diào)節(jié)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5的交流供電設(shè)備，其進(jìn)一步包括用于檢測上述交流供電設(shè)備的輸出電流的裝置，和用于產(chǎn)生電流抑制信號的裝置，當(dāng)上述檢測器的輸出高于閾值時(shí)，因而根據(jù)上述電流抑制信號抑制電壓型轉(zhuǎn)換器的輸出電流。
專利摘要
一個(gè)交流供電設(shè)備使用了一個(gè)電壓型的轉(zhuǎn)換器，并提供了一個(gè)用于檢測流經(jīng)用于吸收高次諧波的電容器的控制系統(tǒng)。對于這種系統(tǒng)可以附加一個(gè)用于本設(shè)備的輸出電壓的跟蹤控制的糾正控制系統(tǒng)。這個(gè)糾正控制系統(tǒng)可用于檢測本設(shè)備的輸出電壓，它遲后于電容器電流90°相位，從而比較輸出電壓和另一個(gè)正弦波，它遲后于正弦波參考信號90°相位，從而用比較結(jié)果作為電壓控制信號。
文檔編號H02M7/539GK86105421SQ86105421
公開日1987年3月11日 申請日期1986年8月30日
發(fā)明者黑巖昭彥, 齊藤?zèng)龇?申請人:株式會(huì)社東芝導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan