中心議題：

• 開關互補式交流穩壓器的原理分析

解決方案：

• 開關互補電路的設計
• 利用微處理器進行智能控製和監控管理

1 引言

近(jin)年(nian)來(lai)

，在(zai)國(guo)內(nei)電(dian)源(yuan)學(xue)術(shu)界(jie)，交(jiao)流(liu)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)研(yan)究(jiu)內(nei)容(rong)主(zhu)要(yao)分(fen)為(wei)兩(liang)類(lei)，一(yi)類(lei)是(shi)開(kai)關(guan)互(hu)補(bu)式(shi)，另(ling)一(yi)類(lei)就(jiu)是(shi)逆(ni)變(bian)補(bu)償(chang)式(shi)。開(kai)關(guan)互(hu)補(bu)式(shi)交(jiao)流(liu)穩(wen)壓(ya)器(qi)就(jiu)是(shi)以(yi)自(zi)耦(ou)變(bian)壓(ya)器(qi)----繼(ji)電(dian)器(qi)抽(chou)頭(tou)式(shi)穩(wen)壓(ya)器(qi)為(wei)基(ji)礎(chu)，將(jiang)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)觸(chu)點(dian)相(xiang)結(jie)合(he)

，為(wei)電(dian)能(neng)的(de)傳(chuan)遞(di)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)預(yu)設(she)的(de)電(dian)子(zi)通(tong)路(lu)，以(yi)便(bian)減(jian)少(shao)電(dian)流(liu)切(qie)換(huan)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)衝(chong)擊(ji)和(he)幹(gan)擾(rao)，因(yin)為(wei)這(zhe)種(zhong)衝(chong)擊(ji)往(wang)往(wang)會(hui)損(sun)壞(huai)機(ji)械(xie)開(kai)關(guan)
、電子器件，甚至用電設備；逆變補償式交流穩壓器
，是以補償型交流穩壓器為基礎
，從輸入側取得交流電壓
，經過整流、高頻SPWM逆變、相位跟蹤和轉換產生幅值
、相位、頻率均可變的交流補償電壓進行穩壓
，補償是無極的，補償精度高，響應速度快。

目前
，這兩類穩壓器的技術都不是很成熟，還沒有人對此進行係統的闡述、分析和具體的設計。本文針對開關互補式交流穩壓器,提出它的原理和設計方法，並按此方法研製出一台10KVA的開關互補式交流穩壓器
，以期達到跟蹤前沿技術
，為進一步開發係列開關互補式交流穩壓器做好準備。

2 開關互補式交流穩壓電源工作原理

2.1 整機組成

本穩壓器由補償變壓器組合單元、繼電器單元
、開關互補電路、控製電路、過欠壓以及過流保護及故障告警電路、輔助電源等部分組成，整機框圖如下：
2.1.1 穩壓部分的設計

穩壓部分可采用的形式有參數調整（諧振）型、自耦（變比）調整型、大功率補償型、kaiguanxing。zaizheli，womencaiyongdeshidagonglvbuchangxingzuoweiwenyabufendezhudianlu
，liyongjidianqigaibianzioubianyaqichoutoudefangfa，laigeibuchangbianyaqitigongchujidianya。qizhong
，hubukaiguanzuhezhenliecaiyongdeshijidianqibinglianshijiefa。
2.1.2 開關互補電路的設計

關互補電路實際上是繼電器的一個旁通電子開關，采用兩隻IGBT
、兩隻二極管構成的交流通路，是互補式交流穩壓器的主要技術點,電路如圖3: 互補電路中IGBT承受的電壓

、電流應力都較大，對IGBT的安全構成極大的影響。而互補電路工作成敗之關鍵
，主要取決於IGBT能否安全工作，為了改善IGBT的開關狀況和安全工作區域
，適應互補式交流穩壓器所要求的負載特性，在設計時應注意以下幾個問題：
1、通過合理的布線，盡量減小引線電感，以減小IGBT的關斷振蕩和損耗；
2、每一組互補電路要用專用的輔助電源驅動（典型值是+15V，-5V），既防止因共地而引起的幹擾，最主要的是防止了因PN結導通而引起的短路
；
3、IGBT的柵極驅動采用電壓跟隨器的設計方式
，同時增加RCD吸收電路
，精選其電容
、電阻參量，從而有效抑製了脈衝結束時IGBT的反向電壓；
4、對IGBT的額定電壓、電流參數，選取時除按理論計算外，還要考慮適當的經驗係數
，使IGBT具有更大的安全工作區域
；
5
、雖然IGBT的導通時間極短，在正常工作時
，熱量在還沒有傳出殼外時，IGBT就已關斷

，但仍須加一定功率的散熱器，目的是使IGBT工作時

，其管芯溫度在允許結溫以下，從而確保IGBT不會因控製電路設計不當造成的損壞。
[page]
2.1.3 功率補償單元

該補償單元由繼電器及其相應的開關互補電路組成，采用並聯的方式連接而成。具體電路如圖4-1：
圖4-2為(wei)功(gong)率(lv)補(bu)嚐(chang)單(dan)元(yuan)中(zhong)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)與(yu)其(qi)對(dui)應(ying)的(de)開(kai)關(guan)互(hu)補(bu)電(dian)路(lu)的(de)工(gong)作(zuo)波(bo)形(xing)和(he)工(gong)作(zuo)時(shi)序(xu)關(guan)係(xi)
，從(cong)中(zhong)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)知(zhi)道(dao)，開(kai)關(guan)互(hu)補(bu)電(dian)路(lu)是(shi)在(zai)繼(ji)電(dian)器(qi)動(dong)作(zuo)之(zhi)前(qian)先(xian)導(dao)通(tong)，在(zai)繼(ji)電(dian)器(qi)完(wan)成(cheng)動(dong)作(zuo)後(hou)再(zai)關(guan)斷(duan)，這(zhe)是(shi)開(kai)關(guan)互(hu)補(bu)式(shi)交(jiao)流(liu)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)成(cheng)功(gong)的(de)關(guan)鍵(jian)所(suo)在(zai)。

2.2 功率補償單元的工作原理

為方便闡述
，我們把功率補償單元拆分為繼電器J0、J1、J2、J3、J4
、J5及其對應的開關互補電路S0、S1
、S2、S3
、S4、S5。考慮到電網變化的隨機和無序性
，設計時采用頂層設計、整體考慮的方法，來確定功率補償單元的工作時序。值得特別強調的是，開關互補電路須采取先開後關的方式工作，即在繼電器動作（包括吸合和斷開）zhiqian，xianrangkaiguanhubudianlugongzuo
，daijidianqigongzuowendinghou
，zaiduankaiguanhubudianlu，zheshikongzhideguanjiansuozai
，fouzekaiguanbushijiaoliuwenyaqijiangshiquyiyi。weijishipanduanjidianqideqiehuanzhuangtai
，teshejileshuangguangoubuchangxingdianlu，shixianxinhaodesuoding，yibianyudanpianjidezhengquepanding。biao1給出了功率補償單元在不同輸入電壓值時的工作時序。 2.3 軟件的設計

在係統中，單片機擔負著對輸入電壓的實時檢測和處理，控製功率補償單元的工作，對整機提供各種保護
、告警和狀態指示。

係統接通市電，合上電源開關後，單片機進行初始化，延時2miaohou，jinxingshurudianyajiance，ruoshurudianyazaiyunxufanweinei，zegenjudianyazhijinxingxiangyingdedianyabuchang
，fouzebuchangdianlubujinxingrenhedongzuo
，danyaoxiangyingdeshengguanggaojing
；電dian壓ya調tiao整zheng完wan畢bi達da到dao輸shu出chu標biao準zhun後hou，自zi動dong合he上shang輸shu出chu交jiao流liu接jie觸chu器qi，係xi統tong正zheng常chang輸shu出chu。此ci時shi
，單dan片pian機ji對dui輸shu出chu電dian壓ya進jin行xing過guo壓ya檢jian測ce
，一yi旦dan輸shu出chu電dian壓ya過guo高gao
，則ze切qie斷duan輸shu出chu
，以yi防fang輸shu出chu電dian壓ya過guo高gao而er影ying響xiang負fu載zai工gong作zuo，在zai電dian壓ya恢hui複fu正zheng常chang後hou
，自zi動dong合he閘zha，輸shu出chu電dian壓ya。單dan片pian機ji還hai對dui輸shu入ru電dian壓ya進jin行xing實shi時shi檢jian測ce，隻zhi要yao市shi電dian發fa生sheng變bian化hua，就jiu進jin入ru相xiang應ying的de電dian壓ya補bu償chang子zi程cheng序xu
，對dui補bu償chang電dian壓ya進jin行xing調tiao整zheng。其qi流liu程cheng圖tu見jian圖tu5。 [page]
3 實作結果

當輸入交流電壓幅值發生相同的變化時
，比較圖6所示的兩種穩壓器輸出電壓波形可發現，有互補電路與沒加互補電路的電源輸出電壓波形
，存在很大的差異：在A圖中，沒有互補電路的電源輸出電壓波形，有一明顯缺口，這是輸出電壓波形失真度大
、整機電磁幹擾強、不能提高功率因數的根本原因所在；而在B圖中，這一缺點得到明顯的改善，輸出電壓波形變得平滑，體現出了互補式交流穩壓電源的優點。
其達到的主要技術指標如下：
1）、交流輸入電壓
220V-30%~220V+20%
、50Hz（單相）
2）
、額定輸入電流45A
3）、額定輸出功率10KVA
4）、額定輸出電壓220V±5%、50Hz
5）、響應時間≤50ms
6）
、正弦波失真度≤1.0%
7）
、整機效率≥98%
8）、功率因數>0.95

4 結束語

bendianyuandeyanzhichenggong，shizaixiandaidianlidianzijishuyudianlichuandongjishuxiangjiehedejichushang
，liyongweichuliqijinxingzhinengkongzhihejiankongguanli，yanzhikaifadeyizhongxinxinggaoxingnengjiagebidejiaoliuwenyaqi

，juyouzhinenghua
、輕量化、高可靠性的特點。實踐證明，開關互補式交流穩壓器的以上優點以及它的低成本
、高質量的供電效果
，必將使該種穩壓器具有廣闊的應用前景。