AC/DC开关电源

AC/DC开关电源（精选7篇）

AC/DC开关电源 第1篇

关键词：开关电源,反激变换器,低功耗,高频变压器

稳压开关电源在开发出来之后得到了许多企业的青睐, 它和传统的开关电源相比具有优越性, 比如效率可观、安装简便, 重量轻等[1]。由于脉冲宽度调制技术的不断完善, 新型的电流型模式拓扑获得了社会的一致好评。本文采用UC3843控制芯片设计一种低功耗AC/DC开关电源, 并对样机的进行测试分析[2]。

1 总体设计

电路原理如图1所示, 开关电源有主电路和控制电路两部分组成。

交流电压输入整流滤波电路, 实现对交流电的整流滤波功能, 将其改变成初期的直流电, 然后再用频率转换器将该电压转换为特定电压值的方波, 最后在对方波进行整流滤波, 将其转化为想要的直流电压。控制电路的作用是不管根据输入电压、内部参数、负载值在一定范围内如何发生改变, 它都能通过调节功率级开关的导通或者关闭来实现开关电源的输出电压和电流保持不变。所以在进行开关电源的设计过程中, 选择哪种控制方法如何设计直接影响到开关电源的性能指标, 应该予以高度重视。

2 电路系统设计

本次设计的电路要求把普通的居民用电当作输入电压, 以下是该电路各项参数。输入电压:180~265 VAC;输出电压:12VDC;输出电流:4.5 A;纹波电压:±500m V;输出功率:50W;效率:85%;开关频率:55k Hz;占空比:小于40%。本次设计的电路主要包括四个回路, 分别为主电路、控制电路、启动电路以及反馈电路。

在主电路的设计过程中, 应用的最主要的技术就是单端反激式拓扑技术, 该项技术只需要一个开关管和变压器, 所以他的结构并不是特别复杂。设计的主电路不仅包括升降压斩波电路, 还具备一些隔离变压器的特点, 所以主电路具有两者的优点, 具有较高的工作效率, 并且允许输入的最高电压值较大。主电路功率开关采用的是N沟道场效应管12N60 (600V, 12A) , 被用于二次整流电流的器件是恢复二极管MBR30150CT (150V, 30A) 。

合理先进的控制电路是整个开关电源最重要的组成部分, 性能优良的开关电源必须有好的控制回路作为技术支持。本设计中主电路的控制采用双环电流控制, 这种控制方式属于脉冲调制控制方式的一种, 但与其相比多了一个电流反馈的控制环节, 对峰值电流的反馈值进行一系列的控制。UC3843作为驱动功率MOSFET的器件,

它需要采用误差放大器来对电压外环进行调节。误差放大器由TL431和光耦EL817组成, 它可以将比较电压成比例放大, 从而可以通过比较器或者其他器件进行比较, 根据差异来对调整输出端的脉冲宽度, 误差电压直接送到UC3843的1脚。对误差电压和电流比较器3脚的电流值进行比较, 并根据结果调整输出端的脉冲宽度, 2脚与大地等电压。R10、C9是UC3843的定时元件, 决定UC3843的工作频率, 此设计中R10=3 kΩ, C9=10 n F。最后用示波器测量波形, 就会发现波形很不稳定, 有些专家将其简称为“打嗝现象”, 如果出现了这种现象就说明芯片的保护电路可以对芯片产生过压或者欠压保护的功能, 可以放心使用。

反馈电路是将放大器的输出信号 (电压或电流) 的有一部分或者全部, 回授到放大器的输入端与输入信号进行相加减的信号, 这就是放大器的反馈过程凡是回授到放大器输入端的反馈信号起加强输入源输入信号, 增加输入信号的统称为正反馈, 反之成为负反馈。

3 样机测试结果与结论

当通过负载的额定电流为5A时, 设计的变换器在断续模式下的工作还是非常有效的。逐渐增加负载的同时变换器的工作模式, 也会有开始的断续模式转变为连续模式。在对钳位电路调试之后, 漏源极电压一定要低于MOSFET的最大耐压值600 V, 并且留有一定的安全余量, 保证MOSET长期安全的使用。

本实验的内容主要包括:设计电路, 完成样机的制作, 对样机进行测试。大电流输出下满载效率80%, 负载调整率0.5%, 电压调整率0.6%。实验结果表示设计的样机具有良好的可靠性, 无论是静态特性指标还是动态特性指标都符合设计的要求。

参考文献

[1]陈小敏, 黄声华, 万山明.基于UC3843的反激式开关电源反馈电路的设计[J].通信电源技术, 2006, 23 (5) :38-39.

AC/DC开关电源 第2篇

AC / DC开关电源转换器以其价格、效率、体积等优势在小功率电源领域得到了广泛应用,电脑、显示器、路由器、移动设备都离不开AC / DC开关电源[1]。经过数十年的发展,开关电源的功率、工作频率等都大幅提升,但是由于电源中的电流和电压不能突变,交替过程中会产生功率损耗。研究表明,此损耗与频率成线性关系,因此电源工作频率越高,损耗也就更大。

近年来,随着新能源技术的飞速发展,研发一种高效节能、使用年限长的电源芯片势在必行[2]。从需求来看,电源发展趋于智能化、集成化、数字化、微型化、高频化等方向[3]。本文基于AC / DC开关电源转换器的工作原理,设计了一种PFM型恒流恒压模式抗干扰AC / DC适配器。设计中发现误差放大器对整个电源芯片的精度影响很大,据此提出一种组合式的误差放大器,设置两条不同增益的误差放大电流,分别为40倍和400倍,将轻载到满载的电压输出降低到40m V。减少了LEB结束与开关断开的时间差,提高安全性能。经过试验测量,发现本电源芯片抗ESD能力达到10k V,性能稳定。

2 AD / DC 开关电源工作原理

AC / DC开关电源输入信号为低频交流电压,输出信号为直流电压和电流,中间的转换过程通过整流电路和滤波器完成。由于开关电源极易受到干扰,一般都是隔离放置。电路内部还需要升压装置,故器件本身体积较大。

AD / DC开关电源工作原理是[4]:交流信号首先经过桥式整流器和PFC功率校正器,在经过EMI滤波器变成类直流信号,随后经过升压装置进行耦合传输,开关导管完成信号输出。开关电源一次传递的能量由PFM控制开关的占空比确定,在输出端完成整流后实现AC / DC转换。其电路结构示意图如图1所示。

上述系统一般通过光耦合将输出的电压信号反馈给电源芯片,图1中的电压信号以原边反馈形式输出。电源芯片负责求出参考电压信号与反馈电源信号的误差,并通过误差放大器将其放大。此误差为控制系统工作频率和脉冲宽度的信号,直接决定占空比和传递能量的大小。

根据本文的相关要求,初步设置电流误差不超过10%,电压误差不超过5%,输出恒压电压的波动值小于0.2V,电源转换效率不低于70%,电磁干扰裕量设置为6d B,抗ESD能力达到8k V以上。选用PFM型恒流恒压模式抗干扰AC / DC适配器,芯片内部系统框架如图2所示。

3 芯片重要模块电路研究

芯片中至关重要的模块就是带隙基准电压源,其作为整个电路原始电压参考值,影响着整个系统的性能[5]。带隙基准电压源电路稳定后才能提供参考电压Vref,此电路的电压由VCC提供,变化范围在9V-18V,工作环境欠佳。本文对其进行改进,将VCC的电压降低到6V,再通过高压管给芯片带隙基准电压源供电,这样可以使电压源较为稳定。改进之后,芯片核心电路不在需要高压管,会节省其体积并降低制造成本。

低压线性差稳压源可以给芯片内部电路供电,并供给一些偏置装置。一般情况下,低压线性差稳压源的供电能力要不低于2m A,此为电路的满载电流。电流过低,低压线性差稳压源的电压将会降低,导致电路无法工作。

误差放大器可以提高输出电压精度,其系统电路如图3所示。

传统放大器的输出电压为:

式中:VH为误差放大器的正端电位,V;Vref为误差放大器的负端电位,V;gm为跨导,S;R0为上电阻,Ω;VDC是DC端的电位,V。

为了增大芯片的控制范围,将输出电压的范围设置为1V-5V,重载时的输出电压取1V,轻载时取5V。将其进行折算,得到的输出电压偏差为:

式中:R1为下电阻,Ω;NS、Naux为电感,见图3。

说明传统芯片轻载与满载变化过程会出现0.2V的电压差。为了克服这个问题,提出一种复合放大电路,其包含快、慢两条增益电路。在负载迅速变化时,快速通路作用;当系统接近稳定时,慢速通路作用。这样两个增益通路共同作用实现了电源芯片的高精度输出,从而保证了系统的稳定性。改进的误差放大器电路如图4所示。

4 芯片系统测试

对AC / DC开关电源转换器芯片各个部分进行设计之后,最终得到的电源芯片含有5个pin脚,其典型应用电路连接如图5所示。

由图5可以看出,整个芯片所需要的电量都是由电容C提供。OUT是输出脚,可以控制开关管的连接与断开。对芯片系统进行测试,结果如表1所示。

为了满足不同国家的需求,芯片系统电压选择了90V和264V两种初始条件。从表1中的数据分析,线损补偿大约为10%,基本接近设计目标9%。整个系统补偿过程为类似线性补偿,最大波纹出现在电流为1050m A时,为160m V,小于200m V的设计值。系统的转换效率约为74%,达到高效的要求。电源芯片抗干扰裕量为7.6d B,大于设计值6d B。气隙放电模式的系统能抵抗10k V的ESD干扰。经测试,本芯片系统满足各项设计指标。

5 结束语

AC/DC开关电源 第3篇

TGY02型控制电源柜的主要功能是通过充电机的AC/DC模块将三相AC440 V电源变为DC110 V电源, 为机车提供DC110 V电源, 并为蓄电池组充电, 同时电源柜上的DC/DC模块将机车上的DC110 V电源变为DC24 V电源, 为照明、仪表等设备提供电源。2010年入冬以来, 通过现场反馈, 该型控制电源柜的AC/DC模块在低温启动时, 尤其是持续-40℃天气下, 出现了无电流输出的故障现象, 同时电源柜监控模块的故障显示闪红灯, 显示屏提示AC/DC模块故障。

经过现场和试验室对出现故障的AC/DC模块进行的低温实验测试, 试验结果表明在低温-40℃时个别的模块无输出, 由此推断, 上述故障现象的原因是预充电继电器和主电继电器之间的延时控制电路器件在低温时出现偏差, 进而导致主电继电器不吸合, 充电机无法正常启动。

1 故障原理及测试分析

图1为充电机模块逻辑控制的部分电路, 主要用于控制主继电器和预充电继电器的工作状态, 其工作过程如下:当模块输入440 V正常, Q46关断并输入12 V控制电压, 12 V通过电阻R54 (1 kΩ) 、R47 (10 kΩ) 、R55 (1 kΩ) 进行分压, 运放U41B反相输入端基准电压为1 V, 运放U41A反相输入端基准电压为11 V;电源12 V经R52给电容C56、C57充电, 运放U41B同相输入端高于1 V, 运放U41B输出端为高电平, 使三极管Q47导通, J1为低电平, 预充电继电器闭合, 模块进入预充电状态;当运放U41A同相输入端高于11 V时, 运放U41A输出端为高电平, 使三极管Q44导通, J2为低电平, 主继电器闭合, 模块进入正常充电状态。

电源模块采用的运放U41A型号为LM2904, 其原理如图2所示, 可以得出其反相输入端的信号是经过2个三极管进行信号放大送入差分电路中的。LM2904的三极管采用电源供电, 要保证2个三极管都导通, 其反相输入端的输入电压必须低于电源电压的1.5 V。1.5 V是常温25℃的理想情况下, 运放同相输入端电压高于反相输入端电压时, 运放就能输出高电平。但是构成运放内部电路的三极管是非线性元件, 其PN节间的电压值受低温影响会有所变化, 运放U41A反相输入端电压接近工作电源12 V时, 运放U41A不能正常工作。电源柜原来的电路设计没有考虑到低温的情况, 直接把1.5 V作为实现这个电路的固定值, 从而导致了低温天气下的模块无输出的故障。现场调研和实验室低温模拟环境下测试运放U41A (LM2904) 故障模块的同相输入端和反相输入端的波形为12 V (图3、图4) 也验证了以上推断。在实际的应用过程中, 要实现2个三极管的导通, 保证运放电路正常运行, 就需要考虑把反相输入端电压值设计得更低, 即输入端的电压必须低于电源供电电压1.5 V。

2 改进方案及效果

针对上述分析, 改进方案采用增大R54电阻的阻值的方式, 即R54电阻阻值由原来1 kΩ变大为2.5 kΩ, 以使运放U41A反相输入端基准电压下降。根据欧姆定律及图1, 可以计算出U41A=12 (R47+R55) / (R54+R47+R55) =9.8 V。按改进方案调整R54电阻后, 在实验室模拟低温-40℃环境进行模块的性能试验, 测试波形如图5～图7所示, 可以得出运放同相输入端波形12 V高于反相输入端波形9.8 V, 运放正常输出高电平, 主继电器闭合, 模块进入正常充电状态。

3 结语

TGY02型控制电源柜按改进方案进行及时整改后, 经过2010年冬天的低温运行考验, AC/DC模块没有再出现启动时无电流输出的故障现象, 进而验证了改进方案的可行性, 同时也提高了机车控制设备供电电源的安全可靠性。

摘要：介绍了控制电源柜在低温启动时AC/DC模块出现故障的情况, 对故障原理进行了分析及测试验证, 并提出了改进方案, 验证了该方案的可行性。

关键词：TGY02,控制电源柜,AC/DC模块,改进方案

参考文献

无人机AC/DC电源的小型化设计 第4篇

无人机机载AC/DC电源输入发电机产生的交流电, 经整流、滤波后得到满足仪器要求的直流电。无人机系统功能的不断增强对其AC/DC电源也提出了向轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰发展的要求, 而在该电源系统中, 体积相对较大的滤波电容器是必不可少的, 同时因遇到安全标准 (如UL, CCEE等) 及EMC指令的限制 (如IEC, FCC, CSA) , 交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件, 这样就更加限制了电源体积的小型化。

另外, 由于内部的高频、高压、大电流开关动作, 使得解决EMC电磁兼容问题难度加大, 同时电源的工作消耗增大, 也限制了AC/DC变换器模块化的进程, 必须采用系统优化设计方法才能满足小型化的实际需要。

2 设计的主要目标分析

电源功效必须尽可能的高 虽然在实际应用中最耗能的是微处理器, 但是技术的进步仍然要求电源进一步提高功效。功效越高所需的散热片就越小, 才能节省系统空间。

电源成本必须尽可能的低 无论是原材料成本还是制造复杂性方面。考虑功能的简单设计是重要因素。控制和报警信号、和同类设备的均流以及在各种交流输入情况下保持稳定性能等都是非常重要的。

由图1所示的AC/DC电源电路结构框图可以看出, 要在保证性能和功能的前提下将电源的大小和成本最小化至少应从以下几个方面入手。

2.1 使用两阶式输入滤波器

使用一个两阶式滤波器可以使电源外形最小化, 并实现高共模和微分降噪。如果垂直堆叠组件, 则可以节省板空间, 同时改进了冷却。

2.2 在功率因数校正电路 (PFC) 中考虑采用碳化硅二极管

由于碳化硅二极管的成本有所下降, 可以将其作为降低成本和电源大小的一个途径。碳化硅二极管的反向电流特性使系统可以不需要缓冲电路, 因此可以节省5～6个组件。同时由于碳化硅二极管的应用, 功效可提高1%。若使用阶梯感应器, 则可在高输入线时提供高感应, 在低输入线时支持最可能大的流量密度。在输入范围中使用连续感应模式 (CCM) 操作, 可以保持最小的峰值转换电流和输入滤波器要求。

2.3 在主变流器中采用新型材料建构谐振拓扑

在该电路中使用谐振拓扑可以基本消除开关损耗。在功率晶体管中以陶瓷基片代替金属基片可以减少噪音, 并因此简化滤波过程。这是因为散热片没有与开关MOSFETS的损耗相耦合的电容。这样不仅提高电源效率, 而且使电源可以使用更小的散热片。另外, 使用陶瓷散热片时的爬电距离比金属散热片所需的距离要短, 这就进一步节省PCB板的空间。

2.4 使用开关式MOSFETS代替传统的输出整流器

开关式MOSFETS同步整流可以极大地降低功耗, 从而提高功效。比如, 一个正向电压为0.5 V的二极管在20 A时的功耗为10 W。而如果使用一个开启时电阻为14 MΩ的MOSFET, 功耗最大只有5.6 W, 与二极管的功耗相比小44%。这里也可以用陶瓷陶瓷基片来代替传统的散热片。

2.5 采用集成化的控制电路

集成化控制电路可以减少组件数量、降低制造成本并节省PCB板空间, 因此, 即使集成电路本身比离散组件更昂贵, 从衡量电源的体积大小以及整体性能上来考虑, 运用集成电路也是合理的。例如IR1150这种PFC芯片作为单循环控制 (OCC) 设备使用, 就可以在保持电源系统性能的同时大大减少元组件数量。

同样, 可以通过特殊应用芯片来进行主转换器电压控制、过电流保护、过电压保护和过温度保护, 并控制输出整流器转换。另外, 还可以通过同步单启动分源、借助逻辑控制关闭电源的抑制电路、“电源状态良好”信号、备用转换器控制功能等控制渠道来提高应用的灵活性。当交流电源存在时, 备用转换器可以单独提供5 V的输出。

3 优化PCB板的设计与制作

根据从原理图到PCB板的设计制定科学流程, 如图2所示。

需要注意如下事项:

(1) 滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置, 调整元件位置使他们之间的电流路径尽可能短。

(2) 建立开关电源布局应按照如下的流程:放置变压器、设计电源开关电流回路、设计输出整流器电流回路、连接到交流电源电路的控制电路、设计输入电流源回路和输入滤波器、设计输出负载回路和输出滤波器。

(3) 根据电路的功能单元, 对电路的全部元器件进行布局要考虑PCB尺寸大小, 放置器件时要考虑焊接;以每个功能电路的核心元件为中心进行布局。

(4) 元器件均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上, 尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接, 去耦电容尽量靠近器件的VCC。在高频下工作的电路, 要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能地使元器件平行排列, 美观且易焊装。

(5) 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置, 使布局便于信号流通, 并且使信号尽可能保持方向一致。布局的首要原则是保证布线的布通率, 移动器件时注意飞线的连接, 把有连线关系的器件放在一起。尽可能地减小环路面积以抑制开关电源的辐射干扰。

(6) 复查PCB的内容包括设计规则、层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置, 还要重点复查器件布局的合理性, 电源、地线网络的走线, 高速时钟网络的走线与屏蔽, 去耦电容的摆放和连接等。

通过上述系统层面上的分析, 立足于现有技术, 在最大可能的程度上缩小了AC/DC电源的体积, 同时保持了电源的制造成本。如要继续取得突破, 则须在基础电子元件的研发上下功夫。

摘要：介绍了无人机机载AC/DC电源的发展要求, 分析该种电源小型化设计的难点所在, 运用系统优化设计的方法分析电源的各功能部件。通过采用替换元件、重建结构、集成电路等手段使电源系统保持成本尽可能低的同时做到体积最小。实现了应用的高效率和灵活性, 对我军无人机整体性能的进一步提升具有十分重要的意义。

关键词：无人机,AC/DC电源,电源小型化设计,PCB

参考文献

[1]Jiayuan Fang, Jin Zhao.The Power of Planes-Low Imped-ance Power Delivery over Broad Frequencies[J].Printed Cir-cuit Design&Manufacturing Magazine, 2003.

[2]顾海州, 马双武.PCB电磁兼容技术设计实践[M].北京:清华大学出版社, 2004.

AC/DC齿轮减速马达 第5篇

瓦凯减速马达全系列, 模块化组合, 高效率、长寿命、低噪音, 在原料药生产设备、制剂机械、药用粉碎机械、饮片机械、药品包装机械、制药用水设备、药物检测设备等制药机械中均有广泛的应用。

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AC/DC开关电源 第6篇

电力系统中广泛使用的电力电子变流器一方面可大幅度提高其系统可靠性和效率,另外一方面变换器的存在使本来就复杂的电力系统中的谐波问题变得更加严峻[1]。有必要对电力系统进行谐波计算,给谐波抑制提供有力的依据和指导。而对变换器进行谐波建模,并分析其谐波构成和产生机理,是现代电力系统谐波潮流计算的重点和难点。

AC/DC变换器是现代电力系统中最常见的电力电子设备,它广泛应用于高压直流输电(HVDC),舰船电力系统推进设备中,已经有许多文献对AC/DC变换器的频域建模进行了研究,文献[2]利用系统分析法对AC/DC变换器进行频域线性化,着重考虑了换相重叠角和触发角对变换器谐波的影响;文献[3]利用复杂开关函数对AC/DC变换器进行建模,并对系统存在较大直流纹波时的换相重叠角和触发角进行了进一步精确计算;文献[4]则把AC/DC变换器谐波分析中常用的调制理论法[5,6]用于迭代谐波分析(IHA)法中形成一种新的调制迭代谐波分析法,解决电网谐波分析中交直流接口问题。现在文献的研究点主要体现在以下2点:

a.研究AC/DC变换器的换相重叠角以及触发角对变换器谐波的影响;

b.把AC/DC变换器的谐波模型用于谐波分析法中形成新的算法。

但是还没有文献对变换器本身的谐波分析函数的性质进行研究,并利用这些性质对算法进行简化,从而对谐波产生机理进行研究。

现利用调制理论法对典型的AC/DC变换器进行了谐波分析。在对称情况下,对开关函数的各项和交流电源的谐波畸变分别进行序特性分析,并利用三相正、负序分量的特点,对变换器的谐波传播规律进行归纳总结;而不对称情况下,则通过派克变换把开关函数或者交流电压分解成相应的正、负及零序分量,利用对称情况下的规律分别进行谐波分析。该方法可大幅简化谐波计算,并能从中研究其谐波产生机理。最后,对交流电源带4次谐波畸变、电源三相供电不平衡以及变换器触发脉冲不平衡3种情况进行了分析,并与时域仿真进行比较,结果表明此方法的正确性和有效性。

1 6脉波AC/DC变换器的谐波简化分析

以6脉波整流电路为例,调制理论分析法的基本思想是:设换流器交流侧的三相电压和直流侧电压分别为ua、ub、uc和udc,换流器每相的电压开关函数为Sua、Sub、Suc(上臂开关导通S=1,下臂开关导通S=-1),则电压从换流器交流侧向直流侧传递的过程可以描述为[6]

图1为电压、电流调制函数示意图,其中,α为电压函数的初相角,μ为换相重叠角。如果忽略换相重叠角,则变换器电压和电流开关函数如图1(a)所示,而考虑换相重叠角时其电压调制函数如图1(b)所示。

对开关函数S进行傅里叶分解可得:

同理,

其中,Cn为开关函数的系数,忽略重叠角时Cn=1,考虑重叠角时Cn=cos(nμ/2)。

对6脉波电路而言,其调制函数包含6n±1次谐波,对比Sua、Sub,、Suc的各个相应的项,还可以看到6n+1次谐波项体现的是正序特性,6n-1次谐波项体现的是负序特性。

而在对称情况下交流电源(ua、ub、uc)的各次谐波也有一定的相序特性(1、4、7、10等次谐波体现正序特性,2、5、8、11等次谐波体现负序特性,3、6、9等次谐波体现零序特性)。

把式(2)(3)(4)代入式(1)得:

把各项计算结果综合起来就可以得到最终的直流电压的谐波次数和谐波含量,当交流电源的幅值为U,角频率为ω1,而调制函数的系数为C,角频率为ω2时,通过计算可得到如下规律性的结论:

a.交流电源和调制函数相序相同时,它们相乘得到相量的频率为两者之差即ω1-ω2,幅值为3 UC/2;

b.交流电源和调制函数相序不同时,它们相乘得到相量的频率为两者之和即ω1+ω2,幅值相同也为3UC/2;

c.而零序电压不能通过变换器,不论调制函数的相序是正或是负,它们调制得到相量的幅值都为0。

把各项相乘的结果综合起来就可以得到最终直流电压的谐波次数以及各次数的谐波含量,这种规律的获得不但可以更加简化谐波计算,而且有利于更进一步了解变换器的谐波传递规律。

而在不对称情况下,如果是交流电压不对称则可以通过派克变换变成相应次数的正、负及零序分量,并分别进行分析;如果是由于线路原因引起变换器开关函数的不对称,也可以采用派克变换进行分项计算,文章最后的算例就对电源谐波畸变、电源不对称和变换器不对称分别进行了分析。

类似地,若换流器交流侧的三相电流和直流侧电流分别为ia、ib和idc,换流器每一相的电流开关函数为Sia、Sib、Sic,电流开关函数如图1(c)所示,其频域表达式与式(2)～(4)相同,只是各项系数不同Cn=sin(n/μ/2)/(nμ/2),则电流从换流器直流侧向交流侧传递的过程可以描述为

可以看到,当直流电流不存在纹波时,其通过变换器传递到交流侧的电流含有次数为6 n±1的谐波。

可见,如果已知换流器的三相供电电压,由电压调制函数可计算出直流电压,经傅里叶分解得到各次谐波电压分量,根据直流系统的谐波阻抗求出直流线路上的各次谐波电流,再由电流调制函数可以得到注入交流系统的各相谐波电流。

2 仿真和计算结果分析

本文对电源对称无畸变、交流电源带4次谐波畸变、电源三相不平衡及变换器触发脉冲不平衡4种情况进行了谐波分析(未给出第1种情况的仿真图)。

计算和仿真系统的基波频率:f=60 Hz,对其1000 Hz以内的谐波进行分析,为了计算的可比性,文中畸变和不对称情况都设置较大。其中,4次谐波畸变采用的是幅值为基波幅值10%的畸变;电源不平衡情况设置为Ubm=0.9Uam,Ucm=1.1Uam;三相触发脉冲不对称设置a相的2个晶闸管均延迟6°,这样a相开关函数的正、负脉冲宽度均减小6°,而比其超前的c相正、负脉冲宽度均增加6°,而比其滞后的b相不变。图2、3、4分别为4次谐波畸变、电源不平衡以及三相触发脉冲不对称时的仿真图。

文章针对谐波畸变、电源不平衡以及触发角不对称3种特殊情况,利用前面归纳的简化算法进行了算法编写分析其谐波状况,并且与电源对称无畸变时的谐波情况进行了比较,表1给出的是各种情况下简化算法和仿真结果的对比,其中数据表格里上面一行的数据为直流侧电压的谐波含量对照表,下面一行的数据为交流端a相电流的谐波含量对照表(表中n为谐波次数)。

从表中可以看出:

a.计算与仿真结果相互吻合;

b.各种情况下,其直流电压最大含量的谐波次数为6,而交流电流最大谐波次数为5;

c.4次谐波畸变,会附加产生3、6、9等次直流谐波电压,从而会产生2、4、8、10等次的交流谐波电流,其余的各次谐波畸变可具体分析;

d.电源三相不平衡以及变换器触发脉冲不平衡时的直流电压和交流电流的谐波次数是相同的,只是其含量不一样,实际上无论是电源不对称还是线路或控制引起的变换器不对称,一般都会在交流侧产生3、9、15等次的谐波电流。

3 结语

提出了一种AC/DC变换器的谐波简化分析方法,此方法利用序相量的特性,采用调制分析法对6脉波AC/DC变换器进行了谐波简化计算,并对电源带谐波畸变和不对称以及变换器不对称各种情况进行了分析,得出了许多有益的结论,通过与仿真结果对比验证了此方法的有效性和正确性。该方法不但能简化变换器的谐波计算,更重要的是能从这种方法中研究变换器的谐波产生机理。另外,本文介绍的方法同样可以推广到12脉波或更高脉波变换器中,但是对单相电路并不适用。

摘要：以6脉波AC/DC变换器为例，采用调制理论法对其进行了谐波分析，针对变换器输入电压以及开关函数，分别对它们进行了序量分解以及序特性分析，并在此基础上利用三相序量乘积特性对变换器的谐波计算进行了有效简化。利用简化方法对变换器直流侧电压以及交流侧电流进行了谐波分析，并且与仿真结果进行比较，分析情况包括：电压无畸变、输入电压不平衡、电压畸变以及开关函数不平衡。结果表明当存在电压谐波畸变时会根据畸变次数不同产生不同次谐波电流，而当系统出现电源不对称或者开关不对称情况时，都会在其交流侧产生3、9、15等次谐波。该方法适用的范围广，简单易行，可推广到12脉波或更高脉波变换器中，但是对单相电路并不适用。

关键词：调制理论法,序特性,AC/DC变换器,谐波分析

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AC/DC开关电源 第7篇

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