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、開kai關guan型xing。在zai這zhe裏li，我wo們men采cai用yong的de是shi大da功gong率lv補bu償chang型xing作zuo為wei穩wen壓ya部bu分fen的de主zhu電dian路lu，利li用yong繼ji電dian器qi改gai變bian自zi耦ou變bian壓ya器qi抽chou頭tou的de方fang法fa，來lai給gei補bu償chang變bian壓ya器qi提ti供gong初chu級ji電dian壓ya。其qi中zhong，互hu補bu開kai關guan組zu合he陣zhen列lie采cai用yong的de是shi繼ji電dian器qi並bing聯lian式shi接jie法fa。
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。
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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4-2weigonglvbuchangdanyuanzhongdejidianqiyuqiduiyingdekaiguanhubudianludegongzuoboxinghegongzuoshixuguanxi，congzhongwomenkeyizhidao，kaiguanhubudianlushizaijidianqidongzuozhiqianxiandaotong，zaijidianqiwanchengdongzuohouzaiguanduan，zheshikaiguanhubushijiaoliuwenyadianyuanchenggongdeguanjiansuozai。

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）之zhi前qian
，先xian讓rang開kai關guan互hu補bu電dian路lu工gong作zuo

，待dai繼ji電dian器qi工gong作zuo穩wen定ding後hou，再zai斷duan開kai關guan互hu補bu電dian路lu，這zhe是shi控kong製zhi的de關guan鍵jian所suo在zai
，否fou則ze開kai關guan補bu式shi交jiao流liu穩wen壓ya器qi將jiang失shi去qu意yi義yi。為wei及ji時shi判pan斷duan繼ji電dian器qi的de切qie換huan狀zhuang態tai
，特te設she計ji了le雙shuang光guang耦ou補bu償chang型xing電dian路lu，實shi現xian信xin號hao的de鎖suo定ding，以yi便bian於yu單dan片pian機ji的de正zheng確que判pan定ding。表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2秒miao後hou，進jin行xing輸shu入ru電dian壓ya檢jian測ce，若ruo輸shu入ru電dian壓ya在zai允yun許xu範fan圍wei內nei，則ze根gen據ju電dian壓ya值zhi進jin行xing相xiang應ying的de電dian壓ya補bu償chang
，否fou則ze補bu償chang電dian路lu不bu進jin行xing任ren何he動dong作zuo
，但dan要yao相xiang應ying的de聲sheng光guang告gao警jing；dianyatiaozhengwanbidadaoshuchubiaozhunhou，zidongheshangshuchujiaoliujiechuqi，xitongzhengchangshuchu。cishi，danpianjiduishuchudianyajinxingguoyajiance，yidanshuchudianyaguogao，zeqieduanshuchu
，yifangshuchudianyaguogaoeryingxiangfuzaigongzuo，zaidianyahuifuzhengchanghou
，zidonghezha
，shuchudianya。danpianjihaiduishurudianyajinxingshishijiance，zhiyaoshidianfashengbianhua
，jiujinruxiangyingdedianyabuchangzichengxu，duibuchangdianyajinxingtiaozheng。qiliuchengtujiantu5。 [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。