專利名稱：變頻恒電位儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種整流設(shè)備，特別是一種在主電路中用變頻器代替變壓器、可控硅、二極管整流的變頻恒電位儀。
背景技術(shù)：
目前市場上銷售和通常使用的陰極保護(hù)恒電位儀的主電路都是采用大功率變壓器，經(jīng)過變壓器后由可控硅和二極管整流，將交流變成直流而形成。這種恒電位儀的不足之處，一是當(dāng)負(fù)載較小時，可控硅導(dǎo)通角很小，產(chǎn)生尖端脈沖，紋波系數(shù)較大；二是穩(wěn)定性較差；三是重量大。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種技術(shù)性能高、重量清、造價低的變頻恒電位儀。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種變頻恒電位儀，包括控制系統(tǒng)和主電路系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由穩(wěn)壓電源和比較器組成，用于采集給定信號和參比信號，并對之進(jìn)行比較，將比較結(jié)果送給主電路，其特征在于主電路包括交流電源1、一次AC/DC轉(zhuǎn)換2、變頻振蕩逆變3、脈寬調(diào)制4、二次AC/DC轉(zhuǎn)換5、DC/DC降壓系統(tǒng)6、濾波7、直流輸出8。
變頻振蕩逆變3部分設(shè)有控制電路9和因數(shù)校正線路10。
脈寬調(diào)制4部分設(shè)有電壓調(diào)節(jié)11和保護(hù)線路12。
本實(shí)用新型根據(jù)逆變電路原理，用振蕩器和變頻器等做成的開關(guān)電源，代替了傳統(tǒng)型的變壓器、可控硅、二極管組成的主電路，較現(xiàn)有恒電位儀有更加完備的特性，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面1.整套設(shè)備的性能更加穩(wěn)定、可靠；2.直流輸出的紋波系數(shù)非常小，幾乎可以忽略不計；3.提高效率，節(jié)約電能10％以上；4.重量與同功率的恒電位儀比較，減輕50％；5.設(shè)備造價降低10％左右。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1為本實(shí)用新型的主電路流程方框圖。
圖2為主電路原理圖圖3為有源功率因數(shù)校正電路圖圖4為大功率開關(guān)電源控制的電氣原理圖圖5為保護(hù)電路圖
圖1中1.交流電源、2.一次AC/DC轉(zhuǎn)換、3.變頻振蕩逆變、4.脈寬調(diào)制、5.二次AC/DC轉(zhuǎn)換、6.DC/DC降壓系統(tǒng)、7.濾波、8.直流輸出、9.控制電路、10.有源功率因數(shù)校正、11.電壓調(diào)節(jié)、12.保護(hù)線路。
具體實(shí)施方式
如
圖1所示，本實(shí)用新型電路包括交流電源1、一次AC/DC轉(zhuǎn)換2、變頻振蕩逆變3、脈寬調(diào)制4、二次AC/DC轉(zhuǎn)換5、DC/DC降壓系統(tǒng)6、濾波7、直流輸出8。這是整個系統(tǒng)的主電路，一次AC/DC轉(zhuǎn)換2是這個變頻器的核心。為了實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的穩(wěn)妥可靠，對系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)變頻振蕩逆變3設(shè)有控制電路9和因數(shù)校正線路10，這兩部分是為了保證能有效產(chǎn)生高頻振蕩和逆變。脈寬調(diào)制4部分設(shè)有和保護(hù)線路12，電壓調(diào)節(jié)11是為保證脈寬調(diào)制大小所設(shè)的線路，保護(hù)線路12是防止整個變頻器損壞，重點(diǎn)是保護(hù)脈寬調(diào)制。
當(dāng)本裝置與恒電位儀控制電路相聯(lián)接時，裝置啟動。220VDC電壓經(jīng)過一次AC/DC轉(zhuǎn)換2轉(zhuǎn)換，通過高頻振蕩逆變3產(chǎn)生逆變電壓，再經(jīng)脈寬調(diào)制4進(jìn)行脈寬調(diào)節(jié)后，進(jìn)行二次AC/DC轉(zhuǎn)換5轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換出來的DC電壓經(jīng)DC/DC降壓系統(tǒng)6降壓到所需的電壓，該電壓經(jīng)過濾波7直接送到直流輸出8。
本實(shí)用新型變頻恒電位儀采用了有源功率因數(shù)校正技術(shù)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高功率因數(shù)。DC/DC主電路采用電流型PWM芯片VC3846控制的半橋變換器和一種新的IGBT驅(qū)動電控系統(tǒng)。
本實(shí)用新型采用了AC/DC/AC/DC兩次變換方案。一次整流后的直流電壓經(jīng)過有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，再經(jīng)半橋變換電路逆變后，由高頻變壓器隔離降壓，最后整流輸出直流電壓。系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)有DC/AC電路功率因數(shù)校正電路、PWM控制電路、電壓調(diào)節(jié)和保護(hù)電路等，分別介紹如下。
1)主電路系統(tǒng)圖2中V1、V2、C3、C4和高頻變壓器T1組成半橋式AC/DC變換電路，IGBT采用8KM75GB123D模塊，工作頻率定在30KHz。高頻變壓器采用EE85B磁芯，采用三段式方法繞制，以減小漏感。整流二極管采用快速二極管，以減小其反向恢復(fù)時間對輸出的影響，R1、C1、R2、C2為并在IGBT兩端的吸收電路，R3和R4起到保證電容C3及C4分壓均勻的作用。CT為初級電流檢測互感器，作為電流控制時的電流取樣用。為了防止電源在運(yùn)行過程中產(chǎn)生偏磁在原邊繞組串聯(lián)電容C5阻斷與不平衡伏秒值成正比的直流分量，平衡開關(guān)后每次不相等的伏秒值，C5采用CBB無感電容，變壓器副邊與D1、D2采用全波整流加上兩極C-C濾波以滿足低輸出紋波的要求，電阻R7及R8為輸出電壓反饋采樣電阻。
2)有源功率因數(shù)校正系統(tǒng)整個系統(tǒng)的功率因數(shù)要求在0.9以上，為此采用VC3854控制芯片組成功率因數(shù)電路。這種控制芯片采用平均電流控制，功率因數(shù)接近1.0，限制電網(wǎng)電流失真≤3％，圖3是由VC3854控制的有源功率因數(shù)校正電路。
該電路由兩部分組成，VC3854及外圍元器件構(gòu)成控制部分實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)側(cè)輸入電流和輸出電壓的控制。功率部分由L2等元器件構(gòu)成Boost升壓電路，開關(guān)管V選擇8KM75GB123D模塊，其工作頻率選在35KHz、電感L2為2mH/20 C5采用四個450V/470μF的電解電容并聯(lián)。設(shè)計的PFC電路主要是用在大功率DC/DC電路中。所以在負(fù)載輕時不進(jìn)行功率因數(shù)校正，當(dāng)負(fù)載較大時功率因數(shù)校正電路自動投入使用，一部分控制由圖3中的比較器部分來實(shí)現(xiàn)。R10、R11是負(fù)載檢測電阻，當(dāng)負(fù)載增加時通過比較器，使其輸出端為低電平，D2導(dǎo)通，給ENA(10腳)低電平使VC3854封鎖。在負(fù)載較大時ENA為高電平才讓VC3854工作，D3接到SS(13腳)軟啟動端，在負(fù)載輕時D3導(dǎo)通使SS為低電平，當(dāng)負(fù)載增大要求VC3854工作時，SS端電位從零緩慢開啟控制輸出脈沖與空比慢慢增大實(shí)現(xiàn)軟啟動。
3)控制電路系統(tǒng)系統(tǒng)的PWM部分采用電流控制芯片Vc3846組成波動波形產(chǎn)生電路，圖4是大功率開關(guān)電源的PWM控制的電氣原理圖。
R1和C2組成Vc3846的振蕩器，振蕩頻率為f=2.2R1C1]]>為了防止兩開關(guān)管的三通，要設(shè)定兩路輸出都關(guān)斷的“死區(qū)時間”，由電振蕩鋸齒波的下降所決定，從8腳經(jīng)R2及C1到4腳SEV1作為電流控制的采波補(bǔ)償，以有效地防止諧波振蕩。主電路信號經(jīng)電流互感器CT，橋式整流和阻容濾波后作為VC3846的電流反饋信號，VC3846對電流放大器的輸出電壓脈沖與最大電流限制值，(由電壓和電壓誤差放大器的輸出電壓確定)逐個地進(jìn)行比較，當(dāng)脈沖開關(guān)電流超過最大電流限制時，VC3846將封鎖輸出脈沖，限制了開關(guān)電路源的最大輸出電流，C5為實(shí)現(xiàn)軟啟動的電容，VC3846的1腳電位低于0.5V時無脈寬輸出，在1腳接電容到地，開機(jī)后隨著電容充電電容電壓高于0.5V時有脈寬輸出，并隨著電容電壓的升高脈沖逐漸變寬，完成軟啟動功能。
圖4所采用的驅(qū)動電路具有開關(guān)頻率高、驅(qū)動功率大、結(jié)構(gòu)簡單，具有負(fù)壓關(guān)斷的特點(diǎn)，V1～V4、D2～D5構(gòu)成了脈沖變壓器驅(qū)動電路，適用于驅(qū)動大功率的IGBT，D1和D6有利于V1～V4的關(guān)斷。當(dāng)Pwm1為高電平，Pwm2邊低電平時，V1和V4導(dǎo)通；當(dāng)Pwm1和Pwm2均為低電平時，變壓器中由于偏感儲存的的能量通過D5和D4進(jìn)行續(xù)流，使A1點(diǎn)電位降至-0.7V，雖然這時Pwm1為低電平，但V1再次導(dǎo)通，則V1處于高頻通斷狀態(tài)而易燒毀Pwm2由高電平向低電平轉(zhuǎn)換。V2存在同樣情況，加入D6可以使續(xù)流時A點(diǎn)電位控制在OV，從而有利V1或V2的關(guān)斷。同理D1的作用是利于V3或V4的關(guān)斷。
4)保護(hù)電路的設(shè)計圖5是系統(tǒng)的保護(hù)電路。主要是控制VC3846來停止半橋變換器工作。VC3846 16腳SHDTDW為關(guān)斷控制腳，當(dāng)出現(xiàn)過/欠壓或過流時不使V1或V2導(dǎo)通，D1或D2導(dǎo)通，則16腳為高電平使VC3846的1腳經(jīng)之報告V1接地，當(dāng)發(fā)生過/欠壓時D1導(dǎo)通使16腳為高電平，在VC3846關(guān)斷的同時，V1導(dǎo)通將VC3846內(nèi)部16腳所接的晶閘管短接，使其承受負(fù)壓關(guān)斷。這樣在過/欠壓解除后，VC3846能夠重新輸出脈沖使變換器能夠工作。而在過流、過載情況出現(xiàn)時VC3846封鎖輸出脈沖，在封鎖解除時脈沖不能恢復(fù)。
權(quán)利要求1.一種變頻恒電位儀，包括控制系統(tǒng)和主電路系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由穩(wěn)壓電源和比較器組成，用于采集給定信號和參比信號，并對之進(jìn)行比較，將比較結(jié)果送給主電路，其特征在于主電路包括交流電源(1)、一次AC/DC轉(zhuǎn)換(2)、變頻振蕩逆變(3)、脈寬調(diào)制(4)、二次AC/DC轉(zhuǎn)換(5)、DC/DC降壓系統(tǒng)(6)、濾波(7)、直流輸出(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻恒電位儀，其特征在于變頻振蕩逆變(3)部分設(shè)有控制電路(9)和因數(shù)校正線路(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變頻恒電位儀，其特征在于脈寬調(diào)制(4)部分設(shè)有電壓調(diào)節(jié)(11)和保護(hù)線路(12)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于一種整流設(shè)備，特別是一種在主電路中用變頻器代替變壓器、可控硅、二極管整流的變頻恒電位儀，包括控制系統(tǒng)和主電路系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由穩(wěn)壓電源和比較器組成，用于采集給定信號和參比信號，并對之進(jìn)行比較，將比較結(jié)果送給主電路，主電路包括交流電源(1)、一次AC/DC轉(zhuǎn)換(2)、變頻振蕩逆變(3)、脈寬調(diào)制(4)、二次AC/DC轉(zhuǎn)換(5)、DC/DC降壓系統(tǒng)(6)、濾波(7)、直流輸出(8)；變頻振蕩逆變(3)部分設(shè)有控制電路(9)和因數(shù)校正線路(10)；脈寬調(diào)制(4)部分設(shè)有電壓調(diào)節(jié)(11)和保護(hù)線路(12)。本實(shí)用新型更加穩(wěn)定、可靠；直流輸出紋波系數(shù)非常小，幾乎可以忽略不計；節(jié)約、重量輕、設(shè)備造價低。
文檔編號C23F13/00GK2725311SQ20042008886
公開日2005年9月14日 申請日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
發(fā)明者史維良, 李東澤 申請人:大慶鑫禹昂防腐工程技術(shù)有限責(zé)任公司