專(zhuān)利名稱：一種調(diào)壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種調(diào)壓電路，尤其是一種應(yīng)用于交流電壓供電系統(tǒng)的調(diào)壓電路， 屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
調(diào)壓電路被普遍運(yùn)用在交流電壓供電系統(tǒng)中，目前的調(diào)壓電路主要有可控硅相控調(diào)壓、自耦降壓式調(diào)控、采用IGBT脈寬調(diào)制降壓。然而這幾種調(diào)壓方法都存在著一些不足之處。(1)可控硅相控調(diào)壓采用可控硅斬波原理，通過(guò)控制晶閘管(可控硅)的導(dǎo)通角， 將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，從而降低了輸出電壓的平均值，達(dá)到控壓節(jié)電的目的。該種調(diào)控設(shè)備對(duì)照明系統(tǒng)的電壓可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，速度快，精度高，可分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整，有穩(wěn)壓作用。并且還具有體積小、設(shè)備輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是該調(diào)壓方式存在一個(gè)嚴(yán)重缺陷由于斬波，不但使電壓波形失真不對(duì)稱，同時(shí)出現(xiàn)大量諧波，造成對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波污染，雖然可以加裝濾波設(shè)備解決該問(wèn)題，但是成本太高，不經(jīng)濟(jì)。(2)自耦降壓式調(diào)控它包括固定抽頭和連續(xù)調(diào)節(jié)兩種方式。它與普通變壓器的區(qū)別在于，自耦變壓器的一、二次側(cè)線圈不僅有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系，所以在輸出電壓調(diào)節(jié)范圍不大時(shí)它的容量比較小，耗材少，造價(jià)低，效率高。它最大的優(yōu)點(diǎn)是克服了可控硅斬波型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實(shí)現(xiàn)了電壓的正弦波輸出，結(jié)構(gòu)和功能都很簡(jiǎn)單，可靠性也比較高。但兩種方式都存在著各自的缺陷，固定抽頭式的降低電壓是固定值，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，無(wú)法起到對(duì)電光源的保護(hù)作用，還會(huì)降低燈具壽命。而連續(xù)調(diào)節(jié)型降壓器由于成本較高，大規(guī)模的推廣，還是有一定的困難。(3)采用IGBT脈寬調(diào)制降壓該種方法主要通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的頻率以使輸出電壓的有效值降低達(dá)到降壓的目的，可以無(wú)級(jí)調(diào)整，輸出電壓波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，但需要濾波。 當(dāng)控制電壓為一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，并且按照一定的規(guī)則對(duì)各脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，便可以得到相應(yīng)的輸出電壓。此時(shí)電路輸出的波形為被高頻脈沖切割后的電壓波形，為了得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，并且減小高頻分量對(duì)電源質(zhì)量的影響，分別在電路的輸入和輸出端串聯(lián)一個(gè)大電感(在電力電子中也稱之平波電抗器)進(jìn)行平波。該種方法雖然解決了可控硅相控調(diào)壓波形輸出失真不對(duì)稱問(wèn)題，也避免了自耦降壓價(jià)格高問(wèn)題，但是仍然存在高次諧波等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種調(diào)壓電路，通過(guò)對(duì)輸入的正弦波電壓進(jìn)行半周期對(duì)稱斬波，改變電壓過(guò)零點(diǎn)，控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)降低輸出電壓的有效值，達(dá)到降壓的目的。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種調(diào)壓電路，包括電源電路、同步信號(hào)獲取電路、微處理器和負(fù)載，還包括波形采集電路，依次串聯(lián)連接的第一光耦隔離電路、第一驅(qū)動(dòng)電路、第一開(kāi)關(guān)電路，依次串聯(lián)連接的第二光耦隔離電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第二開(kāi)關(guān)電路；所述電源電路、同步信號(hào)獲取電路和波形采集電路與微處理器相連接， 所述微處理器分別連接第一光耦隔離電路和第二光耦隔離電路；所述波形采集電路還與第一開(kāi)關(guān)電路相連接；所述第一開(kāi)關(guān)電路和第二開(kāi)關(guān)電路連接后與負(fù)載相串聯(lián)。前述的一種調(diào)壓電路，其特征在于所述第一光耦合電路包括光耦隔離器TO、電阻R5和電阻R7 ；光耦隔離器TO的發(fā)光二極管的輸入端RDtl連接微處理器的I/O 口，輸出端串聯(lián)電阻R5后接地；光耦隔離器U5的三極管的集電極連接電源，發(fā)射級(jí)串聯(lián)電阻R7后接地。前述的一種調(diào)壓電路，其特征在于所述第一驅(qū)動(dòng)電路包括三級(jí)管QQ1N1、電容 Cil、相并聯(lián)的電阻RMl和電容CJ1、相并聯(lián)的RM3和電容CJ3 ；所述三級(jí)管QQmi的集電極分別連接電阻RMl、電容CJl、電阻RM3、電容CJ3，發(fā)射集接地，基極連接光耦隔離器U5的三級(jí)管的發(fā)射集；電容Ci3與三極管QQmi的集電極和發(fā)射極相連接。前述的一種調(diào)壓電路，其特征在于所述第一開(kāi)關(guān)電路包括場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl和 M0SI2 ；場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl的源極和漏極分別與場(chǎng)效應(yīng)管M0SI2的源極和漏極相連接；場(chǎng)效應(yīng)管MOSI1的柵極連接電阻RMl和電容CJl，場(chǎng)效應(yīng)管M0SI2的柵極連接電阻RM3和電容CJ3。前述的一種調(diào)壓電路，其特征在于所述波形采集電路包括電阻Radl、電容C11、 穩(wěn)壓管DD3 ；電阻Radl的一端連接場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl的漏極和微處理器的A/D端，另一端連接第二開(kāi)關(guān)電路的GND端；所述電容Cll與穩(wěn)壓管DD3串聯(lián)后與電阻Radl并聯(lián)。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)變過(guò)零點(diǎn)斬波降壓，具體是通過(guò)對(duì)輸入的正弦波電壓進(jìn)行半周期對(duì)稱斬波，改變電壓過(guò)零點(diǎn)，控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的有效值降低， 達(dá)到降壓的目的，該種降壓方式優(yōu)點(diǎn)在于輸出波形對(duì)稱、沒(méi)有高次諧波、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單并且可以對(duì)電壓進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)整。


圖1是調(diào)壓電路原理框圖2是調(diào)壓電路的主電路連接示意圖； 圖3是變過(guò)零點(diǎn)斬波降壓控制原理圖； 圖4是調(diào)壓原理圖； 圖5是同步信號(hào)波形示意圖； 圖6是光耦產(chǎn)生同步信號(hào)示意圖； 圖7是穩(wěn)壓二極管產(chǎn)生同步信號(hào)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1和圖2所示，一種調(diào)壓電路，包括電源電路、同步信號(hào)獲取電路、微處理器和負(fù)載，還包括波形采集電路，依次串聯(lián)連接的第一光耦隔離電路、第一驅(qū)動(dòng)電路、第一開(kāi)關(guān)電路，依次串聯(lián)連接的第二光耦隔離電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第二開(kāi)關(guān)電路；所述電源電路、同步信號(hào)獲取電路和波形采集電路與微處理器相連接，所述微處理器分別連接第一光耦隔離電路和第二光耦隔離電路；所述波形采集電路還與第一開(kāi)關(guān)電路相連接；所述第一開(kāi)關(guān)電路和第二開(kāi)關(guān)電路連接后與負(fù)載相串聯(lián)。所述第一光耦合電路包括光耦隔離器TO、電阻R5和電阻R7 ；光耦隔離器TO的發(fā)光二極管的輸入端RDq連接微處理器的I/O 口，輸出端串聯(lián)電阻R5后接地；光耦隔離器TO 的三極管的集電極連接電源，發(fā)射級(jí)串聯(lián)電阻R7后接地。所述第二光耦合電路包括光耦隔離器U6、電阻R6和電阻R8 ；光耦隔離器U6的發(fā)光二極管的輸入端RD1連接微處理器的I/O 口，輸出端串聯(lián)電阻R6后接地；光耦隔離器TO 的三極管的集電極連接電源，發(fā)射級(jí)串聯(lián)電阻R8后接地。所述第一驅(qū)動(dòng)電路包括三級(jí)管QQlNl、電容Cil、相并聯(lián)的電阻RMl和電容CJl、 相并聯(lián)的冊(cè)3和電容CJ3 ；所述三級(jí)管QQmi的集電極分別連接電阻RM1、電容CJ1、電阻 RM3、電容CJ3，發(fā)射集接地，基極連接光耦隔離器TO的三級(jí)管的發(fā)射集；電容Ci3與三極管 QQlNl的集電極和發(fā)射極相連接。所述第二驅(qū)動(dòng)電路包括三級(jí)管QQ1N2、相并聯(lián)的電阻RM2和電容CJ2、相并聯(lián)的RM4 和電容CJ4 ；所述三級(jí)管QQ1N2的集電極分別連接電阻RM2、電容CJ2、電阻冊(cè)4、電容CJ4， 發(fā)射集接地，基極連接光耦隔離器TO的三級(jí)管的發(fā)射集。所述第一開(kāi)關(guān)電路包括場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl和M0SI2 ；場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl的源極和漏極分別與場(chǎng)效應(yīng)管M0SI2的源極和漏極相連接；場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl的柵極連接電阻RMl和電容 CJl，場(chǎng)效應(yīng)管M0SI2的柵極連接電阻RM3和電容CJ3。所述第二開(kāi)關(guān)電路包括場(chǎng)效應(yīng)管M0S01和M0S02 ；場(chǎng)效應(yīng)管M0S01的源極和漏極分別與場(chǎng)效應(yīng)管M0S02的源極和漏極相連接；場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl的柵極連接電阻RM2和電容 CJ2，場(chǎng)效應(yīng)管M0S02的柵極連接電阻RM4和電容CJ4。所述波形采集電路包括電阻Radl、電容C11、穩(wěn)壓管DD3 ；電阻Radl的一端連接場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl的漏極和微處理器的A/D端，另一端連接第二開(kāi)關(guān)電路的場(chǎng)效應(yīng)管M0S01的漏極；所述電容Cll與穩(wěn)壓管DD3串聯(lián)后與電阻Radl并聯(lián)。交流電壓由第一開(kāi)關(guān)電路的輸入端流入經(jīng)第一開(kāi)關(guān)電路后通過(guò)波形采集電路Rdl 接到第二開(kāi)關(guān)電路，再經(jīng)第二開(kāi)關(guān)電路輸出端流出接到負(fù)載端。變過(guò)零點(diǎn)斬波降壓控制的原理圖如圖3所示，將一對(duì)開(kāi)關(guān)管串聯(lián)在電壓輸入兩端，確保開(kāi)關(guān)穩(wěn)定，控制電壓與正弦波同步，周期為正弦波的一半，通過(guò)對(duì)控制電壓的調(diào)制斬去正弦波過(guò)零點(diǎn)兩側(cè)的電壓，如圖4陰影部分所示，便可以得到相應(yīng)的輸出電壓。假定電網(wǎng)電壓有效值為U1，當(dāng)電路中的觸發(fā)角為α?xí)r，經(jīng)過(guò)斬波以后的電壓有效值UO為
控制觸發(fā)角α的大小可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓Uo大小的芟化。為了證明該技術(shù)在理論上是可行的，用仿真軟件進(jìn)行了仿真，通過(guò)圖形對(duì)比和電壓的有效值的仿真計(jì)算可以得出以下幾個(gè)結(jié)論觸發(fā)角α越大，輸出電壓值越低。 在本發(fā)明中，MOSFET控制電壓中的觸發(fā)角α是以場(chǎng)效應(yīng)管的自然換相點(diǎn)為計(jì)量起點(diǎn)的角度。自然換相點(diǎn)取決于加在場(chǎng)效應(yīng)管兩端的交流電源電壓，因此，為了保證正確的相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)控制，在觸發(fā)電路中必須引入與電網(wǎng)電壓嚴(yán)格同步的基準(zhǔn)信號(hào)，即同步信號(hào)。具體波形與角度對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5所示。
由圖5可知，同步信號(hào)和觸發(fā)角度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)捕捉到同步信號(hào)的上升沿時(shí)，以此時(shí)刻為基準(zhǔn)，后移的角度α為觸發(fā)脈沖。這樣，保證了在每個(gè)周期內(nèi)均有相同的相位關(guān)系。本發(fā)明采用了兩種產(chǎn)生同步信號(hào)的方法，分別為光耦產(chǎn)生同步信號(hào)和穩(wěn)壓二極管產(chǎn)生同步信號(hào)，具體實(shí)現(xiàn)方式如下
(1)光耦產(chǎn)生同步信號(hào)
同步信號(hào)獲取電路如圖6所示，將電網(wǎng)電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)限流電阻，使用光耦進(jìn)行電壓隔離，在輸出端連接一個(gè)上拉電阻。在正弦交流電壓信號(hào)的正半周，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光耦輸出低電平，在負(fù)半周輸出高電平。光耦輸出信號(hào)的下降沿就是同步信號(hào)的正過(guò)零時(shí)刻；
(2)穩(wěn)壓二極管產(chǎn)生同步信號(hào)
同步信號(hào)產(chǎn)生電路如圖7所示，二極管DD2與穩(wěn)壓管DDl并聯(lián)后連接交流電源，穩(wěn)壓管 DDl上還并聯(lián)有一個(gè)濾波電容⑶1。當(dāng)L端處于正半周時(shí)，二極管DD2截止，DDl起穩(wěn)壓作用，INT端為恒定的電壓(高電平)，當(dāng)L端處于負(fù)半周時(shí)，二極管DD2導(dǎo)通，INT端與地相連 (低電平)，從而使在一個(gè)周期內(nèi)INT端出現(xiàn)方波，即同步信號(hào)。并通過(guò)濾波電容器，防止外界干擾對(duì)INT產(chǎn)生影響。綜上所述，本發(fā)明提供的一種調(diào)壓電路，通過(guò)變過(guò)零點(diǎn)斬波降壓，具體是通過(guò)對(duì)輸入的正弦波電壓進(jìn)行半周期對(duì)稱斬波，改變電壓過(guò)零點(diǎn)，控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的有效值降低，達(dá)到降壓的目的，該種降壓方式優(yōu)點(diǎn)在于輸出波形對(duì)稱、沒(méi)有高次諧波、 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單并且可以對(duì)電壓進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)壓電路，包括電源電路、同步信號(hào)獲取電路、微處理器和負(fù)載，其特征在于 還包括波形采集電路，依次串聯(lián)連接的第一光耦隔離電路、第一驅(qū)動(dòng)電路、第一開(kāi)關(guān)電路， 依次串聯(lián)連接的第二光耦隔離電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第二開(kāi)關(guān)電路；所述電源電路、同步信號(hào)獲取電路和波形采集電路與微處理器相連接，所述微處理器分別連接第一光耦隔離電路和第二光耦隔離電路；所述波形采集電路還與第一開(kāi)關(guān)電路相連接；所述第一開(kāi)關(guān)電路和第二開(kāi)關(guān)電路連接后與負(fù)載相串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種調(diào)壓電路，其特征在于所述第一光耦合電路包括光耦隔離器U5、電阻R5和電阻R7 ；光耦隔離器TO的發(fā)光二極管的輸入端RDtl連接微處理器的 I/O 口，輸出端串聯(lián)電阻R5后接地；光耦隔離器TO的三極管的集電極連接電源，發(fā)射級(jí)串聯(lián)電阻R7后接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種調(diào)壓電路，其特征在于所述第一驅(qū)動(dòng)電路包括三級(jí)管QQlNl、電容Cil、相并聯(lián)的電阻RMl和電容CJl、相并聯(lián)的RM3和電容CJ3 ；所述三級(jí)管 QQlNl的集電極分別連接電阻RMl、電容CJl、電阻RM3、電容CJ3，發(fā)射集接地，基極連接光耦隔離器U5的三級(jí)管的發(fā)射集；電容Ci3與三極管QQmi的集電極和發(fā)射極相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種調(diào)壓電路，其特征在于所述第一開(kāi)關(guān)電路包括場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl和M0SI2 ；場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl的源極和漏極分別與場(chǎng)效應(yīng)管M0SI2的源極和漏極相連接；場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl的柵極連接電阻RMl和電容CJl，場(chǎng)效應(yīng)管M0SI2的柵極連接電阻RM3 和電容CJ3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種調(diào)壓電路，其特征在于所述波形采集電路包括電阻 Radl、電容C11、穩(wěn)壓管DD3 ；電阻Radl的一端連接場(chǎng)效應(yīng)管MOSIl的漏極和微處理器的A/ D端，另一端連接第二開(kāi)關(guān)電路的GND端；所述電容Cll與穩(wěn)壓管DD3串聯(lián)后與電阻Radl并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種調(diào)壓電路，包括電源電路、同步信號(hào)獲取電路、微處理器和負(fù)載，還包括波形采集電路，依次串聯(lián)連接的第一光耦隔離電路、第一驅(qū)動(dòng)電路、第一開(kāi)關(guān)電路，依次串聯(lián)連接的第二光耦隔離電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第二開(kāi)關(guān)電路；所述電源電路、同步信號(hào)獲取電路和波形采集電路與微處理器相連接，所述微處理器分別連接第一光耦隔離電路和第二光耦隔離電路；所述波形采集電路還與第一開(kāi)關(guān)電路相連接；所述第一開(kāi)關(guān)電路和第二開(kāi)關(guān)電路連接后與負(fù)載相串聯(lián)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在諧波、成本高、不易推廣的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了輸出波形對(duì)稱、沒(méi)有高次諧波、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單并且可以對(duì)電壓進(jìn)行無(wú)極調(diào)整。
文檔編號(hào)H02M5/00GK102324854SQ20111028280
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者周忠冉, 張金波, 王昱, 王晶, 邵通廣 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)