本發(fā)明涉及一種穩(wěn)壓器，更具體的說，它涉及一種寬電壓輸入的交流穩(wěn)壓器，屬電力電子技術領域。

背景技術：

目前，大部分非洲落后地區(qū)以及巴基斯坦等國家普遍存在民用電壓不穩(wěn)定的問題，220伏的電網(wǎng)電壓只有160伏有時甚至低至130伏左右。在我國的山區(qū)或者偏遠的農(nóng)村也存在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)的現(xiàn)象。在電壓過低的情況下家用電器不能正常啟動，致使家電的故障率偏高，同時也嚴重影響人們的正常生活。

非洲有的地區(qū)電力供應不足，人均每天供電不足6小時，幾乎60％的用戶都配備了家用發(fā)電機，為冰箱、空調(diào)、電視機、洗衣機、電飯煲等家用電器提供電源。然而，由于發(fā)電機輸出電壓不穩(wěn)定嚴重影響了家電的正常使用，進而使發(fā)電機的故障率頗高。

傳統(tǒng)的交流穩(wěn)壓器大體上有下面幾種：滑動式交流穩(wěn)壓器、磁飽和式交流穩(wěn)壓器、步進式交流穩(wěn)壓器、磁放大器式交流穩(wěn)壓器等。傳統(tǒng)的交流穩(wěn)壓器存在以下不足：普遍穩(wěn)壓范圍較窄一般穩(wěn)壓范圍在20％左右，體積大、笨重等，不能滿足上述地區(qū)人們對供電的要求。

另外，傳統(tǒng)的交流穩(wěn)壓器功率因數(shù)較低只有65％左右，浪費能源，而且對電網(wǎng)的污染較大。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器，它包括交流寬電壓輸入的AC/DC開關電源單元、DC/AC正弦波輸出的逆變器單元；當所述交流寬電壓輸入的AC/DC開關電源輸出的直流電壓大于DC/AC正弦波逆變器輸出的交流電壓的峰值時，AC/DC開關電源的直流輸出端直接連接于DC/AC正弦波逆變器的輸入端；當所述交流寬電壓輸入的AC/DC開關電源輸出的直流電壓小于或等于DC/AC正弦波逆變器輸出的交流電壓的峰值時，AC/DC開關電源輸出的直流電壓經(jīng)過DC/DC升壓到大于DC/AC逆變 器輸出的交流電壓的峰值，再與DC/AC輸入端連接。

本發(fā)明還可以：它包含的AC/DC開關電源單元包括一個功率因數(shù)校正電路PFC；它包含的AC/DC變換單元包括功率開關電路和脈沖時間比例控制器；所述的脈沖時間比例控制器為脈寬調(diào)制PWM控制器；它包含的DC/AC正弦波逆變器單元包括逆變器主功率開關電路部分和正弦波脈寬調(diào)制SPWM控制電路。

本發(fā)明是將傳統(tǒng)的AC/DC開關電源和DC/AC逆變器進行改進組合形成的新的技術方案，利用AC/DC開關電源輸出直流穩(wěn)壓和DC/AC逆變器交流輸出穩(wěn)壓的特點以及優(yōu)選了時間比例控制芯片和功率因數(shù)校正控制器芯片，設計既能適應交流寬電壓輸入又可大幅度提高功率因數(shù)的拓撲電路。一般情況下開關電源是將電網(wǎng)交流電壓變換為低壓直流電，如DC5V、DC12V、DC24V、DC48V等，供直流用電器使用；而逆變器是將直流低電壓變換為交流電壓供交流用電器使用，例如車載逆變器是將汽車電瓶直流12V變換為交流220V，太陽能硅光電池輸出的直流低電壓變換為交流220V。

理論上逆變器的輸入直流電壓值須大于逆變器交流輸出電壓的峰值，例如逆變器的交流輸出電壓的有效值為220V時，直流輸入電壓至少要大于312V。即：

$V_{\mathrm{DCIN}}>V_{\mathrm{ACOUT}}\×\sqrt{2}$

一般需要在重載下穩(wěn)定運行時，應留有一定的余量，在220V_RMS交流輸出時，逆變器功率電源的輸入直流電壓應在330V～450V之間。

所以逆變器的前級開關電源輸出的直流電壓應符合這一要求，開關電源輸出的直流電壓應在DC330V～DC450V之間。

為此，本發(fā)明在AC/DC變換器單元設計了功率因數(shù)校正電路，采用功率因數(shù)校正控制器專用芯片可以滿足上述要求，它可以完成升壓變換器和校正功率因數(shù)所需的全部控制功能，在得到穩(wěn)定的400V直流電壓的同時使功率因數(shù)達到0.99以上，甚至接近1；控制精度高，開關噪音低，總諧波畸變THD低。該芯片不僅可以校正功率因數(shù)、將直流輸出電壓升壓至400V左右，還可以在很寬的范圍內(nèi)例如當交流輸入電壓在80V～270V之間變化時保持輸出直流電壓穩(wěn)定不變。

這里直流升壓電路還可以采用有隔離的高頻變壓器，也可以采用非隔離的Boost方式或者采用兩級變換器串聯(lián)的復合變換器。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明可在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)工作，例如85V～265VAC范圍內(nèi)正常工作；體積小、重量輕，輸出電壓也保持恒定；

2、本發(fā)明因為有功率因數(shù)校正功能，有源功率校正可得到0.99以上甚至接近1的功率因數(shù)，提高電能的傳輸效率，節(jié)約能源；

3、總諧波畸變THD低，校正的效果遠優(yōu)于歐洲的EN規(guī)范，對電網(wǎng)的干擾極小；

4、減少了供電電壓不穩(wěn)的地區(qū)用電器的故障率；

5、如果本發(fā)明作為家用發(fā)電機的一部分可提高發(fā)電機的功能和質(zhì)量，減少發(fā)電機的損壞率；

6、本發(fā)明解決了人們一直渴望解決的技術難題，應用了本發(fā)明在非常惡劣的供電環(huán)境下也能使家用電器正常使用，提高人們的生活質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明AC/DC-DC/AC式寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器AC/DC開關電源部分原理框圖；

圖2是本發(fā)明AC/DC-DC/AC式寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器DC/AC正弦波輸出的逆變器部分原理框圖；

圖3是本發(fā)明AC/DC-DC/DC-DC/AC式寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器原理框圖。

圖中：EA1-電壓誤差放大器 EA2-電流誤差放大器

PWM-脈沖寬度調(diào)制器

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述：

實施例1

實施例1是含有源功率因數(shù)校正APFC功能的AC/DC-DC/AC式寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器。

請參閱圖1，圖1是本發(fā)明AC/DC-DC/AC式寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器AC/DC開關電源部分原理框圖；它主要由五部分組成：一是Boost儲能電感L1，二是整流器二極管D1，三是功率開關管Q1，四是集成電路控制系統(tǒng) U1，五是整流橋電路。它與傳統(tǒng)的開關電源的區(qū)別在于：AC/DC整流之后沒有接大濾波電容，而將濾波電容移到Boost升壓變換器的輸出端。該電路拓撲既有傳統(tǒng)的開關電源升壓作用又有功率因數(shù)校正作用。

boost變換器可以將低電壓提升為較高的電壓。其工作原理是：在輸入的正弦半波電壓周期T內(nèi)開關管Q₁導通一段時間T_on，電感L₁儲能。當Q₁關斷時，L₁兩端的電壓極性顛倒，L₁同名端的電壓V₀上升到高于輸入電壓V_in。Q₁關斷時，在T_on期間存儲在L₁的能量通過D₁傳送給負載和電容C₀。這種boost變換器的輸入-輸出電壓關系式為

$V_0=\frac{V_{\mathrm{in}}}{1-T_{\mathrm{on}}/T}---(1-1)$

式中：V_in-boost變換器的輸入正弦半波電壓；

T_on-開關管Q₁導通時間；

T-boost變換器的輸入正弦半波的周期。

在V_in的整個正弦半波時段里，Q₁的導通時間用T_on表示，Q₁可根據(jù)式(1-1)調(diào)整，以產(chǎn)生一個比輸入正弦電壓幅值稍高的穩(wěn)定直流電壓V₀。在整個正弦電壓的半個周期里，導通時間由PWM/PFC控制芯片控制，它檢測V₀并利用誤差放大器將檢測值與內(nèi)部基準電壓比較，通過負反饋來設置T_on，從而使V₀保持設定值不變。

由式(1-1)可見，在正弦半波曲線的較低位置，Q₁的導通時間較長，從而可以將低輸入電壓提升為比正弦波的幅值高的電壓。隨著V_in上升達到幅值，PWM/PFC控制芯片將不斷自動減少Q(mào)₁的導通時間，以使正弦半波上升段的每一時刻的電壓都被轉(zhuǎn)換為比正弦波的幅值稍高的相同直流電壓。

功率因數(shù)校正電路的第二個任務是檢測電網(wǎng)輸入的電流并使它變?yōu)榕c電網(wǎng)輸入電壓同相位的正弦波。這也由調(diào)整boost變換器的導通時間來實現(xiàn)。導通時間由負反饋環(huán)決定，將實際電網(wǎng)電流采樣并與基準正弦波電流比較，這兩個正弦波的差值是誤差電壓，由誤差電壓來調(diào)節(jié)導通時間使兩個正弦波具有相同的幅值。

要求最終控制boost調(diào)整器導通時間的電壓是直流輸出電壓的誤差電壓和電網(wǎng)輸入電流的誤差電壓的合成電壓。這種合成由乘法器實現(xiàn)，其輸出與輸出電壓的誤差電壓和輸入電流的誤差電壓的乘積成正比。

本發(fā)明的功率因數(shù)校正電路的首要任務是利用boost變換器將沿正弦半波 曲線上升和下降的不同輸入電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的比輸入正弦電壓幅值稍高的直流輸出電壓。這可以通過利用連續(xù)導電工作模式下的boost變換器來實現(xiàn)。

所有上面要求的功能現(xiàn)在都可以由一個集成電路芯片來完成。這種芯片的主要功能是電壓和電流的采樣和誤差信號的放大、誤差信號的合成，以及產(chǎn)生boost晶體管的脈寬調(diào)制控制信號。該控制芯片有兩個反饋環(huán)，一個是強迫電網(wǎng)輸入電流為正弦波的高帶寬內(nèi)部環(huán)EA2，另一個是保持輸出電壓恒定的低帶寬外環(huán)EA1。電壓誤差放大器EA1除了可以保持直流輸出電壓恒定外，還可以通過在電網(wǎng)的三次諧波或更高諧波頻率處設置較低的帶寬和增益來減少電網(wǎng)電流的諧波畸變。

連續(xù)工作模式下boost變換器對輸入網(wǎng)壓變化的調(diào)整：

在功率因數(shù)校正電路中，boost變換器的輸入電壓為正弦半波，先了解連續(xù)工作模式下boost變換器是怎樣適應電網(wǎng)電壓變化的。

請參閱圖1，當Vin改變時可對應式(1-1)改變Ton來調(diào)整輸出電壓，這可以通過脈寬調(diào)制PWM來實現(xiàn)。如果V_in在某一時刻降低，則V₀及EA1的輸入端電壓也降低，EA1的輸出A點電平上升，乘/除法器的輸出電壓與A點的電壓成比例，所以U1的5腳的電壓上升，由此，EA2的輸出端U1的3腳的電壓也上升，因此，在脈寬調(diào)制PWM比較器里，三角波與較高電壓相交的越晚，每個開關周期的導通時間Ton就越長，對應于式(1-1)V₀將增加，PWM輸出的高電平經(jīng)圖騰柱驅(qū)動器觸發(fā)Q1的導通的時間就越長，V₀將上升回原來的值。

反之，如果Vin上升，則V₀上升，但EA1的輸出A點電平下降，U1的5腳的電壓下降，EA2的輸出端U1的3腳的電壓也下降，因此，在脈寬調(diào)制PWM比較器里，三角波與較低電壓相交的越早，Ton減小，圖騰柱驅(qū)動器觸發(fā)Q1的導通的時間就越短，V₀將降回原來的值。

因此，給一臺開關電源增加功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)只需去掉常用濾波電容C₀，增加一個PFC芯片、一個電感、boost晶體管、電流檢測電阻和輸出電容C₀，再大約加上6個電阻和電容就可以了。

功率因數(shù)校正的作用就是要消除電網(wǎng)電流尖峰，使輸入電流成為正弦形狀并且和輸入電壓同相位，正弦化就是要使其諧波為零，而且要輸出一個比輸入正弦波的電壓峰值高的穩(wěn)定的直流電壓。功率因數(shù)校正電路是去掉橋式整流器后接的大濾波電容從而保證整流器輸出電壓按正弦半波曲線上升和下降，接著功率因數(shù)校正電路將正弦半波輸入電壓轉(zhuǎn)換成恒定的直流輸出電壓，并通過監(jiān)控電網(wǎng)輸出電流使其成為正弦波并與瞬時電網(wǎng)電壓成比例。這可以用脈寬調(diào)制的Boost變換器來實現(xiàn)。在整個正弦半波時間里，變換器的導通時間由PWM控 制芯片來控制，使輸入電流變?yōu)檎也ǎ玫捷敵鲭妷罕容斎氲恼译妷悍蹈叩姆€(wěn)定的直流電壓。

在傳統(tǒng)沒有功率因數(shù)校正的開關電源的整流器中，交流輸入電壓經(jīng)整流后，緊跟著大電容濾波，由于電容的充放電使輸入電流呈窄脈沖波形。這種電流諧波分量很大，造成功率因數(shù)下降。低功率因數(shù)開關電源的使用嚴重污染了電網(wǎng)，干擾了其它設備，增大了前級設備如變壓器、電纜傳輸、柴油發(fā)電機等的功率容量，使供電系統(tǒng)容量至少要增大30％以上，用戶增加了投資并且浪費了能源。

由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路對電網(wǎng)的諧波污染十分嚴重，主要存在如下的問題：

1.啟動時產(chǎn)生很大的沖擊電流，約為正常工作電流的十幾倍至數(shù)十倍；

2.正常工作時，由于整流二極管導通角很小，形成一個幅度很高的窄脈沖，電流波峰因數(shù)CF高、電流總諧波畸變率THD通常超過100％，同時引起電網(wǎng)電壓波形的畸變；

3.功率因數(shù)PF低，一般約為0.5～0.6左右。

綜上所述，為了減少AC/DC變流電路輸入端諧波電流造成的噪聲和對電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波“污染”，以保證電網(wǎng)供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)的可靠性；同時也為了提高輸入端功率因數(shù)，以達到節(jié)能的效果，必須限制AC/DC電路的輸入端諧波電流分量。由此可知提高功率因數(shù)在AC/DC開關電源應用中具有重大的意義。

開關電源中以Boost變換器升壓型高頻有源PFC的主要優(yōu)點是：第一，能有效地抑制輸入電源電流的諧波失真，完全可以達到甚至低于諧波電流畸變指標要求；第二，能將系統(tǒng)功率因數(shù)提高到幾乎等于1的水平，完全能夠滿足世界各國對功率因數(shù)和總諧波含量的技術標準要求；第三，輸出低紋波含量的直流電壓，能確保開關電源的電流波峰系數(shù)低于1.5；第四，當輸入交流電壓在較大的范圍內(nèi)波動時，實現(xiàn)電壓寬帶輸入AC85～AC265V，而輸出電壓可得到穩(wěn)定的直流電壓；第五，消除了浪涌電壓及尖峰電壓對電路元件的沖擊，提高了開關電源的可靠性和安全性，延長了開關電源的使用壽命。

本實施例采用可以實現(xiàn)功率因數(shù)校正和AC/DC升壓功能的集成電路芯片。該芯片是一種有源功率因數(shù)校正專用控制電路，它可以完成升壓變換器和校正功率因數(shù)所需的全部控制功能，使功率因數(shù)達到0.99以上，輸入電流波形失真小于5％，采用平均電流型控制，控制精度高，開關噪音較低。該芯片不僅可以校正功率因數(shù)，而且還可以保持當交流輸入電壓在AC85V～AC265V之間變化 時輸出的直流400V電壓穩(wěn)定不變。

本實施例寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器的主要技術指標如下：

1、交流輸入電壓：85V_RMS～265V_RMS；

2、輸出電壓：交流220V_RMS；

3、輸出波形：純正弦波；

4、輸出頻率：50Hz；

5、功率因數(shù)：＞0.98。

本實施例的AC/DC變換器單元的主要功能：

1、實現(xiàn)電網(wǎng)輸入電流的正弦化，正弦化就是要使其諧波為零，電壓與電流波形同相位，就實現(xiàn)了功率因數(shù)接近1的重要指標；

2、輸出直流電壓為400V，并保持輸出直流電壓恒定；為下一級DC/AC逆變器功率單元提供可靠的直流工作電壓；

3、高頻有源PFC：是基于Boost變換器的APFC電路。

高頻有源功率因數(shù)校正技術是抑制電網(wǎng)交流輸入諧波電流污染的最佳方法。它是通過相應的反饋控制電路，使輸入電流平均值能自動跟隨全波整流電壓基準，并維持直流輸出電壓穩(wěn)定。APFC電路使變換器的輸入電流與輸入電壓波形均為正弦波形，并把兩者校正成相位相同，它的作用可看成把變換器電路作為一個純電阻器，故也稱之為“電阻仿真器”。

Boost升壓型功率因數(shù)校正器的控制電路幾乎與主功率級電路的功率無關，一個5000W的功率因數(shù)校正器，其控制器將會與50W的功率因數(shù)校正器的控制電路幾乎一樣。雖然功率級電路有所差異，但所有功率因數(shù)校正器的電路設計過程是相同的。

由于Boost升壓變換器具有電感電流連續(xù)、儲能電感又是濾波器，可抑制電磁干擾EMI和射頻干擾RFI，電流波形失真小、輸出功率大、共源極可簡化驅(qū)動電路等優(yōu)點，因此Boost變換器常用作功率因數(shù)校正PFC的主電路拓撲。

第二部分DC/AC逆變器部分。

請參閱圖2，

逆變器部分包括：DC/AC逆變功率主電路201、功率開關管驅(qū)動電路203、功率開關管驅(qū)動電路204、純正弦波逆變發(fā)生器SPWM202、交流電壓輸出電路 207、電壓反饋電路206、電流檢測電路208和溫度檢測電路205等。

1、本發(fā)明選用的純正弦波逆變發(fā)生器SPWM 202是一款數(shù)字化的、功能很完善的自帶死區(qū)控制的純正弦波逆變發(fā)生器芯片，能實現(xiàn)高精度、失真和諧波都很小的純正弦波50Hz或60Hz逆變器專用芯片。該芯片內(nèi)部集成SPWM正弦發(fā)生器、死區(qū)時間控制電路、幅度因子乘法器、軟啟動電路、保護電路模塊等功能。

2、反饋電路與保護電路

(1)、輸出電壓反饋

①、穩(wěn)定輸出電壓

純正弦波逆變發(fā)生器SPWM 202芯片采用了峰值點采樣輸出電壓，具有穩(wěn)壓精度高、電壓調(diào)整速度快，當某種原因?qū)е螺敵鲭妷喊l(fā)生偏離，如負載變化或輸入電壓波動等因素，能在1～3個交流電周期內(nèi)調(diào)整到期望的輸出電壓。

電壓反饋電路206測得的交流電壓輸出電路207的峰值電壓與純正弦波逆變發(fā)生器SPWM202芯片內(nèi)部基準正弦波峰值電壓進行誤差計算，對輸出電壓值作出相應調(diào)整，當輸出電壓升高時，芯片引腳電壓也隨之升高，經(jīng)內(nèi)部電路誤差值計算后調(diào)整幅度因子乘法器系數(shù)，實現(xiàn)降低輸出電壓達到穩(wěn)壓過程，反之，當輸出電壓降低時，該引腳的電壓也降低時，芯片內(nèi)部電路誤差值計算后調(diào)整幅度因子乘法器系數(shù)，實現(xiàn)升高輸出電壓，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

②、過低和過高電壓保護

為防止過低或過高的輸出電壓供應到負載，純正弦波逆變發(fā)生器SPWM202芯片內(nèi)部設定了過壓和欠壓保護功能，當發(fā)生過壓或欠壓時，關閉所有DC/AC逆變功率主電路201功率MOSFET管使輸出電壓到低電平，一旦進入過壓和欠壓保護后，經(jīng)過連續(xù)檢測次數(shù)累計5次后仍未正常運行，控制芯片將徹底關斷DC/AC逆變功率主電路201的輸出，需要系統(tǒng)重新上電后釋放。

(2)、輸出電流反饋

電流檢測電路208測量逆變器輸出負載電流，主要用于過流保護檢測。當某種原因?qū)е仑撦d電流偏高超出逆變器的負載電流，控制芯片關閉所有功率MOSFET使輸出電壓到低電平，該功能是主要保護DC/AC逆變功率主電路201功率MOSFET管和負載，一旦進入過流保護后，連續(xù)檢測次數(shù)累計5次后仍存在未正常運行，控制芯片將徹底關斷DC/AC逆變功率主電路201的輸出，需 要系統(tǒng)重新上電后釋放。

(3)、溫度檢測反饋

純正弦波逆變發(fā)生器SPWM202芯片的引腳T_FB是測量逆變器的工作溫度，主要用于過溫保護和工作溫度顯示。當溫度檢測電路205檢測到的溫度大于45C時開啟風扇，小于40℃時關閉風扇。

3、死區(qū)時間設置

死區(qū)時間控制是功率MOS管的重要參數(shù)之一，如果無死區(qū)時間或死區(qū)時間太小會導致上下功率MOS管同時導通而燒毀MOS管，如果死區(qū)太大會導致波形失真及功率管發(fā)熱嚴重，該控制芯片可設置4種控制死區(qū)時間，分別為300nS、500nS、1μS和1.5μS。

4、功率管的驅(qū)動電路單元

本實施例的功率開關管驅(qū)動電路203、功率開關管驅(qū)動電路204是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開關器件柵極驅(qū)動器，具有自舉懸浮驅(qū)動電源，驅(qū)動電路十分簡單，只用一個電源可同時驅(qū)動上下橋臂。具有較強的抗干擾技術。

該驅(qū)動器包括：邏輯輸入、電平轉(zhuǎn)換、保護、上橋臂側(cè)輸出和下橋臂側(cè)輸出。邏輯輸入端采用施密特觸發(fā)電路，提高抗干擾能力。輸入邏輯電路與TTL/COMS電平兼容，其輸入引腳閾值為電源電壓V_dd的10％，各通道相對獨立。輸出端設有對功率電源的欠壓保護。

驅(qū)動器具有很多優(yōu)點：自舉懸浮驅(qū)動電源可同時驅(qū)動同一橋臂的上、下兩個開關器件，驅(qū)動500V主電路系統(tǒng)，工作頻率高，可以達到500kHz；具有電源欠壓保護；輸出用圖騰柱結(jié)構(gòu)，驅(qū)動峰值電流為2A；兩通道設有低壓延時封鎖(50nS)。芯片還有一個封鎖兩路輸出的保護端SD，當保護端SD輸入高電平時，兩路輸出均被封鎖。

本發(fā)明電路拓撲設置了雙重穩(wěn)壓電路，AC/DC開關電源直流升壓部分穩(wěn)定直流高壓，在DC/AC逆變器部分穩(wěn)定交流輸出電壓。因為電網(wǎng)的交流電壓波動的范圍較大AC/DC開關電源穩(wěn)壓后可保證逆變器輸入直流功率電壓在其所要求的范圍，否則輸入電壓太低會影響逆變器的交流輸出電壓，AC/DC輸出的直流電壓過高會損壞逆變器的功率開關管。DC/AC逆變器穩(wěn)定交流輸出電壓。通過兩級穩(wěn)壓保證了輸出交流電壓的穩(wěn)定及整機工作的穩(wěn)定性。

實施例2

請參閱圖3，圖3是本發(fā)明AC/DC-DC/DC-DC/AC式寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器原理框圖。

本實施例寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器的主要技術指標如下：

1、交流輸入電壓：85V_RMS～265V_RMS；

2、輸出電壓：交流220V_RMS；

3、輸出波形：純正弦波；

4、輸出頻率：50Hz；

5、功率因數(shù)：＞0.95。

本發(fā)明實施例2電路重點包括三個部分：一是開關電源部分即AC/DC變換器部分，二是DC/DC變換器部分，三是DC/AC逆變器部分。第一部分AC/DC變換器部分的作用是將85V～265V波動范圍極大的交流電壓變換為一個穩(wěn)定的直流電壓。第二部分DC/DC變換器部分是直流升壓，提供符合下一級DC/AC逆變器需要的穩(wěn)定的直流電壓。第三部分是DC/AC逆變器，該部分主控制芯片為純正弦波逆變發(fā)生器SPWM芯片，將400V直流電壓逆變生成純正弦波220V_RMS交流電壓。本實施例DC/DC變換器部分應用的是PWM脈寬調(diào)制技術，通過調(diào)整脈沖的寬度穩(wěn)定輸出直流電壓。這部分的重點為功率開關管電路和PWM控制電路。

本發(fā)明實施例AC/DC變換單元選用的控制芯片為高度集成的特別為由升壓PFC和PWM組成的電源設計，僅需要極少的外部元件便可實現(xiàn)各種保護/補償，同時適應寬電壓交流輸入。

請參閱圖3，圖3中交流寬電壓由寬電壓輸入單元301輸入，在AC/DC與PFC變換單元302整流、功率因數(shù)校正和AC/DC變換為直流電壓；AC/DC變換器的直流輸出電壓不足300V，所以該直流電壓經(jīng)DC/DC變換單元303升壓，再經(jīng)過整流濾波直流輸出單元304輸出穩(wěn)恒的直流400V電壓；PFC與PWM控制電路305為AC/DC與PFC單元302和DC/DC變換單元303提供所需功能的控制信號使其正常工作；檢測電路307將檢測到的輸出直流電壓信號經(jīng)過光耦306輸送到PFC與PWM控制電路305，控制輸出電壓穩(wěn)定和過電壓與欠電壓保護；保護電路309將檢測到的過流信號和過溫信號經(jīng)光耦308輸送到PFC與PWM控制電路，避免直流輸出電路過載、超溫損壞電路。

本實施例的DC/AC變換電路采用正弦波脈寬調(diào)制SPWM技術。

圖3中，SPWM控制電路3012的主控芯片為純正弦波逆變發(fā)生器芯片，能實現(xiàn)高精度、失真和諧波都很小的純正弦波50Hz逆變器專用芯片。該芯片采用CMOS工藝，內(nèi)部集成SPWM純正弦發(fā)生器、死區(qū)時間控制電路、幅度因子乘法器、軟啟動電路、保護電路等。

純正弦波逆變發(fā)生器芯片內(nèi)的SPWM發(fā)生器發(fā)生的正弦波脈寬調(diào)制信號經(jīng)過驅(qū)動電路3011驅(qū)動DC/AC逆變功率主電路3010的功率管，由220V/50Hz正弦交流輸出電路3013輸出純正弦波交流電壓。

電壓反饋電路3014檢測輸出電壓輸入到SPWM控制電路3012穩(wěn)定輸出電壓和進行過壓和欠電壓保護；電流、溫度檢測電路3015將檢測到的功率管的工作電流和溫度輸入SPWM控制電路3012進行過流和超溫保護。

峰值檢波是傳統(tǒng)的電源發(fā)生嚴重電流諧波污染的致命病根：電網(wǎng)輸入整流器的導通時間只出現(xiàn)在輸入電壓幅度高于電容器充電電壓值的一個較窄區(qū)間里。使交流電網(wǎng)一側(cè)的功率因數(shù)PF值下降到0.5～0.6左右。諧波電流干擾已成為強噪聲發(fā)射源，危害了電網(wǎng)的正常工作，使220V交流電網(wǎng)輸送線路上損耗劇增，浪費了大量的電能。交流電網(wǎng)輸入電流波形發(fā)生的畸變。諧波電流污染的兩大危害可概括為：(1)、對穩(wěn)壓電源本身增大輸入損耗，降低整機效率，無功損耗過大；(2)、對電網(wǎng)鄰近用戶尖刺噪聲干擾，可能使電腦失控，配電盤過電流過熱，溫升過高而起火，危及電網(wǎng)的安全運行。本發(fā)明的功率因數(shù)校正APFC是醫(yī)治諧波污染的根本辦法。

本發(fā)明寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器解決了一些經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū)電網(wǎng)電壓極度不穩(wěn)和家用發(fā)電機輸出電壓波動致使用電器不能正常使用的現(xiàn)實問題，這些地區(qū)的人們一直渴望得到一個穩(wěn)定電壓的用電器供電電源，但始終未能解決。

尼日利亞、巴基斯坦等國家普遍存在的民用電壓不穩(wěn)定問題，冰箱壓縮機在低電壓工況下存在不啟動的隱患。當前正在尋求解決技術方案。

目前，國內(nèi)某大型家電企業(yè)正在征集“家電用特種發(fā)電機”的技術需求。

該企業(yè)的技術需求描述：“目前，大部分非洲落后地區(qū)，電力供應人均每天不足6小時，幾乎60％的消費者都獨自配備了家用發(fā)電機，用汽油，柴油，煤油等作為動力來源，為冰箱、冷柜、空調(diào)、洗衣機等家電提供電源。然而發(fā)電機因其自身的弊端：電壓/功率輸出不穩(wěn)定等，以及家電自身的特點，嚴重影響了家電的使用和家電的產(chǎn)品質(zhì)量，如壓降導致的壓縮機長期低壓工作，進而使得故障率頗高。為了更好的開展家電業(yè)務，為家電做配套服務和拓展，現(xiàn)在想尋找一個發(fā)電機的解決方案，如特殊設計的發(fā)電機，如可以補償壓降的發(fā)電機等等可行的方案，我們可以將發(fā)電機作為高檔家電促銷品或者單獨銷售?，F(xiàn)在，我們的發(fā)電機業(yè)務年銷售量在15萬臺，還保持著每年20％的增長速度，市場前景廣闊。如果有更好的發(fā)電機解決方案，相信會帶來更加完美的家電體驗。”

如將本發(fā)明“寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器”連接于電網(wǎng)與用電器之間就可以解決電網(wǎng)電壓不穩(wěn)的問題，使用電器得到符合其要求的電源電壓?；蛘邔⒈景l(fā)明“寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器”作為家用電器的一部分設置在家電的電源入口，可在各種供電電壓下正常使用，例如交流85V～265V的供電工況下正常使用。

還可以與發(fā)電機配套組成一臺可以補償壓降的發(fā)電機，發(fā)電機整機的輸出電壓穩(wěn)定在所要求的電壓值，如交流220V。

本發(fā)明是一項組合發(fā)明，該組合發(fā)明構(gòu)成一項新的技術方案，與傳統(tǒng)的交流穩(wěn)壓器相比節(jié)約了能源，拓寬了穩(wěn)壓范圍。解決了現(xiàn)有電網(wǎng)電壓不穩(wěn)客觀存在的技術問題。組合的各技術特征在功能上彼此支持，并取得了新的技術效果，該組合具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步。

本發(fā)明解決了人們一直渴望解決但始終未能獲得成功的技術難題，應用了本發(fā)明“寬電壓輸入的電力電子交流穩(wěn)壓器”，在非常惡劣的供電環(huán)境下也能使用電器正常使用起來。因此，該發(fā)明具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步。