新型EPWM斩波器式交流稳压电源的原理分析

I_S=（19）

式中：P为市电输入功率。

补偿变压器初级电流，即桥式斩波器输出电流

I_ch=（20）

即桥式斩波器的斩波开关管的额定电流，只有市电输入电流I_S的1/ξ。因而补偿功率

P_co=U_ab1I_ch=DU_L=（21）

当U_S=U_L时，D=0，补偿功率P_co,min=0；当U_s,min=(1－0.15)U_L=0.85U_L时，D=1，则补偿功率

P_co,max==0.176P（22）

可以根据P_co,max来选择补偿变压器Tr的容量。

4 单相EPWM斩波器式交流稳压电源

单相EPWM斩波器式交流稳压电源的原理电路如图5所示，此电路只是为了说明原理而采用的。它由5个部分组成，即主电路，市电电压检测电路，正、负补偿控制电路，三角波发生器电路和正、负补偿切换触发电路。主电路的组成与工作原理前面已经作过了介绍，下面仅对其余4个部分作一简单说明。

4.1 市电电压检测电路

市电电压的检测电路，由两个相同的变压器T_r2、T_r3及二极管V_D9～V_D12，C_d2组成。市电电压检测的采样点取法，对稳压精度影响很大。如果采样点取自输入端，检测市电输入电压，对补偿电压的稳定性是有利的，但不能补偿因变压器T_r1次级漏抗及滤波电感L_F电抗引起的电压降，补偿精度差；如果采样点取自输出端，检测输出负载电压，这样可以对T_r1次级漏抗及L_F电抗引起的电压降进行补偿，但补偿后由于U_L=U_r就不能继续保持T_r1次级补偿电压u_co的存在，出现补偿不稳定现象；如果像多个补偿变压器无触点补偿式交流稳压电源那样，采样点取自输入端与输出端，对市电输入电压与负载电压同时检测，然后将它们相加并除以2，即，当I_S≠0时，如果令T_r1次级漏抗X_T与L_F电抗X_L之和X_T＋X_L=X，则U_S－XI_S=U_L，所以==U_S－。由此可知这种检测法虽然可以对因X而造成的电压降进行补偿，也不会出现补偿不稳定现象，但只能补偿一半的XI_S，还有一半XI_S不能进行补偿。比较好的检测法是采样点取自输入端，检测市电输入电压U_S及检测X上的电压降XI_S，用U_S－XI_S作为检测到的电压。这样，既能保证补偿电压的稳定性，也能使补偿的精度提高。图5所示的单相稳压电路，就是采用了这种电压检测电路。

串联补偿变压器的次级漏电抗X_T，一般为T_r1容量的（3～5）％。而T_r1的容量与市电电压的波动范围有关，当市电电压波动范围为±15％时，T_r1的容量仅为稳压电源标称容量的17.6％。所以，补偿变压器T_r1折算到负载额定电压U_r的次级漏抗压降标么值为

X_TI_S=(0.03～0.05)×0.176=0.00528～0.0088

X_TI_S的值很小，可以认为X_TI_S≈0，此时只需对L_F电抗X_L引起的电压降进行补偿就可以了。在图5中，变压器T_r2检测的是市电输入电压U_S，变压器T_r3检测的是L_F上的电压降，用T_r2及T_r3的次级电压相减后再进行整流，就可以得到反映U_S－X_LI_S数值的直流电压U_SL。

4.2 对市电电压波动进行正负补偿的控制电路

对市电电压波动进行正、负补偿的控制电路，由图5中比较器U₁、U₂，比例放大器PI₁、PI₂，及EPWM比较器U₃、U₄，和基准电压给定电路R₃～R₅组成。它分成上下两个支路，上支路由U₁、PI₁、U₃组成，用于对市电电压的负波动进行正补偿控制；下支路由U₂、PI₂、U₄组成，用于对市电电压的正波动进行负补偿控制。与此相应基准电压给定电路也给出了两个基准电压给定值U_r1及U_r2。U_r1对应于市电电压的218V；U_r2对应于市电电压的222V。当市电电压U_S218V时上支路工作，下支路不工作，U_SL与U_r1在U₁中进行比较，产生出正误差电压＋ΔU，＋ΔU经过PI₁放大后与三角波u_c在U₃中进行比较，产生出使桥式斩波器对市电电压进行正补偿的控制。当市电电压U_S>222V时下支路工作，上支路不工作，U_SL与U_r2在U₂中进行比较，产生出正误差电压＋ΔU，＋ΔU经过PI₂放大后与三角波u_c在U₄中进行比较，产生出使桥式斩波器对市电电压进行负补偿的控制。基准电压给定电路给出两个基准电压（U_r1=218V与U_r2=222V）的目的，是为了当市电电压U_S在218V～222V之间时不使稳压电源工作，以避免市电电压U_S在（220±2）V区间内稳压电源产生正负补偿振荡，使输出电压不稳定，这一点在图1中没有表明。这里需要指出的一点是，图5中运放PI₁和PI₂的放大倍数，与补偿变压器T_r1的初次级变比ξ₁：1、检测变压器T_r2、T_r3（两个变压器完全相同）的初次级变比ξ₂：1、三角波的电压幅值U_cm及市电电压的幅值U_m有关。PI₁及PI₂的放大倍数

K≥ξ₁×ξ₂×

当T_r1、T_r2、T_r3的变比相同时，K≥ξ₁²

图5 单相EPWM斩波式稳压电源的原理电路

4.3 三角波发生器电路

三角波发生器电路由一个方波电压发生器（U₇）和一个积分器（U₈）组成，如图5中U₇及U₈所示，这种电路在UPS中是常用的。三角波频率与方波电压发生器的频率相同，当方波电压发生器中的电阻R₈=0.86R₉时，三角波频率f_c≈

4.4 状态切换触发电路

状态切换与触发电路如图5下部电路所示。它是由脉冲变压器T_r4、T_r5、T_r6、T_r7及其下面的两个三极管组成的。图中U₉、U₁₀是将市电电压变换成与其相对应的正、负半周方波电压。U₉得到与u_s正半周相对应的方波电压，U₁₀得到与u_s负半周相对应的方波电压。电路的切换采用的是三极管与门的工作原理，触发电路采用的是脉冲变压器输出形式，当然也可以采用光耦的输出形式。切换电路有两组输入信号，每组两个输入信号，即正补偿与负补偿，正半周方波与负半周方波。因此，应有4组触发电路，即由T_r4、V₅、V₆组成的正补偿正半周触发电路；由T_r6、V₉、V₁₀组成的正补偿负半周触发电路；由T_r7、V₁₁、V₁₂组成的负补偿正半周触发电路和由T_r5、V₇、V₈组成的负补偿负半触发电路。每一种触发电路，只有当脉冲变压器下面的二个三极管同时导通时才能输出触发脉冲。脉冲变压器下面的两个三极管，其中一个受正负补偿信号的控制，另一个受正负半周方波电压的控制。因此，四种触发电路对应于市电电压的每半个周期中，只有一种触发电路输出触发脉冲，其它3种触发电路不工作。由于正负方波电压的加入，4种触发电路之间每半个周期转换一次，而且转换是在市电电压过零时进行。因此，触发电路的切换不会对输出产生冲击。

4.5 稳压补偿过程

空载时假定U_SU_r，则正补偿控制电路工作，并使V₆、V₁₀导通。在市电电压正半周，U₉使V₅、V₁₁导通。由于V₅、V₆导通，T_r4输出触发脉冲，使斩波桥中V₁、V₄导通。在市电电压负半周，U₁₀使V7、V₉导通，由于V₉、V₁₀导通，T_r6输出触发脉冲，使斩波桥中V₂、V₃导通，对市电电压进行正补偿。补偿电压U_co的大小，与U_r1－U_SL=ΔU的大小成比例。如果此时加载，I_S≠0，则T_r3检测的电压降XI_S使U_S减小，因而ΔU增大，补偿电压U_co也相继增大，以达到U_S＋U_co=U_L=U_r的补偿目的。

当U_S>U_r时，稳压补偿过程与U_SU_r时相似，不再重复。

5 三相EPWM斩波器式交流稳压电源

三相EPWM斩波器式交流稳压电源，可以用三个如图5所示的单相电路组成。由于三相是各自独立地进行稳压补偿控制，所以，还可以对市电输入电压的不对称度进行补偿。

6 结语

按照上述原理制成了一台2.5kVA样机，当输入电压变化范围为±15％时，输出电压的变化±1％，谐波含量2.3％。

这种稳压电源的特点是体积小、重量轻、稳压精度高、反应速度快、是无级补偿、电路简单。当市电电压在218～222V时，稳压电源不工作，不耗电，电源损耗小，效率高。但只能补偿市电电压的大小变化，不能补偿谐波。