新型EPWM斩波器式交流稳压电源的原理分析

图4 谐波分量与占空比D的关系曲线

3 对市电电压波动的补偿与T_r容量

当市电电压u_s波动时，将会引起负载电压u_L的波动。为了保持u_L稳定不变，必须用补偿电压u_co对市电电压的波动进行补偿。当U_s>U_r时须进行负补偿，使U_s－U_co=U_L=U_r；当U_sU_r时须进行正补偿，使U_s＋U_co=U_L=U_r，所以

U_L=U_s±U_co=U_r（11）

正补偿时取正号，负补偿时取负号。

假定补偿变压器Tr的变比为ξ：1，桥式斩波器的输出电压基波为u_ab1=DU_msinωt

则 U_co=（12）

将式（12）代入式（11）得

U_L=U_S±U_ab1（13）

桥式斩波器的基波输出电压

U_ab1=DU_L（14）

将式（14）代入式（13）得

UL=US±UL（15）

或U_L(- +)U_L=U_S，U_L(1- +)=U_S

U_L=（16）

正补偿时取正号，负补偿时取负号。当占空比D=1时，最大正、负补偿电压由式（12）得

U_co,max=（因为此时U_ab1=DU_L=U_L）。

当市电电压的波动范围为±15％时，最大补偿电压

U_co,max=0.15U_L=（17）

由于补偿变压器Tr初次级匝比为

ξ==6.667（18）

而补偿变压器次级电流，即市电输入电流

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