高频交流环节ACAC变频变换系统基准正弦电路研究齐纳二极管

高频交流环节AC/AC变频变换系统基准正弦电路研究

高频交流环节AC/AC变频变换系统基准正弦电路研究 2011： 1 引言 新颖的高频交流环节AC/AC变频变换系统[1, 2]，如图1所示。该电路结构由输入周波变换器、高频变压器或高频储能式变压器、输出周波变换器构成，能够将一种频率的交流电变换成另一种频率的交流电，具有2级功率变换（LFAC/HFAC/LFAC）、变换效率高、双向功率流、高频电气隔离、无音频噪声等优点，是实现新型变频电源的关键技术基础。 图1所示变换系统中，输出电压uo总是跟踪基准正弦电压ur的。如果ur与输入电网电压ui的n倍频或n分频信号不同步，当输入电网电压ui很小（如过零点）、且要得到较大的输出电压uo时，要求PWM信号占空比很大，使PI调节器输出饱和，那么uo就无法跟踪ur，使uo波形产生畸变，仿真波形如图2(a)所示；如果ur与ui的n倍频或n分频信号同步，即ur与ui的过零点重合，则不会产生上述PI调节器输出饱和现象，uo能很好地跟踪ur，仿真波形如图2(b)所示。图2中，ui为输入电网电压，uo为输出电压，ue为PI调节器输出电压。 因此，ur与ui的n倍频或n分频信号必须同步。对电网电压n倍频或n分频信号同步的基准正弦电路的研究，是高频交流环节AC/AC变频变换器的重要内容。本文提出并深入研究了一类全数字化技术、与电网电压n倍频或n分频信号同步的基准正弦电路，并给出了关键电路参数设计准则和试验结果。2 与电网电压n倍频或n分频信号同步的基准正弦电路构成与原理2.1 基准正弦电路构成 与电网电压n倍频或n分频信号同步的基准正弦电路，由电网电压取样和正弦波/方波转换电路、倍频电路或分频电路、时钟信号形成电路（包括锁相环和分频电路）、相位同步电路（即地址发生器清零信号形成电路）、正弦波幅值和极性控制电路、正弦波产生电路（包括EPROM、D/A转换电路和运放）等6个部分组成，如图3所示。 该电路的原理是先将电网电压ui变换成一个与其同步的电压方波信号，将电压方波信号n倍频后(如n=8)得到基准电压方波信号，输入到锁相环，锁相环输出信号经m分频电路（如m=450）后再送回锁相环，作为基准电压方波信号的比较信号。当锁相环处于锁定状态时，锁相环输出频率为基准电压方波信号m倍的时钟信号。该时钟信号送入地址发生器，然后依次读取出事先固化在EPROM中的数字化的标准正弦信号，再经过D/A转换和运放，变换成与基准电压方波信号同步的基准正弦电压。2.2 基准正弦电路原理 与电网电压8倍频信号同步的基准正弦电路的各环节电路，如图4所示。 电网电压取样与正弦波/方波转换电路由变压器取样、过零比较器组成。其输出的电压方波信号与电网电压同步。 倍频电路，如图4（a）所示。电路中，R1和C1组成微分电路，输入方波信号前沿经R1和C1，并通过与非门产生输出方波。与此同时，输入方波信号后沿通过反相器和R2和C2微分电路，再经与非门也产生输出方波，于是在与非门输出端得到的是倍频方波信号。上述一级电路得到倍频，3级电路串联得到8倍频方波信号即基准电压方波信号。 时钟信号形成电路，如图4（b）所示。将基准电压方波信号输入锁相环，由锁相环输出电路所需的时钟信号。在锁相环的锁定状态下，该时钟信号频率为基准电压方波信号频率的450倍。该时钟信号经分频器4520和40175实现450分频，所得信号作为锁相环的比较信号。将此时钟信号送入地址发生器4040。 相位同步电路即4040清零信号的形成电路，如图4（c）所示。将基准方波电压信号及其经过与非门4011后的反相信号一起送入单稳态触发器4528，经或门4071后得到4040的清零信号，以实现4040的225分频计数，从而保证对EPROM中数据的正确读取，以及数据经D/A转换后与正弦波正负半周极性控制信号严格对应。

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