單相整流寬范圍電源上電電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及電力電子變換技術(shù)領(lǐng)域的一種單相整流電路上電電路，具體地，涉及一種單相整流寬范圍電源上電電路，可以應(yīng)用于采用單相或三相AC-DC變換器作為前級(jí)電路的應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)含有二極管整流電路的交流電源供電電力電子變換設(shè)備，如變頻家電和工業(yè)變頻器，需要考慮軟上電問(wèn)題。否則由于初始電解電容壓為零，在上電階段電力電子變換裝置就會(huì)出現(xiàn)過(guò)流故障，造成后級(jí)變換器過(guò)壓擊穿和空氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
[0003]在常用的上電限流措施中，大都采用在交流或直流線路中增加限流電阻的方法，具體包括三種方式:(I)直流側(cè)或交流火線上串聯(lián)限流電阻，上電時(shí)限流，上電結(jié)束后時(shí)利用繼電器自動(dòng)切除；(2)串聯(lián)PTC溫敏電阻，利用其正溫度特性，上電時(shí)限流，上電結(jié)束后利用繼電器自動(dòng)切除；(3)串聯(lián)NTC溫敏電阻，利用其負(fù)溫度特性，在上電時(shí)限流，上電結(jié)束后保留。前兩種方法的問(wèn)題是:在電阻切除時(shí)帶來(lái)了二次電流沖擊問(wèn)題。后一種方法的問(wèn)題是:只適合負(fù)載功率200W以下的應(yīng)用場(chǎng)合。為此，對(duì)于大功率應(yīng)用場(chǎng)合，需要改進(jìn)現(xiàn)有的上電限流方法，徹底解決上電沖擊電流問(wèn)題。
[0004]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，張相軍等在2011年6月的“電機(jī)與控制學(xué)報(bào)”文章中，在總結(jié)了兩種傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)電路后，提出了“一種啟動(dòng)沖擊電流抑制電路”，即三級(jí)沖擊電流抑制電路，該電路可有效抑制啟動(dòng)時(shí)的一次沖擊電流和二次沖擊電流。發(fā)明專(zhuān)利“電力變換裝置”(P2001—238459A)公開(kāi)了一種改變單純二極管整流橋?yàn)楦叨?、低端或全橋?yàn)榫чl管的整流橋，并使得晶閘管并聯(lián)合適的電阻和二極管支路，為此可以實(shí)現(xiàn)軟上電功能，上電結(jié)束后晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)角為零，起到二極管作用。
[0005]為了減少體積，往往上電功率電阻常用溫敏電阻PTC代替。對(duì)于頻繁啟停的電力電子變換裝置而言，PTC溫敏電阻會(huì)因發(fā)熱失去限流作用，嚴(yán)重時(shí)造成整流橋后級(jí)接入的開(kāi)關(guān)電源失電，由此造成控制電路失電，整個(gè)設(shè)備無(wú)法工作。
[0006]對(duì)于采用模擬手段的上電控制策略，都會(huì)存在二次上電沖擊問(wèn)題，尤其當(dāng)輸入電壓在寬范圍可調(diào)時(shí)，更是如此，會(huì)出現(xiàn)高低壓下二次充電不一致情況，除非延長(zhǎng)上電時(shí)間。
[0007]綜合以上，對(duì)軟上電的整流電路現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前階段仍然需要推出集成有驅(qū)動(dòng)單元和軟上電功能的新型整流電路和相應(yīng)的適應(yīng)款范圍輸入電壓的上電控制策略，同時(shí)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全和成本低廉等優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明正是基于該需要產(chǎn)生的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種單相整流寬范圍電源上電電路，同時(shí)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種單相整流寬范圍電源上電電路，包括整流單元以及與整流單元連接的判斷單元，所述整流單元用以完成功率器件驅(qū)動(dòng)和單相二極管整流;所述判斷單元用以判斷單相輸入電壓供電范圍和延時(shí)后產(chǎn)生最終功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0010]所述整流單元包括功率MOSFET;
[0011]所述判斷單元包括四個(gè)電路完全相同的子單元，每個(gè)子單元包括兩個(gè)電壓比較器，每個(gè)子單元的第一個(gè)電壓比較器的兩個(gè)輸入端:反相輸入端連接第一分壓支路以獲得第一參考電壓，非反相輸入端連接整流單元，第一個(gè)電壓比較器的輸出端連接RC支路輸入端;每個(gè)子單元中的第二個(gè)電壓比較器的非反相輸入端連接RC支路的輸出端，第二個(gè)電壓比較器的反相輸入端連接第二分壓支路以獲得第二參考電壓，第二個(gè)電壓比較器的輸出端連接一二極管，該二極管的另一端連接整流單元，用于驅(qū)動(dòng)整流單元中的功率M0SFET，完成軟上電；
[0012]四個(gè)子單元中的第一參考電壓都相同，四個(gè)子單元中的第二參考電壓也都相同，唯一不同的是四個(gè)子單元中的四個(gè)RC時(shí)間常數(shù)不同；將可能出現(xiàn)的單相電網(wǎng)電壓分成的四個(gè)等級(jí):最高交流電壓、次高交流電壓、次低交流電壓、最低交流電壓，當(dāng)輸入不同的單相電網(wǎng)電壓時(shí)，整流單元的直流電壓幅值的高低不同和用時(shí)不同，與RC支路的RC時(shí)間常數(shù)相對(duì)應(yīng)，單相電網(wǎng)電壓越高，RC時(shí)間常數(shù)越短；
[0013]單相交流輸入電壓大于設(shè)定的最高交流電壓，只有第一個(gè)子單元的兩個(gè)比較器起作用，最終輸出高電平，驅(qū)動(dòng)整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通；
[0014]單相交流輸入電壓大于設(shè)定的次高交流電壓而小于設(shè)定的最高交流電壓，只有第二個(gè)子單元的兩個(gè)比較器起作用，最終輸出高電平，驅(qū)動(dòng)整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通；
[0015]單相交流輸入電壓大于設(shè)定的次低交流電壓而小于設(shè)定的次高交流電壓，只有第三個(gè)子單元的兩個(gè)比較器起作用，最終輸出高電平，驅(qū)動(dòng)整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通；
[0016]單相交流輸入電壓大于設(shè)定的最低交流電壓而小于設(shè)定的次低交流電壓，只有第四個(gè)子單元的兩個(gè)比較器起作用，最終輸出高電平，驅(qū)動(dòng)整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通；
[0017]單相交流輸入電壓小于設(shè)定的最低交流電壓，第一、第二、第三與第四子單元均不輸出高電平，不能驅(qū)動(dòng)整流單元中的功率MOSFET導(dǎo)通，屬于供電異常情況。
[0018]進(jìn)一步的，第一個(gè)子單元負(fù)責(zé)最高交流電壓供電和相應(yīng)的最高直流電壓輸入，當(dāng)輸入電流電壓大于設(shè)定的最高交流電壓時(shí)，第一個(gè)子單元的第一個(gè)電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過(guò)RC支路(濾波電路)限流后，RC時(shí)間常數(shù)最低，得到一個(gè)電壓，提供到第一個(gè)子單元的第二個(gè)電壓比較器的非反相輸入端，第二個(gè)電壓比較器的反相輸入端設(shè)定動(dòng)作電壓。如果2—3個(gè)時(shí)間常數(shù)后，第一個(gè)子單元的第二個(gè)電壓比較器的非反相輸入端的電壓大于其反相輸入端設(shè)定動(dòng)作電壓，則第二個(gè)電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過(guò)第二個(gè)電壓比較器連接的二極管傳送至整流單元，驅(qū)動(dòng)功率MOSFET導(dǎo)通，短接溫敏電阻完成最高輸入電壓情況下的軟上電過(guò)程。
[0019]進(jìn)一步的，第二個(gè)子單元負(fù)責(zé)次高交流電壓供電和相應(yīng)的次高直流電壓輸入，當(dāng)輸入電流電壓大于設(shè)定的次高交流電壓時(shí)，第二個(gè)子單元的第一個(gè)電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過(guò)RC支路(濾波電路)濾波限流后，RC時(shí)間常數(shù)次低，得到一個(gè)電壓，提供到第二個(gè)子單元的第二個(gè)電壓比較器的非反相輸入端，第二個(gè)電壓比較器的反相輸入端設(shè)定動(dòng)作電壓。如果2—3個(gè)時(shí)間常數(shù)后，第二個(gè)子單元的第二個(gè)電壓比較器的非反相輸入端的電壓大于其反相輸入端設(shè)定動(dòng)作電壓，則其第二個(gè)電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過(guò)與第二個(gè)電壓比較器連接的二極管傳送至整流單元，驅(qū)動(dòng)功率MOSFET導(dǎo)通，短接溫敏電阻完成次高輸入電壓情況下的軟上電過(guò)程。
[0020]進(jìn)一步的，第三個(gè)子單元負(fù)責(zé)次高交流電壓供電和相應(yīng)的次低直流電壓輸入，當(dāng)輸入電流電壓大于設(shè)定的次低交流電壓時(shí)，第三個(gè)子單元的第一個(gè)電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過(guò)RC支路(濾波電路)濾波限流后，RC時(shí)間常數(shù)次高，得到一個(gè)電壓，提供到第三個(gè)子單元的第二個(gè)電壓比較器的非反相輸入端，第二個(gè)電壓比較器的反相輸入端設(shè)定動(dòng)作電壓。如果2—3個(gè)時(shí)間常數(shù)后，第三個(gè)子單元的第二個(gè)電壓比較器的非反相輸入端的電壓大于反相輸入端設(shè)定動(dòng)作電壓，則第二個(gè)電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過(guò)與第二個(gè)電壓比較器連接的二極管傳送至整流單元，驅(qū)動(dòng)功率MOSFET導(dǎo)通，短接溫敏電阻完成次高輸入電壓情況下的軟上電過(guò)程。
[0021]進(jìn)一步的，第四個(gè)子單元負(fù)責(zé)次高交流電壓供電和相應(yīng)的最低直流電壓輸入，當(dāng)輸入電流電壓大于設(shè)定的最低交流電壓時(shí)，第四個(gè)子單元的第一個(gè)電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過(guò)RC支路(濾波電路)濾波限流后，RC時(shí)間常數(shù)最高，得到一個(gè)電壓，提供到第四個(gè)子單元的第二個(gè)電壓比較器的非反相輸入端，第二個(gè)電壓比較器的反相輸入端設(shè)定動(dòng)作電壓。如果2—3個(gè)時(shí)間常數(shù)后，第四個(gè)子單元的第二個(gè)電壓比較器的非反相輸入端的電壓大于其反相輸入端設(shè)定動(dòng)作電壓，則第二個(gè)電壓比較器輸出高電平，經(jīng)過(guò)與第二個(gè)電壓比較器連接的二極管傳送至整流單元，驅(qū)動(dòng)功率MOSFET導(dǎo)通，短接溫敏電阻完成次高輸入電壓情況下的軟上電過(guò)程；
[0022]優(yōu)選地，所述整流單元，包括四只功率二極管、一只功率MOSFET(含有反并聯(lián)的續(xù)流二極管)、一只溫敏電阻、一只電解電容、一只光電親合器、六只電阻、四只電容和一只穩(wěn)壓二極管，其中:第一只功率二極管的陰極與第三只功率二極管的陰極相連后，形成直流回路正極，并與電解電容的正極、第一只電阻的一端、第四只電容的一端相連，第一只功率二極管的陽(yáng)極與第二只功率二極管的陰極相連后，與單相交流電源的一端相連，第三只功率二極管的陽(yáng)極與第四只功率二極管的陰極相連后，與單相交流電源的另一端相連，第二只功率二極管的陽(yáng)極與第四只功率二極管的陽(yáng)極相連后，與功率MOSFET的源極、溫敏電阻的一端、第三只電阻的一端、第一只電容的一端、第二只電容的一端、第三只電容的一端、第五只電阻的一端、穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極、第四只電容的另一端、光電耦合器的第三引腳、光電耦合器的第四引腳相連，形成直流回路負(fù)極，第