脉冲控制交流调压电路设计优化

脉冲控制交流调压电路是由控制电路产生脉冲信号去控制电力电子器件，通过改变它们的通断时间来实现交流调压。常见的脉冲控制交流调压电路有双晶闸管交流调压电路和斩波式交流调压电路。

1.双晶闸管

双晶闸管交流调压电路如图7-54所示,晶闸管VTH₁、VTH₂反向并联在电路中,其G极与控制电路连接,在工作时控制电路送控制脉冲控制VTH₁、VTH₂的通断,来调节输出电压U_o。

电路工作过程说明如下:

1)在0~t₁期间,交流电压U_i的极性是上正下负,VTH₁、VTH₂的G极均无脉冲信号,VTH₁、VTH₂关断,输出电压U_o为0。

2)t₁时刻,高电平脉冲送到VTH₁的G极,VTH₁导通,输入电压U_i通过VTH₁加到负载R_L两端,在t₁~t₂期间,VTH₁始终导通,输出电压U_o与输入电压U_i变化相同,即波形一致。

3)t₂时刻,U_i电压为0,VTH₁关断,U_o也为0,在t₂~t₃期间,U_i的极性是上负下正,VTH₁、VTH₂的G极均无脉冲信号,VTH₁、VTH₂关断,U_o仍为0。

4)t₃时刻,高电平脉冲送到VTH₂的G极,VTH₂导通,U_i通过VTH₂加到负载R_L两端,在t₃~t₄期间,VTH₂始终导通,U_o与U_i波形相同。

5)t₄时刻,U_i电压为0,VTH₂关断,U_o为0。t₄时刻以后,电路会重复上述工作过程,结果在负载R_L两端得到图7-54b所示的U_o电压。图中交流调压电路中的控制脉冲U_G相位落后于U_i电压α角(0≤α≤π),α角越大,VTH₁、VTH₂导通时间越短,负载上得到的电压U_o有效值越低,也就是说,只要改变控制脉冲与输入电压的相位差α,就能调节输出电压。

2.斩波式

斩波式交流调压电路如图7-55所示,该电路采用斩波的方式来调节输出电路,VT₁、VT₂的通断受控制电路送来的U_G1脉冲控制,VT₃、VT₄的通断受U_G2脉冲控制。(www.xing528.com)

图7-54 双晶闸管交流调压电路

a)电路 b)波形

图7-55 斩波式交流调压电路

a)电路 b)波形

电路工作原理说明如下:在交流输入电压U_i的极性为上正下负时。当U_G1为高电平时,VT₁因G极为高电平而导通,VT₂虽然G极也为高电平,但C、E极之间施加有反向电压,故VT₂无法导通,VT₁导通后,U_i电压通过VD₁、VT₁加到R、L两端,在VT₁导通期间,R、L两端的电压U_o大小、极性与U_i相同。当U_G1为低电平时,VT₁关断,流过L的电流突然变小,L马上产生上负下正电动势,与此同时U_G2脉冲为高电平,VT₃导通,L的电动势通过VD₃、VT₃进行续流,续流途径是L下正→VD₃→VT₃→R→L上负,由于VD₃、VT₃处于导通状态,A、B点相当于短路,故R、L两端的电压U_o为0。

在交流输入电压U_i的极性为上负下正时。当U_G1为高电平时,VT₂因G极为高电平而导通,VT₁因C、E极之间施加有反向电压,故VT₁无法导通,VT₂导通后,U_i电压通过VT₂、VD₂加到R、L两端,在VT₂导通期间,R、L两端的电压U_o大小和极性与U_i相同。当U_G1为低电平时,VT₂关断,流过L的电流突然变小,L马上产生上正下负电动势,与此同时U_G2脉冲为高电平,VT₄导通,L的电动势通过VD₄、VT₄进行续流,续流途径是:L上正→R→VD₄→VT₄→L下负,由于VD₄、VT₄处于导通状态,A、B点相当于短路,故R、L两端的电压U_o为0。

通过控制脉冲来控制开关器件的通断,在负载上会得到图7-55b所示断续的交流电压U_o,控制脉冲U_G1高电平持续时间越长,输出电压U_o的有效值越大,即改变控制脉冲的宽度就能调节输出电压的大小。