基于UC3844通用变频器辅助电源的研究设计
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图1-3a频率f1?f1N占空比小 图1-3b 频率f1?f1N占空比大
在众多分类方法中，最基本的就是将整流器分为电压型和电流型两大类。电压型PWM整流器（Voltage Source Rectifier,简称VSR）最显著的拓扑结构特征就是直流侧采用电容进行直流储能，从而使直流侧呈低阻抗的电压源特性。VSR以其简单的结构、较低的损耗、方便的控制和较快的响应速度等一系列优点，一直成为PWM整流器研究的重点。下图是三相电压型PWM整流器。
图1-4一种三相电压型PWM整流器
电流型PWM控制系统框图如图所示。
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U2电压调节器Ue电流调节器PWM开关电路V0UrUs电流反馈电路电压反馈电路
图1-5 电流型PWM控制系统框图
该系统采用电流电压双闭环串级控制结构,内环是电流环,外环是电压环。控制原理
是:给定的电压Ug与从输出反馈回的电压Ur进行比较,得到的电压误差经电压调节器输出作为另一个给定的电压信号Ue。该信号与经电阻采样反映电流变化的信号Us进行比较,输出一个占空比可调节的PWM脉冲信号,从而使得输出的电压信号V0保持恒定。 电流型PWM控制的优点如下:
a)电压调整率好。输入电压的变化立即引起电感电流的变化,电感电流的变化立即反映到电流控制回路而被抑制,不像电压控制要经过输出电压反馈到误差放大器,然后再调节的复杂过程,所以响应快。如果输入电压的变化是持续的,电压反馈环也起作用,因而可以达到较高的线形调整率。
b)负载调整率好。由于电压误差放大器可专门用于控制占空比,以适应负载变化造成的输出电压的变化,因而可大大改善负载调整率。
c)系统稳定性好。从控制理论的角度讲,电压控制单闭环系统是一个无条件的二阶稳定系统。而电流控制双闭环系统是一个无条件的一阶稳定系统,系统稳定性好。
1.3 通用变频器的开关电源简介
1.3.1 开关电源的发展
电力电子传动技术已经渗透到人类生产和生活的各个领域，变频器作为电力电子传动设备必不可少的部分也得到了很大的发展，变频器技术已经从单一的控制电机发展到包含过压欠压保护、故障报警、检测反馈等等多系统的变频器控制系统。因此，需要有多路稳定输出的电源来保证如此复杂的变频控制系统正常稳定的工作。
变频器朝着小型化和低成本化方向发展，加速了电源向轻、薄、小和高效等方向发
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展。传统的晶体管稳压电源是连续控制的线性稳压电源，这种传统稳压电源技术比较成熟，已开发出大量集成化的稳压电源模块，这此类电源的优点是：稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等，但这类电源有致命的缺点是体积大，因为它包括需要笨重的工频变压器，体积和重量都很大的滤波器。为了符合变频调速器的小型化轻型化的发展，电源技术工程师开始研发新的电源，开关电源因其特有的优点而受到关注，而且到目前为止已经成功应用到了变频器设备中。
开关电源是指电路中的电力电子器件工作在开关状态的稳压电源，是一种高频电源变换电路,采用直-交-直变换,能够高效率地产生一路或多路可调整的高品质的直流电压。
开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。开关电源的基本构成如图所示，其中DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路（R1、R2）检测输出电压变化，与基准电压Ur比较，误差电压经过放大及脉宽调制（PWM）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。
LTV1+V2CU-PWMR1R2
+UV3-
图1-6 一种电路实现形式
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1.3.2开关电源的优点 ：
开关电源的电路结构比较复杂，但是和线性电源相比有如下几个突出的优点： (1)功耗小，效率高。功率晶体管在激励信号的激励下，交替工作在饱和导通与截止的开关状态，转换速度很快，频率一般在几十到几百kHz。这就使得功率晶体管的损耗较小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可以达到80%以上。
(2)体积小，重量轻。由于没有采用笨重的工频变压器，并且在功率晶体管上的耗散功率大幅降低后，又省去较大的散热片，因此开关稳压电源的体积和重量都可以得到减小。
(3)稳压范围宽。开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比或者激励信号的频率来调节的，输入电压的变化也可以通过变频或调宽来进行补偿。在工频电网电压有较大变化或负载有较大变化时，它仍能保证有较稳定的输出电压，所以稳压范围宽、稳压效果好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。这样，开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关稳压电源。
(4)滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减小。开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的频率的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍。在相同的纹波输出电压的要求下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容容量的1／500一1／1000。
(5)电路形式灵活多样。例如，有自激式和他激式；有调宽型和调频型；有单端式和双端式，等等。设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。
1.3.3 开关电源的构成
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。变频器开关电源主要包括整流滤波电路、变换器、控制电路、保护电路组成。
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U1DC/DC变换器比较放大U2R1驱动器PWMR2 图1-7 开关电源的基本构成
++V1D441V2D12-+RLD3D2-Vo3- 图1-8开关型稳压电源的原理电路
1.整流滤波电路
变频器的原理，就是通过交直流转换，把我们的常用的电源，调整成频率、电压都可调的电源，进而实现对电机的无级调速，以及节能的目的。
变频器的整流虑波电路和逆变电路依据电路中所用的半导器件分类，可分为二极管单相桥式整流和三相逆变电路、二极管三相桥式整流和三相逆变电路、晶闸管三相桥半控式整流和三相逆变电路、晶闸管三相桥全控式整流和三相逆变电路等4类。 变频器的整流虑波电路和逆变电路依据逆变电路中所用的半导体器件分类，可分为用晶体三极管组成的三相桥式逆变电路、用绝缘栅双极型晶体三极管组成的三相桥式逆变电路、用门极晶闸管组成的三相桥式逆变电路、用MOS场效应管组成的三相桥式逆变电路等4种类型。
在变频器整流的过程中，可以产生大量的高次谐波，据绿波杰能的不完全统计，最高的电流畸变率，可以达到70%以上。这些高次谐波，会通过与变频器输入端连接的电
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