一种基于信号判断的工频全桥整流装置的制作方法

本发明涉及整流，具体涉及一种基于信号判断的工频全桥整流装置。

背景技术：

1、传统整流电路，如单相或三相桥式整流电路，通常通过开关元件进行开关控制，以将交流输入直接转换为直流输出。在一些特殊应用场景中，当交流电路的负载场景是非线性负载时，例如电弧炉、变频器、电力电子设备等，由于非线性负载对电流的需求可能会发生急促变化，导致交流电路电流波形出现突变，可能导致额外引入较多的谐波。这些过多的谐波会导致电能质量下降，可能引起其他设备的故障或干扰附近电子设备的正常运行。现有的整流辅助电路在大多数使用情况下都主要对普通谐波进行正常优化，难以快速根据实际工作条件对参数较高的超额异常谐波信号进行有效甄别处理。由于某些谐波成分存在的时间点和时间段长度不固定，容易导致超额异常谐波信号处理不及时，使得谐波干扰抑制的精确度降低，从而进一步影响整流电路的信号处理效果。如果设置为较长时间段的高参数固定调制策略，又容易导致整流过程本身的低效率和谐波处理资源的过多消耗，不利于企业生产的成本考虑。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于信号判断的工频全桥整流装置，解决在现有工业场景的整流电路中，在对高谐波电流处理时对超额异常谐波信号甄别处理效率不高的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种基于信号判断的工频全桥整流装置，该装置包括：

4、信号判别单元：预设用于信号比较的参考电流参数，并从交流电压源接收输入电流并将电流信号输出至pwm调控单元和整流处理单元，其中将当前交流电流的实际电流参数与参考电流参数进行比对，将数值超出参考电流参数的部分交流电流单独输出至pwm调控单元；

5、pwm调控单元：预设pwm参考信号参数，接收来自信号判别单元输出的存在异常谐波的交流电流，使用pwm调制机制对接收到的交流电流按照pwm参考信号参数进行谐波调控和抑制处理，将处理后的交流电流输出至整流处理单元的输入端；

6、整流处理单元：接收信号判别单元的输出电流和pwm调控单元的输出电流并分别设为第一输出电流和第二输出电流，对第一输出电流和第二输出电流均进行电流整流处理，将处理后直流电流传输至直流支路完成整流电流输出。

7、在现有的应用场景中，当交流电路的负载场景是非线性负载时，例如电弧炉、变频器、电力电子设备等，由于非线性负载对电流的需求可能会发生急促变化，导致交流电路电流波形出现突变，可能导致额外引入较多的谐波。这些过多的谐波会导致电能质量下降，可能引起其他设备的故障或干扰附近电子设备的正常运行。现有的整流辅助电路在大多数使用情况下都主要对普通谐波进行正常优化，难以快速根据实际工作条件对参数较高的超额异常谐波信号进行有效甄别处理。由于某些谐波成分存在的时间点和时间段长度不固定，容易导致超额异常谐波信号处理不及时，使得谐波干扰抑制的精确度降低，从而进一步影响整流电路的信号处理效果。如果设置为较长时间段的高参数固定调制策略，又容易导致整流过程本身的低效率和谐波处理资源的过多消耗，不利于企业生产的成本考虑。基于此，本发明提供一种基于信号判断的工频全桥整流装置，解决在现有工业场景的整流电路中，在对高谐波电流处理时对超额异常谐波信号甄别处理效率不高的问题。

8、进一步地，所述信号判别单元与pwm调控单元、整流处理单元通过p沟道的场效应管gf连接；所述信号判别单元的工作过程包括：将交流信号按比例调制为次级交流信号，使用零点交叉方式检测交流信号的过零点并生成方波信号，将方波信号与参考电流参数进行迟滞比较后输出电平并连接至场效应管gf；

9、当输出低电平时，场效应管gf导通，交流信号传输至pwm调控单元和整流处理单元，此时判别为交流信号谐波未达到极端异常状态；当输出高电平时，场效应管截止，交流信号传输至pwm调控单元，此时判别为交流信号谐波已达到极端异常状态。

10、进一步地，所述pwm调控单元包括第一pwm电路和第二pwm电路，所述第一pwm电路的输入端为pwm调控单元的输入端，所述第二pwm电路的输出端为pwm调控单元的输出端，所述第一pwm电路的输出端连接至第二pwm电路的输入端；所述pwm调控单元的工作过程包括：第一pwm电路基于交流信号转化输出pwm信号，然后通过放大器放大后与pwm参考信号参数进行比较算出误差信号，第二pwm电路基于误差信号对原始交流信号进行谐波抑制修正后输出。

11、进一步地，所述信号判别单元的结构包括电压源ui、电流互感器ta、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一比较器u1和第二比较器u2；

12、所述电流互感器ta的原边连接电压源ui，副边的两端分别与第一电阻r1的一端、第二电阻r2的一端连接；所述第一电阻r1的另一端与第一电容c1的一端、第三电阻r3的一端连接至端点v1处，第二电阻r2的另一端与第一电容c1的另一端、第三电阻r3的另一端连接至同一点；所述第二电容c2的一端、第五电阻r5的一端和第一比较器u1的同相输入端均连接至端点v1处，且第一比较器u1的反相输入端与第四电阻r4、接地端顺次串联；所述第二电容c2的另一端和第一比较器u1的输出端连接至端点v2处；所述第六电阻r6的一端与第二比较器u2的同相输入端、第三电容c3的一端均连接至端点v2处；所述第六电阻r6的另一端接有电压源vcc1，第三电容c3的另一端接地；所述第二比较器u2的反相输入端与第二比较器u2的输出端、场效应管gf的g极连接至同一点；所述场效应管gf的d极连接至整流处理单元的输入端，场效应管gf的s极与第五电阻r5的另一端、pwm调控单元的输入端连接至同一点。

13、进一步地，所述第一pwm电路包括第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第三比较器u3和第一放大器y1；

14、所述第三比较器u3的同相输入端、第八电阻r8的一端和第九电阻r9的一端均连接至场效应管gf的s极，且第三比较器u3的反相输入端与第七电阻r7、接地端顺次串联；所述第三比较器u3的电源正极端与电压源vcc2、第四电容c4的一端连接至同一点，且第四电容c4的另一端接地，第三比较器u3的电源负极端接地；第八电阻r8的另一端与第三比较器u3的输出端、第十电阻r10的一端连接至同一点；第十电阻r10的另一端与第十一电阻r11的一端、第五电容c5的一端、第一放大器y1的同相输入端连接至同一点；第九电阻r9的另一端与第十一电阻r11的另一端、第五电容c5的另一端、第一放大器y1的输出端均连接至端点v3处，且第一放大器y1的反相输入端与第十二电阻r12、接地端顺次串联，且端点v3为第一pwm电路的输出端。

15、进一步地，所述第二pwm电路包括第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第六电容c6和第四比较器u4，其中第十四电阻r14的一端设为第二pwm电路的输入端；第十四电阻r14的另一端连接至第四比较器u4的同相输入端；所述第十三电阻r13的一端与第六电容c6的一端、接地端连接至同一点，且第十三电阻r13的另一端接电压源vcc4；所述第十三电阻r13为可变电阻，所述第四比较器u4的反相输入端与第十三电阻r13的阻值滑动端、第六电容c6的另一端连接至同一点；所述第四比较器u4的输出端连接至第十五电阻r15的一端，且第十五电阻r15的另一端设为第二pwm电路的输出端。

16、进一步地，所述整流处理单元包括整流桥、第七电容c7、第十六电阻r16和第十七电阻r17，所述场效应管gf的d极与pwm调控单元的输出端分别连接至整流桥的第一输入端p1和第二输入端p2；所述第十六电阻r16的一端与整流桥的第一输出端p3连接，另一端与第七电容c7的一端、第十七电阻r17的一端均连接至端点v4处；第十七电阻r17的另一端与第七电容c7的另一端、整流桥的第二输出端p4连接至同一点；所述端点v4与外部的直流支路连接。

17、进一步地，所述直流支路与端点v4之间还设有高频抑制电路，所述高频抑制电路包括一阶555定时器电路和二阶555定时器电路，所述一阶555定时器电路的输入端和输出端分别与端点v4和二阶555定时器电路的输入端连接，且二阶555定时器的输出端与外部的直流支路连接；

18、所述一阶555定时器电路用于根据输入信号生成pwm信号，对直流信号进行占空比控制以限制功率；二阶555定时器电路对一阶555定时器输出的pwm信号进行高频滤除。

19、进一步地，所述高频抑制电路包括第一555定时器m1、第二555定时器m2、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第二十一电阻r21、第二十二电阻r22、第八电容c8、第九电容c9、第十三电容c13、第十一电容c11和第十二电容c12；

20、所述第十八电阻r18的一端与第一555定时器m1的端口2均连接至端点v4处；所述第十九电阻r19的一端与第一555定时器m1的端口6、第九电容c9的一端连接至同一点，且第九电容c9的另一端接地；第十九电阻r19的另一端与第十八电阻r18的另一端、第八电容c8的一端连接至同一点，且第八电容c8的另一端连接至第一555定时器m1的端口7；第一555定时器m1的端口8和端口4、第十三电容c13的一端、电压源vcc5连接至同一点，且第十三电容c13的另一端接地；第一555定时器m1的端口5与第十一电容c11、接地端顺次串联；

21、第一555定时器m1的端口3连接至第二555定时器m2的端口2；所述第二十一电阻r21的一端与第二555定时器m2的端口6、第二十二电阻r22的一端连接至同一点，且第二十二电阻r22的另一端接地；所述第二十一电阻r21的另一端连接至电压源vcc6；第二555定时器m2的端口8与端口4、电压源vcc7连接至同一点，且端口7空置；第二555定时器m2的端口5与第十二电容c12、接地端顺次串联，且端口3与直流支路连接。

22、进一步地，所述第一555定时器m1和第二555定时器m2之间还设有跟随器电路；所述跟随器电路包括第二放大器y2、第二十电阻r20和第十电容c10；所述第二放大器y2的同相输入端与第二是电阻r20、第一555定时器m1的端口3连接至同一点；所述第二十电阻r20的另一端与第十电容c10、第二放大器y2的电源正极端连接至同一点，且第二放大器y2的电源负极端接地；第二放大器y2的输出端与第二放大器y2的反相输入端、第二555定时器m2的端口2连接至同一点。

23、本发明与现有技术相比，在起到对交流信号的快速整流和谐波抑制的兼顾作用、提高整流电流的传输效率的同时，还能将超出设定阈值范围的数值较高的超额异常谐波进行单独收集和抑制处理，具有针对交流信号不同电流段存在不同大小谐波的灵活处理和高效电流整流传输的优点和有益效果。