1.引言

  　精密電子儀器設備廣泛應用于家庭、工業生產、辦公自動化、實驗研究、通信工程、醫療等領域，一般均由城市電網供電。城市電網額定電壓為單相220V，是人為規定的理想狀態的電壓。由于來自變壓器的供電線路首端電壓為（220+10%）V、尾端電壓為（220-10%）V，因而要求電氣設備具備一定的抗電網電壓波動的能力。盡管大部分電器設備具有抗電源電壓波動的能力，但是據統計，電源電壓的波動是引起電氣設備故障的原因之一，因此，這些電氣設備需要使用穩壓電源才能保障其正常運行。

穩壓電源是對電網電壓起穩定作用的設備，在我國已應用多年，如：伺服電機帶動調壓變壓器的滑動觸點式、可變電抗器式、磁飽和式自動穩壓電源等。

　　上述穩壓電源原理上都是對電網電壓取樣，經過比較處理和使用伺服電機或無觸點開關進行調整，以使交流電壓穩定輸出。這類穩壓電源一般穩壓效果較差，精度在1%~0.5%。

目前的交流穩壓電源主要存在下列問題：

（1）使用非線性電抗器往往帶來諧波，對電網電壓波形質量沒有改善，有的還帶有附加波形失真對電網造成諧波污染。

（2）采樣時間和執行機構動作時間過長。

　　這兩個環節對穩壓器性能影響較大，采樣方式一般采用有效值或平均值采樣，至少需要幾個周期；而伺服電機執行調整動作一般需幾秒到幾十秒，時間過長且對電壓波形沒有改善作用。這些穩壓方法，對電網電壓中變化速度較快的干擾諸如浪涌、下陷、脈沖干擾和高頻干擾等來不及反應和執行，造成干擾穿過穩壓裝置到達用電設備，對電氣設備不能起到保護作用，還可能造成電氣設備不能正常運行甚至損壞。

　　由此可見，在電網電壓發生變化和干擾時，使穩壓電源的輸出電壓快速回到額定值附近，給電氣設備提供波形良好、幅值穩定的正弦交流電壓，對保障其安全正常運行將有很大好處。

2. 瞬時比較交流穩壓方法

　　下面介紹一種可以改善上述交流穩壓電源不足的交流穩壓新方法，即用瞬時比較法——波形修補技術制作交流穩壓電源，基本原理示意如圖1。

電網電壓uin=額定電壓uS+⊿u

電網電壓uin+控制電壓uC=輸出電壓uout  

                                圖1  波形修補技術示意圖

　　其中額定電壓uS是由人為規定的理想狀態的電壓，⊿u是電網電壓對額定電壓的偏離，不管大小，只要偏離額定電壓，可由人工制造的控制電壓uC與電網電壓uin進行疊加。若讓人為制作的控制電壓uC等于-⊿u，在⊿u變化時，-⊿u也隨之改變，輸入電壓uin與控制電壓uC疊加后就等于額定電壓uS。在城市電網中，單相額定電壓有效值為220V。

控制電壓的獲得示意如圖2所示。

對于輸入電壓引起的變化,首先將輸入電壓進行采樣，變比系數為1/A，

uin/A=（uS+⊿u1）/A  = uS/A+⊿u1/A

　　人為制造一個參考電壓ur，與電網電壓同頻同相，有效值為US/A，且波形良好。輸入電壓uin的采樣值與ur比較后其差值為⊿u1/A，即uin—ur=⊿u1/A,

然后將此電壓差值和功率放大β倍。

　　令β=A，則被放大后的值就是⊿u1，再通過耦合變壓器將⊿u1反相疊加到電路中，此時輸出電壓就等于額定電壓，即uout=uS=Aur=βur。此時，由于β是一個放大系數，uout的性能僅與ur有關。

ur是人為產生的實在電壓，可由模擬或數字電路獲得，具有良好性能指標，ur的穩定也就決定了輸出電壓的穩定。

　　由以上分析看出，瞬時比較交流穩壓方法的實質是：采用輸入電壓與參考電壓進行瞬時比較找出其波形的不足，通過控制電壓的疊加，對輸入電壓波形進行改善和修補，從而達到穩定輸出電壓的目的。輸出電壓的電能質量由ur決定，波形良好、幅值穩定；而輸入電壓僅是給電源內部工作和穩定的電壓輸出提供能量，使用小功率控制電壓得到大功率的穩定輸出電壓。這樣輸出能量由電網提供，控制電壓僅用來修補電網中與額定電壓偏離的波動部分。

　　同樣，對于輸入電壓不變，而由于負載的變化引起輸出電壓改變時，從輸出電壓端采樣，用類似辦法調整控制電壓uC2，使控制電壓uC2改變，維持輸出電壓穩定，而不影響輸入電壓。