一種功率單元的電源系統的製作方法

2023-06-03 01:23:41

本發明涉及高壓變頻器技術領域，尤其涉及一種功率單元的電源系統。

背景技術：

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，而功率單元是構成高壓變頻器主迴路的主要部分，現有的由功率單元級聯技術形成的高壓變頻器，有著諧波小、功率單元可互換、可批量生產吧、維護方便等突出的有點，因而得到廣泛的應用，級聯形成的高壓變頻中的每個功率單元都是相等的，因此其電源系統也是相同的；

對於功率單元，其電源系統尤為總要，由於功率單元強弱電相結合的自身特點，電源系統設計比較複雜，既要考慮電源的取電問題，又要考慮功率開關器件的驅動電源、單元控制器供電電源的隔離問題。

現在國內主流變頻器多採用單元旁路方案，此時還要考慮單元旁路驅動電源的設計，另有採用從直流母線取電的方式實現的。

其中通過功率單元的直流母線供電的方式存在以下問題：當功率單元發生嚴重故障，例如igbt爆管時，此時單元進線熔絲一般會熔斷，直流母線喪失給電源系統供電的能力，電源系統處於癱瘓狀態。而採用單元旁路供電方式，其驅動電源還需要採用其他方式實現，其設計複雜，導致硬體成本上升。

技術實現要素：

針對現有技術中功率單元中的電源系統存在的上述問題，現提供一種旨在結構簡單不受功率單元故障影響，可穩定對功率單元中的單元控制器以及驅動單元供電的電源系統。

具體技術方案如下：

一種功率單元的電源系統，應用於功率單元級聯組成的高壓變頻器中，其特徵在於，每個所述功率單元連接有一電源系統，所述電源系統包括：

單相變壓單元，所述單相變壓單元的輸入端並聯至所述功率單元的進線端；

整流電路單元，與所述單相變壓裝置連接，用以將所述單相變壓單元輸出的交流電轉化為第一直流電壓並輸出；

隔離轉換器，與所述整流電路連接，用以將輸入的所述第一直流電壓轉為n路第二直流電壓以及一路第三直流電壓，並將n路所述第二直流電壓以及一路所述第三直流電壓輸出；

單元控制器電源轉化單元，與所述隔離轉換器連接，用以將輸入的所述第三直流電壓轉化為適配所述功率單元中的單元控制器的工作電壓；

n個驅動電源轉換單元，分別與所述隔離轉換器連接，n個所述驅動電源轉換單元與n路所述第二直流電壓一一對應，每個所述驅動電源轉換單元用以將對應的所述第二直流電壓轉化為適配所述功率單元中的驅動單元的工作電壓。

優選的，所述單相變壓單元為隔離變壓器，所述進線端為三相輸入，所述隔離變壓器包括：

第一繞組，所述第一繞組的輸入端連接所述進線端中的任意一相，所述第一繞組的輸出端與所述整流電路電源的輸入端連接。

優選的，所述隔離變壓器還包括：

與所述第一繞組隔離的第二繞組，所述第二繞組的輸入端連接所述進線端中剩餘兩相中的任意一相，所述第一繞組的輸出端連接一旁路驅動單元。

優選的，還包括一電解電容，所述電解電容並聯於所述整流電路單元的輸出端，用以對所述整流電路單元輸出的所述第一直流電壓進行濾波處理並將經過濾波處理後的所述第一直流電壓輸出至所述隔離轉換器。

優選的，所述隔離轉換器為隔離型dc-dc轉換器。

優選的，所述隔離轉換器包括一開關變壓器，所述開關變壓器用以將輸入的所述第一直流電壓轉為n路第二直流電壓以及一路第三直流電壓。

優選的，所述n為8或者所述n為4。

優選的，所述驅動單元為為igbt驅動單元。

還包括一種功率單元，應用於高壓變頻器中，其中，包括上述的電源系統。

上述技術方案具有如下優點或有益效果：該電源系統不僅結構簡單，且不受功率單元出現故障的障影響，可穩定的對功率單元中的單元控制器以及多個驅動單元提供工作電壓。

附圖說明

參考所附附圖，以更加充分的描述本發明的實施例。然而，所附附圖僅用於說明和闡述，並不構成對本發明範圍的限制。

圖1為本發明一種功率單元的電源系統實施例的結構示意圖。

附圖標記：

1、功率單元；2、單相變壓單元；3、整流電路單元；4、隔離轉換器；5、驅動電源轉換單元；6、單元控制器電源轉化單元；7、旁路驅動單元。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為本發明的限定。

本發明的技術方案中包括一種功率單元的電源系統。

如圖1所示，一種功率單元的電源系統的實施例，應用於功率單元級聯組成的高壓變頻器中，其中，每個功率單元1連接有一電源系統，電源系統包括：

單相變壓單元2，單相變壓單元2的輸入端並聯至功率單元1的進線端；

整流電路單元3，與單相變壓裝置連接，用以將單相變壓單元2輸出的交流電轉化為第一直流電壓並輸出；

隔離轉換器4，與整流電路連接，用以將輸入的第一直流電壓轉為n路第二直流電壓以及一路第三直流電壓，並將n路第二直流電壓以及一路第三直流電壓輸出；

單元控制器電源轉化單元6，與隔離轉換器4連接，用以將輸入的第三直流電壓轉化為適配功率單元1中的單元控制器的工作電壓；

n個驅動電源轉換單元5，分別與隔離轉換器4連接，n個驅動電源轉換單元5與n路第二直流電壓一一對應，每個驅動電源轉換單元5用以將對應的第二直流電壓轉化為適配功率單元1中的驅動單元的工作電壓。

針對現有技術中單元控制器以及驅動單元採用從功率單元1的直流母線取電的方式，在功率單元1出現故障如進線熔絲熔斷，此時直流母線則無法為功率單元1中的單元控制器以及相關的驅動單元進行供電的問題；

以及通過採用單元旁路方案，需要考慮單元旁路驅動電源的設計，其驅動電源還需要採用其他方式實現，電路不僅設計複雜還導致硬體成本上升。

本發明中則通過單相變壓單元2與功率單元1的三相進線端中的兩相連接，通過整流電路單元3將輸入的交流電轉換為第一直流電壓電輸出至隔離轉換器4，通過隔離轉換器4降輸入的第一直流電壓轉化為n路第二直流電壓以及一路第三直流電壓；

隔離轉換器4將n路第二直流電壓輸出至對應的輸出n個驅動電源轉換單元，每個驅動轉換單元將第二直流電壓轉化為適配驅動單元的工作單元；

隔離轉換器4將一路第三直流電壓輸出至單元控制轉換單元，單元控制轉換單元用以將第三直流電壓轉化為適配單元控制器的工作電壓。

在一種較優的實施方式中，單相變壓單元2為隔離變壓器，進線端為三相輸入，隔離變壓器包括：

第一繞組，第一繞組的輸入端連接進線端中的任意一相，第一繞組的輸出端與整流電路電源的輸入端連接。

在一種較優的實施方式中，隔離變壓器還包括：

與第一繞組隔離的第二繞組，第二繞組的輸入端連接進線端中剩餘兩相中的任意一相，第一繞組的輸出端連接一旁路驅動單元7。

上述技術方案中，單相變壓單元2從功率單元1的三相進線端接入兩相，單相變壓單元2的第一繞組連接整流電路，第二繞組連接旁路驅動單元7，其中第二繞組輸出的電壓供旁路驅動單元7的工作電壓。

在一種較優的實施方式中，還包括一電解電容(未於圖中示出)，電解電容並聯於整流電路單元3的輸出端，用以對整流電路單元3輸出的第一直流電壓進行濾波處理並將經過濾波處理後的第一直流電壓輸出至隔離轉換器4。

上述技術方案中，電解電容並聯於整流電路單元3的輸出端，用以降低交流脈動波紋係數提升高效平滑直流輸出。

在一種較優的方式中，隔離轉換器4為隔離型dc-dc轉換器。

優選的，隔離轉換器4包括一開關變壓器(未於圖中示出)，開關變壓器用以將輸入的第一直流電壓轉為n路第二直流電壓以及一路第三直流電壓。

在一種較優的實施方式中，上述的n可為8或者n為4。

在一種較優的實施方式中，驅動單元為為igbt驅動單元。

上述技術方案中，驅動單元可為igbt驅動單元，n路第二直流電壓其中的n可根據設置的驅動單元的個數進行設置，在功率單元1中igbt驅動單元優選為4個或者8個，因此對應的n可選擇4或者8。

本發明的技術方案中還包括一種功率單元。

一種功率單元的實施例，應用於高壓變頻器中，其中，包括上述的電源系統。

以上所述僅為本發明較佳的實施例，並非因此限制本發明的實施方式及保護範圍，對於本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發明說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護範圍內。