基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源的製作方法

2023-05-13 00:41:51

專利名稱：基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開關電源裝置，具體地說是一種基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源。
背景技術：
電流源(Current Source)模式的逆變電路在超大功率應用領域獲得廣泛應用，例如在交流傳動、感應加熱、電廠無功補償與直流電機驅動等。在超大功率應用領域，電流源模式的逆變電路大多採用可關斷晶閘管(GTO)或大功率電晶體(GTR)之類的低速自關斷開關器件作為開關。中小功率直流開關電源的主電路大多採用以絕緣柵雙極性電晶體(IGBT)或場效應電晶體(MOSFET)為開關的電壓源模式的逆變電路。這種結構的直流開關電源有如下問題，限制了其在直流高電壓大功率領域的應用1)逆變器輸出側需要濾波電感，在輸出電壓很高時，輸出電感工藝複雜、體積大、 成本高；2)輸出側整流電路的快恢復二極體或高壓矽堆的反向恢復特性很差，很容易造成二極體或高壓矽堆擊穿；3)隨功率變大，逆變變壓器的磁不對稱問題很難解決，容易造成逆變橋開關過流
實用新型內容針對上述不足，本實用新型提供了一種基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，其主要用作中大功率高壓直流開關電源，不僅體積小、成本低，而且性能好。本實用新型解決其技術問題採取的技術方案是基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，包括電壓源模塊、逆變模塊和整流模塊，其特徵是，還包括電感電路單元；所述電壓源模塊包括三相交流電源、三相相控整流橋、第一電感和第一電容，所述電感電路單元包括第一功率電阻、第二功率電阻、二極體、第二電容和第二電感，所述逆變模塊包括逆變橋和逆變變壓器，所述整流模塊包括整流橋和第三電容；其中，所述三相相控整流橋輸入側的A端、B端和C端分別與三相交流電源輸出側的A端、B端和C端相連接，三相相控整流橋的正極輸出端與第一電感的一端相連接，負極輸出端與第一電容的一端和逆變橋的負極輸入端相連接；所述第一電感的另一端與第一電容的另一端、第一功率電阻的一端和第二電感的一端相連接；所述二極體的一端與第一功率電阻的另一端相連接，另一端與第二功率電阻的一端和第二電容的正極端相連接；所述逆變橋的正極輸入端與第二電感的另一端、第二功率電阻的另一端和第二電容的負極端相連接；所述逆變變壓器的輸入側分別與逆變橋輸出側的A端和B端相連接，輸出側分別與整流橋輸入側的A端和B端相連接；；所述整流橋的正極輸出端與第三電容的一端和負載的正極相連接，負極輸出端與第三電容的另一端和負載的負極相連接。[0011]所述三相相控整流橋的開關元器件採用可關斷晶閘管。所述逆變橋的開關元器件採用絕緣柵雙極性電晶體或場效應電晶體。所述整流橋的開關元器件採用高壓矽堆。所述的第一電感與第一電容構成低通濾波器。所述的第一功率電阻和二極體以及第二功率電阻與第二電容並聯的電路單元順序串聯構成電感開路續流保護電路單元。進一步地，所述三相相控整流橋的G端連接有第一脈衝控制電路1。所述逆變橋的G端連接有第二脈衝控制電路。本實用新型的有益效果是1)構成一種基於電流源模式的高頻開關電源。其高壓輸出端動態特性呈近似恆流源特性，去除了傳統的體積大、工藝複雜、成本昂貴的高頻高壓輸出濾波電感；顯著降低了高壓輸出側整流橋的高壓矽堆在反向恢復期的di/dt，明顯降低了其故障率和開關損耗； 顯著降低了逆變橋的開關管的通/斷應力和損耗，徹底解決了電壓源模式中逆變變壓器的偏磁問題，大幅提高了系統可靠性。2)以相控整流橋為主構成了電流可調電流源。不僅具備軟啟動能力；而且如果在三相相控整流橋和逆變橋的脈衝控制電路與輸出的電壓電流之間建立反饋環路，可實現自動穩壓功能。3)引入了由第一功率電阻、快恢復的二極體、第二功率電阻和大容量單極性第二電容構成的電感開路續流保護電路。當開關電源負載過流或負載異常，需快速關斷逆變橋時，電感開路續流保護電路起到續流和吸收逆變橋直流側尖峰電壓作用，成功解決了電流源模式開關電源的逆變橋開路後的電感續流問題。

圖1是本實用新型的結構框圖；圖2是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，該基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，包括電壓源模塊、電感電路單元、逆變模塊和整流模塊。所述電壓源模塊包括三相交流電源VS、開關元器件採用可關斷晶閘管的三相相控整流橋BD1、第一電感Ll和第一電容Cl，所述電感電路單元包括第一功率電阻R1、第二功率電阻R2、二極體Dl和第二電容C2，所述逆變模塊包括開關元器件採用絕緣柵雙極性電晶體或場效應電晶體的逆變橋BD2和逆變變壓器T1，所述整流模塊包括關元器件採用高壓矽堆的整流橋BD3和第三電容C3 ；所述的第一電感Ll與第一電容Cl 構成低通濾波器；所述三相相控整流橋BDl的G端連接有第一脈衝控制電路CUl，所述逆變橋BD2的G端連接有第二脈衝控制電路⑶2。如圖2所示，所述三相相控整流橋BDl輸入側的A端、B端和C端分別與三相交流電源VS輸出側的A端、B端和C端相連接，三相相控整流橋BDl的正極輸出端與第一電感 Ll的一端相連接，負極輸出端與第一電容Cl的一端和逆變橋BD2的負極輸入端相連接；所述第一電感Ll的另一端與第一電容Cl的另一端、第一功率電阻Rl的一端和第二電感L2的一端相連接；所述二極體Dl的一端與第一功率電阻Rl的另一端相連接，另一端與第二功率電阻R2的一端和第二電容C2的正極端相連接；所述逆變橋BD2的正極輸入端與第二電感L2的另一端、第二功率電阻R2的另一端和第二電容C2的負極端相連接；所述逆變變壓器Tl的輸入側分別與逆變橋BD2輸出側的A端和B端相連接，輸出側分別與整流橋BD3輸入側的A端和B端相連接；所述整流橋BD3的正極輸出端與第三電容C3的一端和負載ZL 的正極相連接，負極輸出端與第三電容C3的另一端和負載ZL的負極相連接。所述第一脈衝控制電路CUl與三相相控整流橋BDl的G端相連接，第二脈衝控制電路CU2與逆變橋BD2 的G端相連接。
權利要求1.基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，包括電壓源模塊、逆變模塊和整流模塊， 其特徵是，還包括電感電路單元；所述電壓源模塊包括三相交流電源(VS)、三相相控整流橋(BDl)、第一電感(Li)和第一電容(Cl)，所述電感電路單元包括第一功率電阻(Rl)、二極體(Dl)、第二功率電阻(R2)、 第二電容(以)和第二電感(L2)，所述逆變模塊包括逆變橋(BM)和逆變變壓器(Tl)，所述整流模塊包括整流橋(BD!3)和第三電容(C3)；其中，所述三相相控整流橋(BDl)輸入側的A端、B端和C端分別與三相交流電源(VS) 輸出側的A端、B端和C端相連接，三相相控整流橋(BDl)的正極輸出端與第一電感(Li)的一端相連接，負極輸出端與第一電容(Cl)的一端和逆變橋(BD2)的負極輸入端相連接；所述第一電感(Li)的另一端與第一電容(Cl)的另一端、第一功率電阻(Rl)的一端和第二電感(U)的一端相連接；所述二極體(Dl)的一端與第一功率電阻(Rl)的另一端相連接，另一端與第二功率電阻(R2)的一端和第二電容(C2)的正極端相連接；所述逆變橋(BD2)的正極輸入端與第二電感(L2)的另一端、第二功率電阻(R2)的另一端和第二電容(C2)的負極端相連接；所述逆變變壓器(Tl)的輸入側分別與逆變橋(BM)輸出側的A端和B端相連接，輸出側分別與整流橋(BD;3)輸入側的A端和B端相連接；所述整流橋(BD!3)的正極輸出端與第三電容(C3)的一端和負載(ZL)的正極相連接，負極輸出端與第三電容(C3)的另一端和負載(ZL)的負極相連接。
2.根據權利要求1所述的基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，其特徵是，所述三相相控整流橋(BDl)的開關元器件採用可關斷晶閘管。
3.根據權利要求1所述的基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，其特徵是，所述逆變橋(BD2)的開關元器件採用絕緣柵雙極性電晶體或場效應電晶體。
4.根據權利要求1所述的基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，其特徵是，所述整流橋(BD3)的開關元器件採用高壓矽堆。
5.根據權利要求1所述的基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，其特徵是，所述的第一電感(Li)與第一電容(Cl)構成低通濾波器。
6.根據權利要求1所述的基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，其特徵是，所述的第一功率電阻(Rl)和二極體(Dl)以及第二功率電阻(R2)與第二電容(C2)並聯的電路單元順序串聯構成電感開路續流保護電路單元。
7.根據權利要求1至6任一項所述的基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，其特徵是，所述三相相控整流橋(BDl)的G端連接有第一脈衝控制電路(CUl)。
8.根據權利要求1至6任一項所述的基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，其特徵是，所述逆變橋(BD2)的G端連接有第二脈衝控制電路(CU2)。
專利摘要一種基於電流源模式的高頻高壓直流開關電源，包括電壓源模塊、電感電路單元、逆變模塊和整流模塊；電壓源模塊包括三相交流電源、三相相控整流橋、第一電感和第一電容，電感電路單元包括第一功率電阻、第二功率電阻、二極體、第二電容和第二電感，逆變模塊包括逆變橋和逆變變壓器，整流模塊包括整流橋和第三電容。本實用新型的高壓輸出端動態特性呈近似恆流源特性，去除了傳統的高頻高壓輸出濾波電感，降低了其故障率和開關損耗，徹底解決了電壓源模式中逆變變壓器的偏磁問題；具備軟啟動能力，可以建立控制反饋環路實現自動穩壓功能；引入了電感開路續流保護電路，解決了電流源模式開關電源的逆變橋開路後的電感續流問題。
文檔編號H02M1/32GK202026242SQ201120115378
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月19日 優先權日2011年4月19日
發明者孟令國, 張玉婷, 李建文, 蔡洪寶, 邢建平, 邱雪梅 申請人:濟南卓信智能科技有限公司