一種分布式大功率高電壓電源的製作方法

2023-10-05 02:41:39

本實用新型涉及一種電源，特別是一種分布式大功率高電壓電源。

背景技術：

用電設備有交流的或和直流的，交流輸入電壓為單相220V或三相380V；直流用電的設備多採用220V進行整流，然後由電源電路提供給需要的負載，從電能輸送效率上講，高電壓具有功率密度高，傳輸線上的損耗小的特點，如採用高壓直流供給遠距離的負載電源，能實現交率提升一倍的效果。這些應用如在機載等對體積和重量有要求的場合使用優為重要。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種空間利用率高、易於電源小型化、能降低線損的大功率分布式電源。

本實用新型的目的是這樣實現的，一種分布式大功率高電壓電源，其特徵是：至少包括：整流濾波電路、DC/DC電源模塊、300V 輸出端、保護電路、採樣電路、後級DC/DC電路，三相交流電壓的A 相、B相、C相分別分成多組，每一組與整流濾波電路的輸入端電連接，整流濾波電路的輸出端與DC/DC電源模塊的輸入端電連接，多個DC/DC電源模塊的輸出端並聯後與300V輸出端的輸入端電連接， 300V輸出端的輸出端分成多路分別與一路後級DC/DC電路電連接；所述的採樣電路與300V輸出端電連接，用於獲取300V輸出端的電流或電壓信息，採樣電路將獲取的300V輸出端的電流或電壓信息通過保護電路反饋到每路DC/DC電源模塊。

整流濾波電路和DC/DC電源模塊共有三組，採用相同的電路，三組DC/DC電源模塊的輸出串聯連接構300V輸出端；所述的三相交流電壓的A相、B相、C相分別分成三組，每一組與整流濾波電路的輸入端電連接，經整流濾波電路整流濾波輸出。

整流濾波電路由LC濾波。

採樣電路由兩個串聯連接的電阻R19和電阻R20構成，電阻R19 和電阻R20串聯在300V輸出端上正負端，電阻R19遠大於電阻R20 的阻值，電阻R19和電阻R20的串聯連接點與4路或2路電壓比較器N1中的兩個輸入端電連接，兩個輸入端是一正輸入端和一負輸入端。

保護電路至少包括由5V電源構成的5V基準和5V供電電源、延時電路、4路或2路電壓比較器N1和二輸入與門N2，所述5V基準與上述的一路比較器的負端電連接，另一路比較器的正端與電阻R9 和電阻R10分壓點電連接，電阻R9和電阻R10串聯在5V基準電壓之間，上述兩個電壓比較器的輸出與二輸入與門N2的輸入端電連接，二輸入與門N2的輸出端到DC/DC電源模塊的輸入控制端。

後級DC-DC電路包括DC-DC模塊AW1和15路並聯的輸出電路， 15路並聯的輸出電路分別是由電感和退耦電容構成的LC濾波電路構成。

本實用新型的優點是：

特點1：採用點對面的設計方式，前端AC-DC大功率電源輸出隔離穩定的電壓，傳輸給後級DC-DC二級轉化電源，實現一對多的遠距離傳輸驅動電源，高壓輸出可以降低遠距離傳輸的損耗，一對多驅動方式可以節約成本和縮小負載端的空間，實現負載端電源小型化、隨負載任意安裝，靈活性強，負載端電源相互隔離，損壞後易於更換和維修，降低了維修成本。

特點2：前端AC-DC大功率電源採用模塊串並聯實現，各模塊之間相互獨立，集成度高、互換性強、體積小、任何一個模塊報故，可以準確的快速的定位故障點，便於維修和更換，相對於傳統散件搭架的AC-DC電源來說，元器件較少、重量輕、可靠性高。

特點3：後端DC-DC分布式電源採用模塊化設計，集成於負載端(和負載公用PCB板)，實現低紋波、高負載穩定度、降低後級負載線上的EMI幹擾、靈活度高(隨負載任意安裝)，降低了負載端電源的體積，而且後級分布式電源相互獨立，易於準確定位故障和維修或更換故障電源。

總之，採用一對多的設計方式，可以遠距離傳輸降低線損，節約成本和縮小負載端空間(後級DC/DC電路與負載集成於同一塊印製板)，靈活性高，前級AC-DC採用模塊串並搭建，實現高功率密度、高可靠性、小體積等特點，並且易於定位故障點，便於維修或更換，後級DC-DC與負載集成在一起，降低負載線上EMI幹擾，高負載穩定度和低紋波等特點。

附圖說明

下面結合實施例附圖對本實用新型作進一步說明：

圖1是本實用新型實施例原理框圖；

圖2是整流濾波電路和DC/DC電源模塊的電路原理圖；

圖3是採樣保護電路原理圖；

圖4是後級DC/DC電路原理框圖。

圖中，1、三相電源；2、整流濾波均壓電路；3、DC/DC電源模塊；4、300V輸出端；5、保護電路；6、採樣電路；7、後級DC/DC 電路。

具體實施方式

如圖1所示，一種分布式大功率高電壓電源，其特徵是：至少包括：整流濾波電路2、DC/DC電源模塊3、300V輸出端、保護電路 5、採樣電路6、後級DC/DC電路7，三相交流電壓1的A相、B相、 C相分別分成多組，每一組與整流濾波電路2的輸入端電連接，整流濾波電路2的輸出端與DC/DC電源模塊3的輸入端電連接，多個 DC/DC電源模塊3的輸出端並聯後與300V輸出端的輸入端電連接， 300V輸出端的輸出端分成多路分別與一路後級DC/DC電路7電連接。所述的採樣電路6與300V輸出端電連接，用於獲取300V輸出端的電流或電壓信息，採樣電路6將獲取的300V輸出端的電流或電壓信息通過保護電路5反饋到每路DC/DC電源模塊3。

圖2是整流濾波電路和DC/DC電源模塊3的電路原理圖，三相交流電壓1的A相、B相、C相分別分成三組，每一組與整流濾波電路2的輸入端電連接，經整流濾波電路2整流濾波輸出，濾波電路由LC濾波，即通過電感L1、電容C1、電容C2進行濾波，電容C1、電容C2串聯連接，以使電容的耐壓能承受整流後的峰值電壓，在電容C1和電容C2上分別並接一個洩放電阻R1和R2，濾波後輸出給模塊AW2、AW3輸入端，模塊AW2、AW3輸入端進行並聯連接，以提高整體的功率輸出，模塊AW2、AW3輸出端進行串聯連接，以提高輸出電壓，模塊AW2和模塊AW3輸出端進行串聯連接，再進行LC濾波，為跟下一級DC電源模塊串聯做準備。模塊AW2、AW3為現有的隔離電源模塊電路，它採用輸入和輸出隔離處理。

模塊AW2和模塊AW3包括有一個使能端，使能端通過使能端控制電路控制，使能端控制電路實現模塊AW3、模塊AW2同時開啟或關閉，防止模塊AW3、模塊AW2因未能同時啟動而損壞。

使能端控制電路包括光耦V4和延時處理電路，延時處理電路由電容C13、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8和三極體V5構成，電容C13和電阻R6並接在光耦V4的光電三極體的集電極和發射極之間，光電三極體的集電極同時與三極體V5的基極電連接，同時通過上拉電阻R5接電源，三極體V5的集電極和發射極之間並接電阻 R8，電阻R8分兩路，一路到模塊AW2和模塊AW3的始能端，另一路通過電阻R7到接電源，光耦V4的輸入端與保護電路電連接，對應圖2中的兩個箭頭。模塊AW2和模塊AW3進行串聯連接，對應圖2 中的輸出100V+和輸出100V-。

整流濾波電路和DC/DC電源模塊3共有三組，採用相同的電路，三組DC/DC電源模塊3的輸出串聯連接構成圖1中的300V輸出端4。

如圖3所示，採樣電路6由兩個串聯連接的電阻R19和電阻R20 構成，電阻R19和電阻R20串聯在300V輸出端4上正負端，電阻R19 遠大於電阻R20的阻值，電阻R19和電阻R20的串聯連接點與4路或2路電壓比較器N1中的兩個輸入端電連接，兩個輸入端是一正輸入端和一負輸入端；

保護電路5至少包括由5V電源構成的5V基準和5V供電電源、延時電路、4路或2路電壓比較器N1和二輸入與門N2，所述5V基準與上述的一路比較器的負端電連接，另一路比較器的正端與電阻 R9和電阻R10分壓點電連接，電阻R9和電阻R10串聯在5V基準電壓之間，上述兩個電壓比較器的輸出與二輸入與門N2的輸入端電連接，二輸入與門N2的輸出端到DC/DC電源模塊3的輸入控制端。

採樣保護電路原理如圖3所示，採樣電路6檢測的300V輸出端 4的電壓和設置的電壓基準進行比較，如果300V輸出端4的電壓超過電壓基準電壓，4路或2路電壓比較器N1輸出為高電平，4路或 2路電壓比較器N1輸出的高電平經過二輸入與門N2後到DC/DC 電源模塊3的輸入控制端。

二輸入與門N2的另一路門輸入是5伏電壓基準源，5伏電壓基準源受光耦V4控制，V4三極體端導通，從而關斷5伏電壓基準源輸出。則時，4路或2路電壓比較器N1輸出不論是高電平或低電平，經二輸入與門N2都是低電平輸出。因此，通過控制V4三極體端關斷，保持電源正常工作。在上電後，如果保護電路先工作就會判斷為整個輸出欠壓從而關斷整個輸出，所以設計中應讓保護電路5延遲(V7先關斷，延時後開通)，待圖2中DC電源啟動後再去檢測輸出端電壓。

如圖4所示，後級DC-DC電路7包括DC-DC模塊AW1和15路並聯的輸出電路，並聯的輸出電路由15路L型LC濾波電路構成。電感L主要作用是扼制電流的跳變，起到穩流的作用。退耦電容C1的主要用於抑制由於SSO引起的電壓的跳變，起到穩壓的作用。15路並聯的輸出電路的輸入端與DC-DC模塊AW1的輸出端電連接，DC-DC 模塊AW1的輸入端與DC300V5的輸出端電連接。

本實用新型適應於三相四線或三相380V交流輸入，通過整流濾波後，輸入給DC400V-650V高壓模塊(通過DC300V模塊串聯均壓實現或內部集成為高壓模塊)，此高壓模塊輸出進行並聯 (均流實現)擴功率後形成一個子電源(圖1)，子電源為一個獨立的個體，多個子電源進行串並聯實現大功率AC-DC電源前端，此前端看作為一個大功率電源，外圍進行過壓、過流、短路、過熱等保護，保護電路也是一個獨立的控制電路，互換性強。

大功率AC-DC電源可以通過電位器(光耦隔離)進行聯調，也可以調節子電源電壓，調節後AC-DC總輸出電壓值不變。

大功率AC-DC電源的優點在於可以根據用戶要求，快速的調節子電源的數量和串並關係，完成負載端功率要求，可以準確定位故障點，快速排故，互換性和可維修性高，而且用模塊搭建元器件少，可靠性高，功率密度大，體積小，符合發展要求。

後級分布式DC-DC電源(圖3為部分DC-DC電源)最大特點是跟負載集成於同一塊印製板，很大程度上優化了負載調整率，紋波，EMI幹擾等重大指標，提高了電源的品質，後級電源輸入範圍以AC-DC電源輸出為準，一般遠距離傳輸採用高壓傳輸，降低線損，因此，此模塊可以根據輸入源的要求進行調整，互換性高。隨負載安裝，優化後級負載端空間，整體提高空間利用率，易於電源小型化。