一種基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可用于大功率、超高穩(wěn)定度的二十四脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路。包含一輸入整流濾波電路，用于輸入電壓整流濾波；一數(shù)字化穩(wěn)流電路，位于整流電路與輸出之間；一輸出濾波電路，位于數(shù)字化穩(wěn)流電路與輸出之間；一控制單元，用于控制開關(guān)電源頻率，提供PWM信號。整流濾波電路部分采用了三相二十四脈波整流與兩級LC濾波，有效降低低頻電壓紋波。穩(wěn)流電路采用數(shù)字化多管錯相并聯(lián)斬波拓?fù)洌岣邤夭l率，充分抑制高頻紋波?？刂苹芈凡捎脭?shù)字化控制，提供超高穩(wěn)定度電流基準(zhǔn)。本實用新型提供的技術(shù)方案適合用于大功率、超高穩(wěn)定度（電流長期穩(wěn)定度好于1X10-5）開關(guān)電源，具有效率高、穩(wěn)定度高、系統(tǒng)高度可配置等優(yōu)點。
【專利說明】一種基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電源電路，具體涉及一種基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的開關(guān)電源電路主要包括主電路、控制電路、輔助電路等，其中主電路包含輸入整流濾波電路、逆變電路等，伴隨電力電子及電源相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對開關(guān)電源的技術(shù)要求越來越高，大功率、大電流、低紋波、超高穩(wěn)定度(電流穩(wěn)定度好于1X10—5)的開關(guān)電源應(yīng)用越來越廣泛。為實現(xiàn)大功率、超聞穩(wěn)定度的技術(shù)指標(biāo)，需對主電路、控制電路等精心設(shè)計。而傳統(tǒng)的開關(guān)電源電路在實現(xiàn)低紋波、超高穩(wěn)定度方面存在缺陷。
[0003]射頻設(shè)備經(jīng)常存在需要動態(tài)連接，同時又要滿足射頻良好電連接性能的部位，一般在這些部位采用彈性簧片接觸，彈性簧片可彌補(bǔ)運(yùn)動及其它累積誤差的間隙，同時又能滿足射頻電連接性能。在這種情況下，簧片和與之相鄰的工件間需要焊接才能保證良好的射頻電連接性能，一般軟釬焊(焊接溫度低)焊縫無法滿足射頻電連接性能要求，若采用銀基釬焊或熔化焊，簧片需加熱到700°C以上，這樣會使簧片失去彈性，不能使用。采用鉚接或其它機(jī)械連接方式將簧片固定，無法滿足射頻系統(tǒng)長時間可靠穩(wěn)定工作的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種大功率、超高穩(wěn)定度(電流穩(wěn)定度好于1X10—5)的基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案如下:一種基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路，包括:
[0006]輸入整流濾波電路，用于將輸入三相交流電以二十四脈波整流方式整流成直流電，并將低頻噪聲濾除掉，所述輸入整流濾波電路與數(shù)字化穩(wěn)流電路輸入端連接；
[0007]數(shù)字化穩(wěn)流電路，用于將整流后的直流電經(jīng)過多管錯相斬波，形成輸出電流穩(wěn)定的直流電；數(shù)字化穩(wěn)流電路采用四個IGBT并聯(lián)，形成多管錯相并聯(lián)斬波拓?fù)?，其輸入端與輸入整流濾波電路的輸出端相連，IGBT的門極與控制電路的PWM信號輸出端相連；
[0008]輸出濾波電路，位于數(shù)字化穩(wěn)流電路與輸出端之間，用于將數(shù)字化穩(wěn)流電路產(chǎn)生的直流電的高頻噪聲抑制掉；
[0009]控制電路，用于產(chǎn)生PWM信號，控制斬波頻率，其輸入端與輸入整流濾波電路的輸入端交流進(jìn)線相接，其輸出端與數(shù)字化穩(wěn)流電路的IGBT的門極相連。
[0010]進(jìn)一步，如上所述的基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路，其中，所述的輸入整流濾波電路包括二十四脈波整流變壓器和輸入濾波電路，所述的二十四脈波整流變壓器由兩組變壓器在輸出端串聯(lián)組成，每組變壓器分別包含一次側(cè)線圈，以及兩個二次側(cè)線圈；分別將兩組變壓器的二次側(cè)線圈輸出接三相橋式整流電路，并將四路輸出串聯(lián)，即將輸入三相交流電整流成直流電；二十四脈波整流變壓器的輸出端與輸入濾波電路的輸入端連接，輸入濾波電路由兩級LC濾波電路組成。
[0011]進(jìn)一步，如上所述的基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路，其中，所述的數(shù)字化穩(wěn)流電路中多管錯相并聯(lián)斬波的四個IGBT的集電極并聯(lián)連接在一起，每一路斬波線路的輸出連接在一起，構(gòu)成四路斬波線路并聯(lián)，第一電容和第二電容并聯(lián)連接在數(shù)字化穩(wěn)流電路輸入端；第一電感的第一端與并聯(lián)斬波線路的正輸出端連接，第二電感的第一端與并聯(lián)斬波線路的負(fù)輸出端連接，在第一電感的第二端與第二電感的第二端之間連接第三電容，第一電感的第二端與第四電容的第一端連接，第四電容的第二端接地；第二電感的第二端與第五電容的第二端連接，第五電容的第一端接地。
[0012]進(jìn)一步，如上所述的基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路，其中，所述的控制電路采用全數(shù)字化控制，包括電源控制器和數(shù)據(jù)采集器，在輸出端通過直流電流傳感器獲取反饋信號，產(chǎn)生并提供超高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)信號。
[0013]本實用新型的有益效果如下:本實用新型所提供的開關(guān)電源電路采用輸入二十四脈波整流與兩級LC濾波，輸入濾波電路采用電解電容、高頻電容和整流濾波電抗器組成LC濾波線路，二十四脈波不控整流紋波因數(shù)為0.01%，諧波最低頻率為1200Hz，輸入濾波電路在線路上采用電感輸入式的LC濾波器，通過濾波器后使紋波因數(shù)為2 X W-4。開關(guān)電源電路采用多管錯相波方案，選用4支IGBT作錯相并聯(lián)線路，每只IGBT開關(guān)頻率15KHz?20KHz，并聯(lián)后輸出頻率可達(dá)60KHz?80KHz，這樣不僅滿足了紋波指標(biāo)，更提高了可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型一種基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路原理框圖；
[0015]圖2為實施例中輸入整流濾波電路圖；
[0016]圖3為實施例中數(shù)字化穩(wěn)流及輸出濾波電路圖；
[0017]附圖標(biāo)記說明:QF-斷路器；KM、KM1-接觸器；EMI_電磁干擾濾波器；DCCT_直流電流傳感器;T1、T2-變壓器；C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、CIO、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20-電容;Ll-l、Ll-2、L2-l、L2-2、L3-l、L3-2、L5-l、L5-2-電感；R4-電阻；SK1、SK2、SK3、SK4-1GBT ；VD1- 二極管。
[0018]圖4為實施例中控制電路圖；
[0019]附圖標(biāo)記說明:DBB1為電源控制板，DBB2為數(shù)據(jù)采集板，DBB3保護(hù)板。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0021]本實用新型所提供的基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:
[0022](I)輸入整流濾波電路ZL，其用于將輸入三相交流電以二十四脈波整流方式整流成直流電，并將低頻噪聲濾除掉，所述整流濾波電路與數(shù)字化穩(wěn)流電路WL輸入端連接；
[0023]所述的輸入整流濾波電路其核心為二十四脈波整流變壓器，該變壓器由兩個變壓器Tl和T2在輸出端串聯(lián)組成，其中Tl包含一次側(cè)線圈，以及兩個二次側(cè)線圈；T2包含一次側(cè)線圈，以及兩個二次側(cè)線圈。分別將兩組變壓器的二次側(cè)線圈輸出接三相橋式整流電路，并將四路輸出串聯(lián)，即將輸入三相交流電整流成直流電。二十四脈波整流變壓器輸出端與輸入濾波電路輸入端連接，輸入濾波電路由兩級LC濾波電路組成，可有效降低直流電的低頻紋波。
[0024](2)數(shù)字化穩(wěn)流電路WL，用于將整流后的直流電經(jīng)過多管錯相斬波，形成輸出電流穩(wěn)定的直流電。該部分電路采用多管錯相并聯(lián)斬波拓?fù)?，即四個IGBT (SK1、SK2、SK3、SK4)并聯(lián)，其輸入端與整流濾波電路ZL的兩級LC濾波電路輸出端相連。IGBT的門極與控制電路KZ的PWM信號輸出端相連。
[0025](3)輸出濾波電路LB，用于將數(shù)字化穩(wěn)流電路WL產(chǎn)生的直流電的高頻噪聲抑制掉，其位于數(shù)字化穩(wěn)流電路WL與輸出端之間。
[0026](4)控制電路KZ ;控制電路用于產(chǎn)生PWM信號，控制斬波頻率。所述的控制電路，其輸入與整流濾波電路ZL輸入端交流進(jìn)線相接，其輸出端與數(shù)字化穩(wěn)流電路WL的IGBT的門極相連。
[0027]如圖2所示，所述的輸入整流濾波電路ZL中，四路橋式整流模塊N1、N2、N3、N4串聯(lián)，NI的負(fù)端與N2的正端連接，N3的負(fù)端與N4的正端連接，NI的正端與電容Cl的第一端連接，N2的負(fù)端與電容C2第二端連接，N3的正端與電容C3的第一端連接，N4的負(fù)端與電容C4第二端連接。兩級LC濾波電路中，第一級LC濾波電路的電感Ll-1的第一端與電容Cl第一端連接，電感L1-2的第一端與電容C2的第二端連接，電感L1-2的第二端與電感L2-1的第二端連接，電感L2-1的第一端與電容C3的第一端連接，電感L2-2的第一端與電容C4的第二端連接；電容C5、C6、C7、C8并聯(lián)連接在電感Ll-1第一端與電感L2-2第二端之間，其中電容C5、C7的正端與電感Ll-1第一端連接，負(fù)端與電感L2-2第二端連接。第二極LC濾波電路的電感L3-1的第一端與電感Ll-1的第二端連接，電感L3-2的第一端與電感L2-2的第二端連接，電容C9與ClO并聯(lián)在電感L3-1的第二端與電感L3-2的第二端之間，電阻R4并聯(lián)在電感L3-1的第二端與電感L3-2的第二端之間。
[0028]如圖3所示，數(shù)字化穩(wěn)流電路WL中多管錯相并聯(lián)斬波的四個IGBT(SK1、SK2、SK3、SK4)集電極并聯(lián)連接在一起，每一路斬波線路的輸出連接在一起，構(gòu)成四路斬波線路并聯(lián)，電容C13、C14并聯(lián)連接在數(shù)字化穩(wěn)流電路輸入端。電感L5-1的第一端與電感L5-2的第一端之后電路為輸出濾波電路。電感L5-1的第一端與并聯(lián)斬波線路的正輸出端連接，電感L5-2的第一端與并聯(lián)斬波線路的負(fù)輸出端連接，電容C15并聯(lián)連接在電感L5-1的第二端與電感L5-2的第二端之間。電容C16的第一端與電感L5-1第二端連接，第二端接地；電容C17的第二端與電感L5-2第二端連接，第一端接地。L6、L7為扼流圈，C18并接在C16、C17之間，C18的第一端與C16的第一端連接，C18的第二端與C17的第二端連接。VDl為二極管，其正端與C18第二端連接，負(fù)端與C18第一端連接。C19與C20串聯(lián)連接后與VDl并聯(lián)，C19第一端與VDl負(fù)端連接，第二端與C20第一端連接接地，C20第二端與VDl正端連接。
[0029]如圖4所示，控制電路KZ主要由三個部分組成:DBB1電源控制、DBB2數(shù)據(jù)采集、DBB3保護(hù)。其中DBB2數(shù)據(jù)采集主要用于反饋信號處理，包括電流反饋、負(fù)載電壓反饋、前饋電壓反饋等。其將反饋信號處理后，提供給DDBl電源控制。DBBl電源控制主要利用由DBB2和DBB3產(chǎn)生的信號，進(jìn)行判斷、計算。產(chǎn)生PWM控制信號GA、GB、GC、⑶，主接觸器合閘信號、軟啟動合閘信號等。DBB3保護(hù)部分主要用于產(chǎn)生負(fù)載斷水、負(fù)載超溫、主接觸器合閘、過壓、缺相等保護(hù)信號。[0030]本實用新型中功率開關(guān)單元選擇的是IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor)絕緣柵雙極性晶體管。通過向門極加正向電壓,使IGBT導(dǎo)通,反之加反向門極電壓，關(guān)斷IGBT。通過控制流過功率開關(guān)的電流形成穩(wěn)定的輸出。
[0031]輸入AC電壓首先經(jīng)過EMI (電磁干擾濾波器)濾波后，加到輸入整流濾波電路，先進(jìn)行整流，二十四脈波整流電路是由左、右相移各7.5°的兩臺等容量12相整流變壓器，經(jīng)4組三相全波整流并聯(lián)輸出組成。其中Tl、T2的一次側(cè)線圈為三角形接法，二次側(cè)的兩組線圈分別為三角形和星形接法，二十四脈波不控整流紋波因數(shù)為I X 10Λ諧波最低頻率為1200Hz，經(jīng)過二十四脈波整流后得到的直流電，再加到兩級LC濾波電路上。通過兩級LC濾波后使系統(tǒng)低頻紋小于± I X 10_4。其中，Ll-1、Ll-2、L2-1、L2-2、C5、C6、C7、C8構(gòu)成第一級LC濾波電路，1^3-1丄3-2工9、(:10、1?4構(gòu)成第二級LC濾波電路，其中R4為能量釋放電阻。
[0032]經(jīng)過輸入整流濾波后，形成的穩(wěn)定直流電加到數(shù)字化穩(wěn)流電路。數(shù)字化穩(wěn)流電路由四路斬波器電路并聯(lián)組成，下面以其中一路的工作原理進(jìn)行說明。當(dāng)由控制電路產(chǎn)生的驅(qū)動控制脈沖信號使SKl導(dǎo)通后，電容C15開始充電，輸出電壓加到負(fù)載的兩端，在C15的充電過程中，電感L5-l、L5-2內(nèi)的電流開始逐漸增長，儲存的能力也逐漸增加。此時續(xù)流二極管VDl因反向偏置而截至。當(dāng)驅(qū)動控制脈沖信號使SKl截止時，電感L5-1、L5-2內(nèi)的電流減小，電感兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電勢使續(xù)流二極管VD2導(dǎo)通。電感中存儲的磁場能量通過二極管VD2傳遞給負(fù)載,當(dāng)負(fù)載電壓低于電容C15兩端電壓時，電容C15便向負(fù)載放電，控制驅(qū)動脈沖信號周而復(fù)始的使斬波電路重復(fù)上述過程，最終使輸出電壓趨向于某一個定值。
[0033]使用數(shù)字化控制器的多管錯相并聯(lián)功能，選擇錯相4相。4支IGBT的開關(guān)頻率為16kHz，并聯(lián)后輸出頻率提高了 4倍，可達(dá)64kHz。紋波僅為單支斬波線路的1/16 (1/n2:n為錯相數(shù))，提高了斬波頻率，通過高頻濾波回路，使高頻紋波得到很好的抑制，保證系統(tǒng)高頻紋波指標(biāo)優(yōu)于±1X10_4。同時，濾波器的體積也更小。
[0034]顯然，本領(lǐng)域的`技術(shù)人員可以對本實用新型進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若對本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路，包括: 輸入整流濾波電路，用于將輸入三相交流電以二十四脈波整流方式整流成直流電，并將低頻噪聲濾除掉，所述輸入整流濾波電路與數(shù)字化穩(wěn)流電路輸入端連接； 數(shù)字化穩(wěn)流電路，用于將整流后的直流電經(jīng)過多管錯相斬波，形成輸出電流穩(wěn)定的直流電；數(shù)字化穩(wěn)流電路采用四個IGBT并聯(lián)，形成多管錯相并聯(lián)斬波拓?fù)洌漭斎攵伺c輸入整流濾波電路的輸出端相連，IGBT的門極與控制電路的PWM信號輸出端相連； 輸出濾波電路，位于數(shù)字化穩(wěn)流電路與輸出端之間，用于將數(shù)字化穩(wěn)流電路產(chǎn)生的直流電的高頻噪聲抑制掉； 控制電路，用于產(chǎn)生PWM信號，控制斬波頻率，其輸入端與輸入整流濾波電路的輸入端交流進(jìn)線相接，其輸出端與數(shù)字化穩(wěn)流電路的IGBT的門極相連。
2.如權(quán)利要求1所述的基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路，其特征在于:所述的輸入整流濾波電路包括二十四脈波整流變壓器和輸入濾波電路，所述的二十四脈波整流變壓器由兩組變壓器在輸出端串聯(lián)組成，每組變壓器分別包含一次側(cè)線圈，以及兩個二次側(cè)線圈；分別將兩組變壓器的二次側(cè)線圈輸出接三相橋式整流電路，并將四路輸出串聯(lián)，即將輸入三相交流電整流成直流電；二十四脈波整流變壓器的輸出端與輸入濾波電路的輸入端連接，輸入濾波電路由兩級LC濾波電路組成。
3.如權(quán)利要求1所述的基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路，其特征在于:所述的數(shù)字化穩(wěn)流電路中多管錯相并聯(lián)斬波的四個IGBT的集電極并聯(lián)連接在一起，每一路斬波線路的輸出連接在一起，構(gòu)成四路斬波線路并聯(lián)，第一電容和第二電容并聯(lián)連接在數(shù)字化穩(wěn)流電路輸入端；第一電感的第一端與并聯(lián)斬波線路的正輸出端連接，第二電感的第一端與并聯(lián)斬波線路的負(fù)輸出端連接，在第一電感的第二端與第二電感的第二端之間連接第三電容，第一電感的第二端與第四電容的第一端連接，第四電容的第二端接地；第二電感的第二端與第五電容的第二端連接，第五電容的第一端接地。
4.如權(quán)利要求1所述的基于二十脈波整流與多管錯相斬波的開關(guān)電源電路，其特征在于:所述的控制電路采用全數(shù)字化控制，包括電源控制器和數(shù)據(jù)采集器，在輸出端通過直流電流傳感器獲取反饋信號，產(chǎn)生并提供超高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)信號。
【文檔編號】H02M3/157GK203632568SQ201320835940
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】葛濤, 李振國, 廖家芬 申請人:中國原子能科學(xué)研究院