CN102035377A - 电压连续可调大功率高精度电源 - Google Patents
电压连续可调大功率高精度电源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102035377A CN102035377A CN2010106095384A CN201010609538A CN102035377A CN 102035377 A CN102035377 A CN 102035377A CN 2010106095384 A CN2010106095384 A CN 2010106095384A CN 201010609538 A CN201010609538 A CN 201010609538A CN 102035377 A CN102035377 A CN 102035377A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- output
- input
- power supply
- detection module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明涉及一种电压连续可调大功率高精度电源，其技术特点是：由输入平波电抗器(1)、整流桥(2)、预充电回路(3)、共模抑制电抗器(4)、输入电解电容与放电装置(5)、输入电压检测模块VM1、功率单元组(6)、输出电解电容与放电装置(7)和输出电压检测模块VM2依次连接构成，输入电解电容与放电装置(5)、输入电压检测模块VM1、功率单元组(6)、输出电解电容与放电装置(7)及输出电压检测模块VM2还分别与控制器模块(8)相连接。本发明实现了电压连续可调功能，降低了器件损耗，提高了系统效率与可靠性，具有系统集成度高、处理速度快、控制方式灵活的特点，并可非常方便地调节保护值等参数。
Description
技术领域
本发明属于大功率直流电源领域，尤其是一种电压连续可调大功率高精度电源。
背景技术
大功率直流电源是电力电子装置的一类设备，其作用是将交流电能变为直流电能，供给直流用电设备。例如，直流电动机调速装置、电解电镀电源、同步电机励磁、通讯发射系统电源等等，因此，大功率直流电源具有十分广泛的用途。随着时代的发展，越来越多的领域需要高精度高动态性能的大功率直流电源，但是传统的大功率直流电源通常采用斩波器的方式，其存在的问题是：电压稳定性及精度不高且动态响应速度慢等问题，难以满足实际需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电压稳定、精度高且动态响应速度快的电压连续可调大功率高精度电源。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种电压连续可调大功率高精度电源，由输入平波电抗器(1)、整流桥(2)、预充电回路(3)、共模抑制电抗器(4)、输入电解电容与放电装置(5)、输入电压检测模块VM1、功率单元组(6)、输出电解电容与放电装置(7)和输出电压检测模块VM2依次连接构成，输入电解电容与放电装置(5)、输入电压检测模块VM1、功率单元组(6)、输出电解电容与放电装置(7)及输出电压检测模块VM2还分别与控制器模块(8)相连接。
而且，所述的功率单元组(6)由多个功率单元(9)并联组成且各个功率单元错相并联运行，通过功率单元组(6)上的功率扩展端口(10)和控制器模块(8)上的控制扩展端口(11)扩展功率输出容量。
而且，所述的功率单元组(6)还并联有冗余功率单元。
而且，所述的功率单元由绝缘栅型场效应管IGBT、隔直电容、变压器、霍尔电流传感器、二极管两相全波整流桥、滤波电抗器、薄膜电容连接构成。
而且，所述的霍尔电流传感器采用LA100-P传感器。
而且，所述的控制器模块(8)由FPGA芯片、与输入电压检测模块VM1相连接的电压采集芯片、与功率单元组(6)相连接的电流采集芯片、与输出电压检测模块VM2相连接的电压采集芯片及与输出电路相连接的电流采集芯片组成，FPGA芯片还分别通过放电脉冲与输入电解电容与放电装置(5)中的输入放电单元相连接及输出电解电容与放电装置(7)中的输出放电单元相连接。
而且，所述的FPGA芯片采用的是CYCLONEIII系列EP3C10，所述与输入电压检测模块VM1相连接的电压采集芯片使用的是高速AD芯片ADS1204，所述与输出电压检测模块VM2相连接的电压采集芯片使用的是高精度快速AD7691采样芯片，所述与功率单元组(6)相连接的电流采集芯片和与输出电路相连接的电流采集芯片采用的是高速AD芯片AD7276。
而且，所述的整流桥(2)由主接触器和二极管三相全波整流桥连接构成；所述的预充电回路(3)由预充电接触器、预充二极管三相全波整流桥和限流电阻连接构成；所述的共模抑制电抗器(4)由共模抑制电感和滤波电容连接构成。
而且，所述的输入电解电容与放电装置(5)由输入电解电容、均压电阻、输入放电单元和放电电阻连接构成。
而且，所述的输出电解电容与放电装置(7)由输出电解电容、输出放电单元和放电电阻连接构成。
本发明的优点和积极效果是：
1、本大功率高精度电源采用移相全桥控制技术，实现了输出电压与输入电压的隔离功能，采用大规模门阵列FPGA作为控制器模块核心并配置高精度的AD采样芯片，能够同时对多路功率单元的移相全桥控制，使得工作频率达到14～20kHz，实现了电压连续可调功能，降低了器件损耗，提高了系统效率与可靠性，具有系统集成度高、处理速度快、控制方式灵活的特点，并可非常方便地调节保护值等参数。
2、本大功率高精度电源采用功率单元并联构成功率单元组，具有功率级别的可扩展性，通过预留扩展接口可以很容易地实现功率等级的提升。
3、本大功率高精度电源采用功率单元错相控制策略以及每个单元中较小的输出电抗电感值，使得输出电压精度高、动态响应快，同时具有高动态、静态指标。
4、本大功率高精度电源的功率单元组还设置一组冗余功率单元，当某个功率单元出现故障，此功率单元自动退出，整机系统仍可正常运行，保证了电源的可靠性。
5、本大功率高精度电源在输入端加入共模抑制电抗器，能有效地抑制线路的共模干扰，提高系统的抗干扰能力，同时也减小了IGBT的开关动作对电网其他用电设备的干扰。
附图说明
图1是本发明的电路原理图；
图2是功率单元的电路原理图；
图3是本发明的控制原理图；
图4是错相控制触发脉冲图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种电压连续可调大功率高精度电源，如图1所示，由输入平波电抗器(1)、整流桥(2)、预充电回路(3)、共模抑制电抗器(4)、输入电解电容与放电装置(5)、输入电压检测模块VM1、功率单元组(6)、输出电解电容与放电装置(7)和输出电压检测模块VM2依次连接构成，输入电解电容与放电装置(5)、输入电压检测模块VM1、功率单元组(6)、输出电解电容与放电装置(7)及输出电压检测模块VM2分别与控制器模块(8)相连接。功率单元组(6)由若干功率单元(9)并联组成，各个功率单元错相并联运行，功率单元组(6)设置有功率扩展端口，控制器模块(8)还设置有控制扩展端口，通过增加功率单元数并使用控制扩展端口(10)和功率扩展端口(11)扩展功率输出容量，也可以通过减少功率单元数降低功率输出容量。功率单元组功率还包括冗余功率单元，当某个功率单元出现故障，由控制器模块封锁该功率单元，保证整个电源仍可正常运行。
输入平波电抗器(1)采用平波电抗器1L并与三相380V交流电源相连接，其采用空冷形式来抑制电流变化率。
整流桥(2)由主接触器1K和二极管三相全波整流桥1ZL连接构成。
预充电回路(3)由预充电接触器1K1、预充二极管三相全波整流桥3ZL和限流电阻1R1、1R2连接构成。
共模抑制电抗器(4)由共模抑制电感3L和滤波电容1C1～1C6连接构成，采用共模抑制电抗器能够有效地抑制线路的共模干扰，提高系统的抗干扰能力，同时也减小了IGBT的开关动作对电网其他用电设备的干扰。
输入电解电容与放电装置(5)由输入电解电容1CO1、1CO2、均压电阻1R3、1R4、输入放电单元1V和放电电阻1R连接构成。
输出电解电容与放电装置(7)由输出电解电容Co、输出放电单元2V和放电电阻2R连接构成。
所述的控制器模块(8)由FPGA芯片、与输入电压检测模块相连接的电压采集芯片、与功率单元组相连接的电流采集芯片、与输出电压检测模块相连接的电压采集芯片及与输出电路相连接的电流采集芯片组成，FPGA芯片还通过放电脉冲与输入电解电容与放电装置(5)中的输入放电单元相连接，对输入电解电容与放电装置(5)进行放电控制，FPGA芯片还通过放电脉冲与输出电解电容与放电装置(7)中的输出放电单元相连接，对输出电解电容与放电装置(7)进行放电控制。在本实施例中，FPGA芯片采用ALTERA公司CYCLONEIII系列EP3C10，与输入电压检测模块相连接的电压采集芯片使用的是高速AD芯片ADS1204，与输出电压检测模块相连接的电压采集芯片使用的是高精度快速AD7691采样芯片，与功率单元组相连接的电流采集芯片和与输出电路相连接的电流采集芯片采用的是高速AD芯片AD7276，该电流采集芯片的采样速率高达2MSPS，能够很好地满足电流的快速响应特性。控制器模块(8)与功率单元(9)采用电缆进行连接，期间传输的信号包括：控制器模块(8)发出的功率单元驱动信号和功率单元(9)中反馈的霍尔电流信号等。
功率单元组(6)中的功率单元(9)，如图2所示，由四个绝缘栅型场效应管IGBT V1～V4、隔直电容C3、霍尔电流传感器I1、薄膜滤波电容C1、变压器T、二极管两相全波整流桥、滤波电抗器L和输出薄膜电容C2连接构成，二极管两相全波整流桥由四个二极管D1～D4及滤波电阻R和滤波电容C连接构成。其中薄膜滤波电容C1用于滤除高频电压纹波；输出薄膜电容C2采用440uF薄膜电容滤波，其与0.1F电解电容Co并联，很好地滤掉了输出电压纹波；变压器输入侧的隔直电容C3选用200uF薄膜电容，能够滤除掉变压器激磁电流中的直流分量，可有效地防止变压器饱和偏磁，使系统稳定的运行；霍尔电流传感器I1采用LEM公司LA100-P进行电流检测，其响应时间小于1uF，具有较高的响应速度。功率单元采用移相全桥控制方式，工作频率为14～20kHz，实现了IGBT的软开关，降低了器件损耗，提高了系统效率与可靠性，并实现了输出电压与输入电压的隔离，保护了输入电网的安全。功率单元组采用移相全桥多单元错相并联技术，如图4所示的错相控制触发脉冲图，在图中n个功率单元，每个功率单元错相360°/n电角度。由于采用了错相并联技术，总电流纹波减小，功率单元所需输出滤波电感值降低，从而有效地降低输出电压纹波，这样大大地提高了电流的响应速度，增强了系统动态性能。
采用如上的这些技术后，本电源输出电压为0～360V，最大输出电流850A，纹波电压小于0.1％，电压调整率小于2％。
本发明的工作原理为：三相380V电压输入，首先闭合预充电接触器1K1为输入端电容1Co1、1Co2充电，输入电压信号通过输入电压检测模块送到控制器(8)中AD芯片ADS1204，ADS1204通过转换把模拟量转换为数字量并送到FPGA中；当电容电压达到480V后，FPGA控制主接触器1K吸合完成上电过程。输入电压上电过程结束后，调节电压给定值的大小后，实际的输出电压(图1的Co)通过AD7691芯片把数据采集到FPGA中，FPGA用给定值减去反馈值(如图3所示)，然后把差值送到PI调节器中，调节器输出的结果加上前馈值得出电流给定值，电流给定值与单元电流反馈值作比较，形成移相角，控制输出电流的大小。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：由输入平波电抗器(1)、整流桥(2)、预充电回路(3)、共模抑制电抗器(4)、输入电解电容与放电装置(5)、输入电压检测模块VM1、功率单元组(6)、输出电解电容与放电装置(7)和输出电压检测模块VM2依次连接构成，输入电解电容与放电装置(5)、输入电压检测模块VM1、功率单元组(6)、输出电解电容与放电装置(7)及输出电压检测模块VM2还分别与控制器模块(8)相连接。
2.根据权利要求1所述的电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：所述的功率单元组(6)由多个功率单元(9)并联组成且各个功率单元错相并联运行，通过功率单元组(6)上的功率扩展端口(10)和控制器模块(8)上的控制扩展端口(11)扩展功率输出容量。
3.根据权利要求2所述的电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：所述的功率单元组(6)还并联有冗余功率单元。
4.根据权利要求2或3所述的电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：所述的功率单元由绝缘栅型场效应管IGBT、隔直电容、变压器、霍尔电流传感器、二极管两相全波整流桥、滤波电抗器、薄膜电容连接构成。
5.根据权利要求4所述的电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：所述的霍尔电流传感器采用LA100-P传感器。
6.根据权利要求1所述的电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：所述的控制器模块(8)由FPGA芯片、与输入电压检测模块VM1相连接的电压采集芯片、与功率单元组(6)相连接的电流采集芯片、与输出电压检测模块VM2相连接的电压采集芯片及与输出电路相连接的电流采集芯片组成，FPGA芯片还分别通过放电脉冲与输入电解电容与放电装置(5)中的输入放电单元相连接及输出电解电容与放电装置(7)中的输出放电单元相连接。
7.根据权利要求6所述的电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：所述的FPGA芯片采用的是CYCLONEIII系列EP3C10，所述与输入电压检测模块VM1相连接的电压采集芯片使用的是高速AD芯片ADS1204，所述与输出电压检测模块VM2相连接的电压采集芯片使用的是高精度快速AD7691采样芯片，所述与功率单元组(6)相连接的电流采集芯片和与输出电路相连接的电流采集芯片采用的是高速AD芯片AD7276。
8.根据权利要求1所述的电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：所述的整流桥(2)由主接触器和二极管三相全波整流桥连接构成；所述的预充电回路(3)由预充电接触器、预充二极管三相全波整流桥和限流电阻连接构成；所述的共模抑制电抗器(4)由共模抑制电感和滤波电容连接构成。
9.根据权利要求1所述的电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：所述的输入电解电容与放电装置(5)由输入电解电容、均压电阻、输入放电单元和放电电阻连接构成。
10.根据权利要求1所述的电压连续可调大功率高精度电源，其特征在于：所述的输出电解电容与放电装置(7)由输出电解电容、输出放电单元和放电电阻连接构成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010106095384A CN102035377A (zh) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | 电压连续可调大功率高精度电源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010106095384A CN102035377A (zh) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | 电压连续可调大功率高精度电源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102035377A true CN102035377A (zh) | 2011-04-27 |
Family
ID=43887846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010106095384A Pending CN102035377A (zh) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | 电压连续可调大功率高精度电源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102035377A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108233880A (zh) * | 2018-03-16 | 2018-06-29 | 苏州工业园区海沃科技有限公司 | 一种固态功率放大器保护系统 |
| CN108462379A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-08-28 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种直流双施加高压大电流试验电源用纹波抑制电路 |
| CN108494264A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-04 | 西安中车永电电气有限公司 | 一种高集成轻量化的功率装置 |
| CN109507506A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-03-22 | 珠海格力电器股份有限公司 | 直流电器控制方法及直流电器 |
| CN113253786A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-13 | 西南科技大学 | 一种可多级调节的电流源装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101521472A (zh) * | 2009-02-13 | 2009-09-02 | 上海新时达电气股份有限公司 | 变频器的预充电控制电路 |
| CN101714816A (zh) * | 2008-09-30 | 2010-05-26 | 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 | 电力电子模块预充电系统和方法 |
| CN201904729U (zh) * | 2010-12-28 | 2011-07-20 | 天津电气传动设计研究所 | 新型电压连续可调大功率高精度电源 |
-
2010
- 2010-12-28 CN CN2010106095384A patent/CN102035377A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101714816A (zh) * | 2008-09-30 | 2010-05-26 | 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 | 电力电子模块预充电系统和方法 |
| CN101521472A (zh) * | 2009-02-13 | 2009-09-02 | 上海新时达电气股份有限公司 | 变频器的预充电控制电路 |
| CN201904729U (zh) * | 2010-12-28 | 2011-07-20 | 天津电气传动设计研究所 | 新型电压连续可调大功率高精度电源 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 丁伟等: "级联式多电平逆变器三角载波移相控制的研究", 《计算机仿真》, 31 January 2009 (2009-01-31) * |
| 石新春等: "基于移相控制的大功率并联软开关电源的研究", 《电力电子技术》, vol. 44, no. 1, 20 January 2010 (2010-01-20) * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108233880A (zh) * | 2018-03-16 | 2018-06-29 | 苏州工业园区海沃科技有限公司 | 一种固态功率放大器保护系统 |
| CN108462379A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-08-28 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种直流双施加高压大电流试验电源用纹波抑制电路 |
| CN108494264A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-04 | 西安中车永电电气有限公司 | 一种高集成轻量化的功率装置 |
| CN109507506A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-03-22 | 珠海格力电器股份有限公司 | 直流电器控制方法及直流电器 |
| CN113253786A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-13 | 西南科技大学 | 一种可多级调节的电流源装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ding et al. | A novel soft-switching multiport bidirectional DC–DC converter for hybrid energy storage system | |
| CN108539729A (zh) | 基于孤岛模式光储直流微电网的协调控制方法 | |
| CN107147145B (zh) | 一种基于三电平dc-dc变换器的风储双极性直流微电网及控制方法 | |
| CN106786694B (zh) | 一种双极性直流微电网混合储能系统协调控制方法 | |
| CN209016721U (zh) | 一种基于常规抽油机的超级电容器储能装置 | |
| CN108199380A (zh) | 一种适用于交直流混合微电网的双向dc-ac变换器的控制方法 | |
| CN203560130U (zh) | 对电源装置中风扇进行无级调速的控制电路 | |
| CN102035377A (zh) | 电压连续可调大功率高精度电源 | |
| CN101166001A (zh) | 有源双向电力调节器 | |
| CN111525546B (zh) | 一种基于荷电状态的直流微网储能单元分级运行控制方法 | |
| CN104333026A (zh) | 基于功率前馈补偿的孤立运行直流微网储能稳压控制方法 | |
| CN106786728B (zh) | 一种储能环保型抽油机配电系统 | |
| CN104993520A (zh) | 一种基于超级电容的变频器低电压穿越支持装置 | |
| CN201904729U (zh) | 新型电压连续可调大功率高精度电源 | |
| CN113258562B (zh) | 能量路由器运行控制方法及系统 | |
| CN104143902A (zh) | 一种能适应多种供电要求的电力电子变换器系统 | |
| CN103078525A (zh) | 一种基于交流链接技术的ac-dc变换器 | |
| Ahmed et al. | Empirical Investigation of a Single-Phase New Topology Hybrid AC-DC Boost Converter with Low THD and High-Power Factor | |
| CN202121514U (zh) | 消除直流输入端纹波的单相逆变器及太阳能光伏发电系统 | |
| CN207339294U (zh) | 电流源/电压源双模式输出的并网逆变器 | |
| CN204992610U (zh) | 基于超级电容的变频器低电压穿越支持装置 | |
| CN103944244A (zh) | Pwm电动车充电电源和基于pwm充电电源的充电站 | |
| Ye et al. | Hybrid energy storage system and associated converters examination for DC distribution | |
| CN106958508B (zh) | 一种高度集成式一体化风电变桨控制器 | |
| CN202652085U (zh) | 瓦离线反激隔离式多路输出电源 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110427 |