CN102097954A - 一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路 - Google Patents
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Abstract
一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，属于电子电路技术领域。包括相控整流电路单元BD1、电感L1、逆变桥BD2和逆变变压器T1、高压整流电路BD3，以及电感开路续流电路单元CU1和纹波吸收电路单元CU2；L1的一端同BD1的整流输出端口相连，另一端同CU1、CU2和BD2的同名端口相互连接；而BD1、CU1、CU2与BD2的同名端口相互连接；BD1的整流输出串接高频电感L1形成一个电流源，该电流源后面分别并接电感开路续流电路单元CU1、纹波吸收电路单元CU2以及逆变桥BD2。本发明不仅成功解决电流馈电型开关电源的逆变桥开路后的电感续流问题，而且有很强的尖峰电压抑制效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，属于电子电路技术领域。
技术背景
目前大功率静电除尘器多采用由晶闸管相控交流调压电路与工频高压硅整流变压器构成的高压整流电路作为电源，其发展到今天已经形成了一套非常成熟的技术。这种高压电源体积大、效率低，功率因数低，不利于节能环保；输出电压纹波大、响应速度慢，除尘效率低，闪络发生时无法及时关掉电源。
目前基于电压馈电模式(Voltage-fed)的小功率高频高压开关电源已经在多个领域获得成功应用。但是这种电源有如下缺点，限制了其功率的增大：
源端需大容量电容作为滤波电容，导致源端功率因数低，电流尖峰大，谐波含量高；变压器的磁不对称问题很难解决；高压侧高压硅堆在反响恢复期间会产生严重电压尖峰，易造成硅堆击穿；高压侧需体积大、工艺复杂、成本昂贵的高频高压滤波电感。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路。
一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，包括一个相控整流电路单元BD1、一个电感L1、一个逆变桥BD2和一个逆变变压器T1、高压整流电路BD3，以及电感开路续流电路单元CU1和纹波吸收电路单元CU2；L1的其中一端同BD1的整流输出端口“+”相连，另一端同CU1、CU2和BD2的同名端口“+”相互连接；而BD1、CU1、CU2与BD2的同名端口“-”相互连接；BD1的整流输出串接高频电感L1形成一个电流源，该电流源后面分别并接电感开路续流电路单元CU1、纹波吸收电路单元CU2以及逆变桥BD2。
所述相控整流电路单元BD1是以晶闸管为开关的单相或三相相控整流电路。
所述逆变桥BD2是以IGBT或MOSFET为开关的全桥逆变器。
所述逆变变压器T1是低漏感高频高压逆变变压器。
所述电感L1为高频电感。
所述电感开路续流电路单元CU1是由大容量单极性电容C2、快恢复二极管D1和功率电阻R1、R2构成；其中C2与R2并联，R1、D1及C2与R2构成的并联电路依次串联连接。
所述纹波吸收电路单元CU2是由电感L2和单极性电容C3组成的一个LC串联谐振电路。
在电感开路续流电路单元CU1中，R1阻值小，起限制流作用，保护快恢复二极管；R2阻值大，抵消掉CU1两端电压尖峰对电容的充电累计效应。
纹波吸收电路单元CU2谐振在BD1整流输出电压的主谐波频率，用以吸收其中主要纹波；而在逆变器BD2的工作频率附近，CU2呈强感性---电流源特性。
本发明创新点及其有益效果：
创新点1：以相控整流电路单元BD1、电感L1、逆变桥BD2和一个逆变变压器T1构成一个电流馈电模式的高频开关电源。
有益效果：
由于省掉大容量滤波电容，源端无电流尖峰，谐波含量显著降低，功率因数大幅提高；电压跟踪速度只有约几毫秒，快于对应结构的电压馈电模式高压开关电源；
由于相控整流器输出电压可调，这种高压电源具备软启动能力；同时如果在相控整流器的控制信号和输出电压电流之间建立反馈环路，可实现自动稳压或稳流功能；
高压输出端动态特性呈近似恒流源电流源特性，可以省掉体积大、工艺复杂、成本昂贵的高频高压输出滤波电感；显著降低高压输出侧高压硅堆(整流桥BD3)在反响恢复期的di/dt，大幅降低其故障率和开关损耗；
电流馈电模式还会显著降低逆变桥的开关管的通/断应力和损耗；同时还彻底解决电流馈电模式中逆变变压器的磁不平很问题，大幅提高系统可靠性。
创新点2：本发明创新性引入如附图3所示LC串联谐振电路，替代电压馈电型开关电源常用的LC低通滤波电路作为纹波吸收电路。
有益效果：
这既保证了其在逆变器BD2工作频率附近的电流源特性，又成功解决了电流馈电型开关电源输出电压纹波大的问题。
创新点3：本发明创新性引入如附图2所示结构的电感开路续流电路单元。
有益效果：
不仅成功解决电流馈电型开关电源的逆变桥开路后的电感续流问题，而且有很强的尖峰电压抑制效果。当开关电源负载过流需快速关闭逆变桥BD2时，或当负载异常时，CU1起到续流作用；BD2正常工作时，CU1抑制逆变桥BD2的尖峰电压。
附图说明
图1是本发明的电路结构图。
图2是本发明中电感开路续流电路单元CU1的电路结构图。
图3是本发明中纹波吸收电路单元CU2的电路结构图。
具体实施方式
实施例1：
一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，如图1-图3所示，包括一个相控整流电路单元BD1、一个电感L1、一个逆变桥BD2和一个逆变变压器T1、高压整流电路BD3，以及电感开路续流电路单元CU1和纹波吸收电路单元CU2；L1的其中一端同BD1的整流输出端口“+”相连，另一端同CU1、CU2和BD2的同名端口“+”相互连接；而BD1、CU1、CU2与BD2的同名端口“-”相互连接；BD1的整流输出串接高频电感L1形成一个电流源，该电流源后面分别并接电感开路续流电路单元CU1、纹波吸收电路单元CU2以及逆变桥BD2。
所述相控整流电路单元BD1为以6个晶闸管构成的三相相控整流全桥。
所述逆变桥BD2为以4个IGBT构造成的逆变全桥。
所述逆变变压器T1是低漏感高频高压逆变变压器。
所述电感L1为高频电感。
所述电感开路续流电路单元CU1是由大容量单极性电容C2、快恢复二极管D1和功率电阻R1、R2构成；其中C2与R2并联，R1、D1及C2与R2构成的并联电路依次串联连接。
所述纹波吸收电路单元CU2是由电感L2和单极性电容C3组成的一个LC串联谐振电路，CU2的谐振频率设在300Hz。
实施例2：
一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，结构与实施例1相同，差别在于，BD1为以4个晶闸管构成的单相相控整流全桥，BD2为以4个IGBT构造成的逆变全桥。纹波吸收电路单元CU2的谐振频率设在100Hz。
实施例3：
一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，结构与实施例1相同，差别在于，BD1为以4个晶闸管构成的单相相控整流全桥，BD2为以4个MOSFET构造成的逆变全桥。纹波吸收电路单元CU2的谐振频率设在100Hz。
实施例4：
一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，结构与实施例1相同，差别在于，BD1为以6个晶闸管构成的三相相控整流全桥，BD2为以4个MOSFET构造成的逆变全桥。纹波吸收电路单元CU2的谐振频率设在300Hz。
Claims (7)
1.一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，其特征在于，包括一个相控整流电路单元BD1、一个电感L1、一个逆变桥BD2和一个逆变变压器T1、高压整流电路BD3，以及电感开路续流电路单元CU1和纹波吸收电路单元CU2；L1的其中一端同BD1的整流输出端口“+”相连，另一端同CU1、CU2和BD2的同名端口“+”相互连接；而BD1、CU1、CU2与BD2的同名端口“-”相互连接；BD1的整流输出串接高频电感L1形成一个电流源，该电流源后面分别并接电感开路续流电路单元CU1、纹波吸收电路单元CU2以及逆变桥BD2。
2.如权利要求1所述的一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，其特征在于，所述相控整流电路单元BD1是以晶闸管为开关的单相或三相相控整流电路。
3.如权利要求1所述的一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，其特征在于，所述逆变桥BD2是以IGBT或MOSFET为开关的全桥逆变器。
4.如权利要求1所述的一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，其特征在于，所述逆变变压器T1是低漏感高频高压逆变变压器。
5.如权利要求1所述的一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，其特征在于，所述电感L1为高频电感。
6.如权利要求1所述的一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，其特征在于，所述电感开路续流电路单元CU1是由大容量单极性电容C2、快恢复二极管D1和功率电阻R1、R2构成；其中C2与R2并联，R1、D1及C2与R2构成的并联电路依次串联连接。
7.如权利要求1所述的一种电流馈电型大功率高频高压开关电源主电路，其特征在于，所述纹波吸收电路单元CU2是由电感L2和单极性电容C3组成的一个LC串联谐振电路。
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