CN102291010B - 串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，该装置包括整流及变换电路、多路磁环变压器、多路整流稳压电路、全桥驱动电路。在整流及变换电路中，首先将AC220V通过变压器变换成AC24V，之后通过整流管将AC24V变换成直流电，再将直流电变换成周期性交替的方波电压，最后将方波电压变换成高频母线电压；多路磁环变压器用于将高频母线电压变换成频率相同的高频电压；多路整流稳压电路用于将高频电压进行整流、滤波和稳压处理，然后输出直流电压；全桥驱动电路用于控制整流及变换电路的输出。该装置价格低廉、体积较小、容易实现原副边高压隔离、可输出多路电源、可靠性高。

Description

串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源

技术领域

本发明涉及一种电源，尤其涉及一种串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源。

背景技术

高压SVG(即高压静止无功发生器)通过注入与补偿电流大小相等、方向相反的电流，来实现无功补偿和高次谐波消除，从而能大大提高电力系统的可靠性、安全性和稳定性，是柔性输电系统的重要装置之一。现在高压SVG占有了市场的主导地位，目前市面上大部分高压SVG产品都采用模块串联结构，因此，每个模块的驱动电源设计是整个系统中重要的一部分，制作一种多路输出的高压高频隔离电源是驱动电源设计的关键。目前，解决高压高频隔离电源问题主要是采用原、副边之间高压绝缘的工频变压器进行隔离。由于采用高压绝缘的工频变压器，导致驱动电源体积庞大、价格昂贵，因此，寻找一种体积较小价、格便宜的隔离变压器及与其适应的电路拓扑结构是高压隔离电源研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积较小价、格便宜的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源。

为达到上述目的，本发明提供了一种串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，其特征在于，包括：

整流及变换电路，首先将AC220V通过变压器变换成AC24V，之后通过整流管将AC24V变换成直流电，再将所述直流电变换成周期性交替的方波电压，最后将所述方波电压变换成高频母线电压；

多路磁环变压器，用于将所述高频母线电压变换成频率相同的高频电压；

多路整流稳压电路，与所述多路磁环变压器的路数对应，用于将所述高频电压进行整流、滤波和稳压处理，然后输出直流电压；

全桥驱动电路，用于控制所述整流及变换电路的输出。

本发明的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，所述整流及变换电路包括依次相连的降压变压器、整流器、逆变器，其中，

降压变压器，用于将所述交流220V变换成交流24V；

整流器，用于将所述交流24V变换成直流28V；

逆变器，用于控制多路高频开关器件将直流28V变成周期性交替的方波电压；

本发明的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，所述多路磁环变压器的工作频率设定为50KHz，其磁芯材料为高导磁率铁氧磁芯。

本发明的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，所述全桥驱动电路包括：

脉宽调制电路，用于发出两路互补输出的脉冲信号；

两路电源驱动器，用于接收所述脉宽调制电路输出的两路互补输出的脉冲信号，产生四路互相隔离的驱动信号输出控制所述多路高频开关器件。

本发明的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，所述多路高频开关器件为四个P沟道耗尽型场效应管Q1、Q2、Q3和Q4，其中，场效应管Q1和场效应管Q3的漏极与所述整流器的输出端的正极相连，场效应管Q2和场效应管Q4的源极与所述整流器的输出端的负极相连，场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4的栅极分别对应接收所述两路电源驱动器输出的四路驱动信号，场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极并接后与所述多路磁环变压器的原边的一端相连，场效应管Q3的源极和场效应管Q4的漏极并接后与所述多路磁环变压器的原边的另一端相连。

本发明的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，所述脉宽调制电路包括型号为TL494的脉宽调制芯片及其外围电路，每路所述电源驱动器包括型号为IR2110的电源驱动芯片及其外围电路。

本发明的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，每路所述电源驱动器的两个输出端之一接有一个自举电路。

本发明的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，所述多路整流稳压电路中每一路整流稳压电路包括桥式整流滤波电路、开关驱动电路和稳压电路，其中：

所述驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三端稳压芯片Z1、二极管D10和PNP型三极管Q5，电阻R1的一端、电阻R2的一端、三端稳压芯片Z1的比较端连在一起，电阻R1的另一端与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连、电阻R2的另一端与所述桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，三端稳压芯片Z1的输出端和二极管D10的输出端并联后通过电阻R3与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，三端稳压芯片Z1的输入端与二极管D10的输入端均与所述桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，三极管Q5的基极通过电阻R4与三端稳压芯片Z1的输出端和二极管D10的输出端相连，三极管Q5的集电极与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，三极管Q5的发射极与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，三极管Q5的集电极通过电阻R5与所述桥式整流滤波电路的输出端的负极相连；

所述稳压电路包括P沟道耗尽型场效应管Q6、电容C5、电容C6和电阻R22，场效应管Q6的栅极通过电阻R5与所述桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，场效应管Q6的漏极与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，场效应管Q6的源极通过电阻R22与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，电容C5和电容C6与所述场效应管Q6并连。

本发明的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源包括整流及变换电路用于首先将AC220V通过变压器变换成AC24V，之后通过整流管将AC24V变换成直流电，再将直流电变换成周期性交替的方波电压，最后将方波电压变换成高频母线电压；多路磁环变压器用于将高频母线电压变换成频率相同的高频电压；多路整流稳压电路用于将高频电压进行整流、滤波和稳压处理，然后输出直流电压；全桥驱动电路用于控制整流及变换电路的输出。由于采用了价格低廉、体积较小、效率较高的磁环变压器，使得整个隔离电源的体积变小重量减轻。并且，采用磁环变压器更容易实现原副边高压隔离，电压随输出匝数的改变而改变，电压容易控制，而且由于多路磁环变压器串联在母线上就会在副边输出电压，因此更加适合电源输出路数的增加。此外，由于多路整流稳压电路中各路的输出电源独立工作，一路损坏不会对其他路造成影响，可靠性高。

附图说明

图1为本发明一个实施例的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源的电路框图；

图2为图1中串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源的主回路部分的电路原理图；

图3为图1中串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源的全桥驱动电路部分的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

参考图1所示，本实施例的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源包括由整流及变换电路1、多路磁环变压器2和与多路磁环变压器2的路数对应的多路整流稳压电路3构成的主回路以及全桥驱动电路4。其中，整流及变换电路1用于首先将AC220V通过变压器变换成AC24V，之后通过整流管将AC24V变换成直流电，再将直流电变换成周期性交替的方波电压，最后将方波电压变换成高频母线电压。多路磁环变压器2用于将高频母线电压变换成频率相同的高频电压，该多路磁环变压器2的工作频率设定在50kHz，因此必须选用工作频率较高的磁芯材料，又由于方便做隔离每个磁环变压器的原边绕组仅有一匝，副边电压可以随匝数的多少来调整，因此在设计中要选择高导磁率的磁芯材料，而且磁环的磁路长度必须尽可能地短，截面积则要求尽可能地大，以获得良好的电磁耦合效果，降低激磁电流。对于铁氧体磁芯来说，磁导率越高，铁芯能量传递效率越高，损耗主要由磁滞效应引起，涡流损耗较小；对于非晶铁芯，虽然具有较大的激磁电感，但由于非晶铁心具有很低的电阻率，在开关频率较高的情况下，涡流损耗较大，同等大小情况下，没有高磁导率铁氧体磁芯的效率高，因此多路磁环变压器2的磁芯材料选为高导磁率铁氧磁芯。多路整流稳压电路3与多路磁环变压器2的路数对应，用于将高频电压进行整流、滤波和稳压处理，然后输出直流电压。全桥驱动电路4用于控制整流及变换电路的输出。

结合2所示，整流及变换电路1包括依次相连的降压变压器T7、型号为KBPC50的整流器U1、由电容C1和电容C2构成的逆变器和由四个P沟道耗尽型场效应管Q1、Q2、Q3和Q4构成的多路高频开关器件。降压变压器用于将交流220V变换成交流24V；整流器用于将交流24V变换成直流28V；逆变器用于在多路高频开关器件的控制下将直流28V变成周期性交替的方波电压；多路高频开关器件其通断受控于全桥驱动电路。其中，场效应管Q1和场效应管Q3的漏极与整流器的输出端的正极相连，场效应管Q2和场效应管Q4的源极与整流器的输出端的负极相连，场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4的栅极分别对应接收两路电源驱动器输出的四路驱动信号，场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极并接后与多路磁环变压器的原边的一端相连，场效应管Q3的源极和场效应管Q4的漏极并接后与多路磁环变压器的原边的另一端相连。

结合2所示，多路输出电源实际输出路数可以根据需要增加或减少，在2中多路磁环变压器2内设有6路磁环变压器，则对应的，多路整流稳压电路3也应当有6路，由于这6路整流稳压电路的结构相同，因此图2中仅画出一路，如图2所示，每一路整流稳压电路包括桥式整流滤波电路、开关驱动电路和稳压电路。其中，驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、型号为TL431的三端稳压芯片Z1、二极管D10和PNP型三极管Q5，电阻R1的一端、电阻R2的一端、三端稳压芯片Z1的比较端连在一起，电阻R1的另一端与桥式整流滤波电路的输出端的正极相连、电阻R2的另一端与桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，三端稳压芯片Z1的输出端和二极管D10的输出端并联后通过电阻R3与桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，三端稳压芯片Z1的输入端与二极管D10的输入端均与桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，三极管Q5的基极通过电阻R4与三端稳压芯片Z1的输出端和二极管D10的输出端相连，三极管Q5的集电极与桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，三极管Q5的发射极与桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，三极管Q5的集电极通过电阻R5与桥式整流滤波电路的输出端的负极相连。而开关驱动电路则用于控制场效应管Q6的通断。稳压电路包括P沟道耗尽型场效应管Q6、电容C5、电容C6和电阻R22。其中，场效应管Q6的栅极通过电阻R5与桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，场效应管Q6的漏极与桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，场效应管Q6的源极通过电阻R22与桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，电容C5和电容C6与场效应管Q6并连。

结合图3所示，全桥驱动电路包括由型号为TL494的脉宽调制芯片及其外围电路构成的脉宽调制电路用于发出两路互补输出的脉冲信号。由两个型号为IR2110的电源驱动芯片及其外围电路构成的两路电源驱动器用于接收脉宽调制电路输出的两路互补输出的脉冲信号，产生四路互相隔离的驱动信号输出控制多路高频开关器件，每路电源驱动器的两个输出端之一分别对应接有一个自举电路(如图3中，自举电路41和自举电路42)，从而可使电源驱动器通过自举电路生成自身的驱动电源，减少了驱动电源的数量，并且兼有光耦隔离体积小和电磁隔离速度快的优点，在中小功率变换装置中大量应用。此外，在工作时，输出电压通过多路整流稳压电路3中电阻R1和电阻R2进行分压，从而与脉宽调制芯片内部的2.5V基准电压进行比较，形成负反馈电路来调整输出电压的大小。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，其特征在于，包括：

整流及变换电路，首先将AC220V通过变压器变换成AC24V，之后通过整流管将AC24V变换成直流电，再将所述直流电变换成周期性交替的方波电压，最后将所述方波电压变换成高频母线电压；

多路磁环变压器，用于将所述高频母线电压变换成频率相同的高频电压；

多路整流稳压电路，与所述多路磁环变压器的路数对应，用于将所述高频电压进行整流、滤波和稳压处理，然后输出直流电压；

全桥驱动电路，用于控制所述整流及变换电路的输出；

所述多路整流稳压电路中每一路整流稳压电路包括桥式整流滤波电路、开关驱动电路和稳压电路，其中：

所述驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三端稳压芯片Z1、二极管D10和PNP型三极管Q5，电阻R1的一端、电阻R2的一端、三端稳压芯片Z1的比较端连在一起，电阻R1的另一端与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连、电阻R2的另一端与所述桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，三端稳压芯片Z1的输出端和二极管D10的输出端并联后通过电阻R3与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，三端稳压芯片Z1的输入端与二极管D10的输入端均与所述桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，三极管Q5的基极通过电阻R4与三端稳压芯片Z1的输出端和二极管D10的输出端相连，三极管Q5的发射极与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，三极管Q5的集电极通过电阻R5与所述桥式整流滤波电路的输出端的负极相连；

所述稳压电路包括P沟道耗尽型场效应管Q6、电容C5、电容C6和电阻R22，场效应管Q6的栅极通过电阻R5与所述桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，场效应管Q6的漏极与所述桥式整流滤波电路的输出端的正极相连，场效应管Q6的源极通过电阻R22与所述桥式整流滤波电路的输出端的负极相连，电容C5和电容C6与所述场效应管Q6并连。

2.根据权利要求1所述的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，其特征在于，所述整流及变换电路包括依次相连的降压变压器、整流器、逆变器，其中，

降压变压器，用于将所述交流220V变换成交流24V；

整流器，用于将所述交流24V变换成直流28V；

逆变器，用于控制多路高频开关器件将直流28V变成周期性交替的方波电压。

3.根据权利要求2所述的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，其特征在于，所述多路磁环变压器的工作频率设定为50KHz，其磁芯材料为高导磁率铁氧磁芯。

4.根据权利要求3所述的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，其特征在于，所述全桥驱动电路包括：

脉宽调制电路，用于发出两路互补输出的脉冲信号；

两路电源驱动器，用于接收所述脉宽调制电路输出的两路互补输出的脉冲信号，产生四路互相隔离的驱动信号，控制所述多路高频开关器件。

5.根据权利要求4所述的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，其特征在于，所述多路高频开关器件为四个P沟道耗尽型场效应管Q1、Q2、Q3和Q4，其中，场效应管Q1和场效应管Q3的漏极与所述整流器的输出端的正极相连，场效应管Q2和场效应管Q4的源极与所述整流器的输出端的负极相连，场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4的栅极分别对应接收所述两路电源驱动器输出的四路驱动信号，场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极并接后与所述多路磁环变压器的原边的一端相连，场效应管Q3的源极和场效应管Q4的漏极并接后与所述多路磁环变压器的原边的另一端相连。

6.根据权利要求5所述的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，其特征在于，所述脉宽调制电路包括型号为TL494的脉宽调制芯片及其外围电路，每路所述电源驱动器包括型号为IR2110的电源驱动芯片及其外围电路。

7.根据权利要求6所述的串联母线型多路直流输出高压高频隔离电源，其特征在于，每路所述电源驱动器的两个输出端之一接有一个自举电路。

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