CN103516176A - 一种模块化即插即用结构的高频链功率变换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化即插即用结构的高频链功率变换系统，属于电力电子技术领域；该系统包括：一个带有即插即用型接口的电源模块、一个带有即插即用型接口的控制模块、一个带有即插即用型接口的信号处理模块、一个或多个带有即插即用型接口的功率模块、一个或多个高频隔离变压器及一个带有多个即插即用型接口的母板；该电源模块、控制模块、信号处理模块和功率模块均通过各自的即插即用型接口插入母板对应的即插即用接口之中，并且通过母板上的信号连接母线实现信号传递；功率模块和功率模块以及功率模块和高频隔离变压器之间通过功率连接母线连接；本发明可以实现功率变换系统的即插即用功能，并且模块化结构方便生产、装配和维护。

Description

一种模块化即插即用结构的高频链功率变换系统

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及到高频链功率变换系统，特别涉及一种模块化即插即用结构的高频链功率变换系统。

背景技术

现有的功率变换系统通常是通过工频变压器实现电压匹配和电气隔离。但是由于工频变压器体积庞大、质量笨重、损耗较大并且噪音很大，很难实现功率转换系统的高功率密度和高效率。而随着功率变换系统在智能电网中越来越普及，这已经成为实现高功率密度和高效率的功率变换器的一个主要障碍。

近年来，通过采用高频变压器取代传统的工频变压器被普遍认为是下一代功率变换的必然发展趋势。采用高频变压器方案的优势在于装置的体积小、重量轻、成本低，并可避免传统工频变压器由于铁心磁饱和造成系统中电压电流波形畸变的问题；若将开关频率提高到20kHz以上，更可极大地降低装置的运行噪声。尤其在智能电网中功率变换系统越来越普及的大背景下，高频链功率变换系统的应用前景广阔。

目前，关于高频链功率变换系统的研究大多停留在原理层面，而对于系统的开发则大多采用平面、集成的结构，大部分电源、控制、采样以及功率电路均被放置于同一块集成电路板中，并且电路板采用平面结构。这种结构通常体积庞大、管理困难、不易扩容、装配和维护，严重阻碍了高频链功率变换系统的高功率密度和高效率优势的发挥。

发明内容

本发明的目的是为解决上述的技术问题,提出一种模块化即插即用结构的高频链功率变换系统，不仅实现高频链功率变换系统的即插即用功能，并且模块化结构方便生产、装配和维护。

本发明采取的技术方案如下：

一种模块化即插即用结构的高频链功率变换系统，其特征在于，该系统包括：一个带有即插即用型接口的电源模块、一个带有即插即用型接口的控制模块、一个带有即插即用型接口的信号处理模块、一个或多个带有即插即用型接口的功率模块、一个或多个高频隔离变压器及一个带有即插即用型接口的母板；该电源模块、控制模块、信号处理模块和功率模块均通过各自的即插即用型接口插入母板对应的即插即用接口之中，并且通过母板上的信号连接母线实现信号传递；功率模块和功率模块以及功率模块和高频隔离变压器之间通过功率连接母线连接，并且通过功率连接母线实现功率流动。

所述的多个功率模块完全相同，主要包含一个半桥或全桥变换器，直流滤波电容、散热器、风扇、电流检测电路、电压检测电路、开关管驱动电路，以及即插即用型接口；直流滤波电容放置于半桥或全桥变换器的直流侧，半桥或全桥变换器的开关管散热极贴于散热器内侧，风扇放置于散热器风道顶侧，电流检测电路的传感器接入半桥或全桥变换器的直流侧和交流侧，电压检测电路的传感器接入半桥或全桥变换器的直流侧，开关管驱动电路的输出端接入半桥或全桥变换器开关管的驱动极，电流检测电路和电压检测电路的输出、开关管驱动电路的输入与即插即用接口相连。

所述的高频隔离变压器集成有理想高频变压器和辅助电感；

采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：

1）将整个高频链功率变换系统离散化为一个带有即插即用型接口的电源模块、一个带有即插即用型接口的控制模块、一个带有即插即用型接口的信号处理模块、一个或多个带有即插即用型接口的功率模块、一个或多个高频隔离变压器及一个带有即插即用型接口的母板，不仅可以实现功率变换系统所需要的基本功能，还实现了高频链功率变换系统的即插即用功能，并且模块化结构方便生产、装配和维护。

2）所有功率模块完全相同，均设计为全桥或半桥结构，并且可以独立实现DC-AC变换功能，这使得高频链功率变换系统可以灵活的扩展和变形为各种用途的功率变换设备。

3）高频隔离变压器将理想高频变压器和辅助电感集成到一个高频隔离变压器中，进一步增大了高频链功率变换系统的功率密度，提高了模块化程度。

附图说明

图1是实施例中所实现的模块化即插即用结构的高频链功率变换系统图。

图2是实施例中所实现的高频链功率变换系统的拓扑结构图。

具体实施方式

下面结合本发明的技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

本发明实施例中所实现的模块化即插即用结构的高频链功率变换系统如图1所示。该系统包括：一个带有即插即用型接口的电源模块M1、一个带有即插即用型接口的控制模块M2、一个带有即插即用型接口的信号处理模块M3、两个个带有即插即用型接口的功率模块PM1、PM2，一个高频隔离变压器T，及一个带有即插即用型接口的母板MB；该电源模块、控制模块、信号处理模块和功率模块均通过各自的即插即用型接口X1、X2、X3、PX1、PX2插入母板对应的即插即用接口XB1、XB2、XB3、PXB1、PXB2之中，并且通过母板上的信号连接母线LS实现信号传递；功率模块和功率模块以及功率模块和高频隔离变压器T之间通过功率连接母线LP连接，并且通过功率连接母线LP实现功率流动。

本发明系统各部件的具体实现方式及功能分别说明如下：

上述的功率模块PM1和PM2完全相同，各包含一个全桥变换器，直流滤波电容、散热器、风扇、电流检测电路、电压检测电路、开关管驱动电路，以及即插即用型接口；直流滤波电容放置于半桥或全桥变换器的直流侧，半桥或全桥变换器的开关管散热极贴于散热器内侧，风扇放置于散热器风道顶侧，电流检测电路的传感器接入半桥或全桥变换器的直流侧和交流侧，电压检测电路的传感器接入半桥或全桥变换器的直流侧，开关管驱动电路的输出端接入半桥或全桥变换器开关管的驱动极，电流检测电路和电压检测电路的输出、开关管驱动电路的输入与即插即用接口相连。

实施例中全桥变换器中的开关器件为日本Rohm公司生产的SiC-DMOS：SCH2080KE，直流滤波电容为3300μF/450V，散热器为PAT.NO.7151669，电流和电压检测电路的传感器为LEM公司的LV25-P，开关管驱动电路的芯片为FOD3180，即插即用接口PX1和PX2为32脚双排插针，引脚间距2.54mm。

所述的高频隔离变压器集成有理想高频变压器和辅助电感。

本发明的系统实施例中所实现的高频链功率变换拓扑结构如图2所示。H1和H2为全桥变换器，C1和C2为直流滤波电容，L为辅助电感，T1为理想高频变压器。

本实施例的带有即插即用型接口的电源模块，输入为一路24V直流，输出有三路电压：5V直流、12V直流以及±12V直流，采用电源模块为YD5-12S05,YD20-24S05,YD20-24S12,即插即用接口X1为64脚双排插针，引脚间距2.54mm。

带有即插即用型接口的控制模块采用DSP、FPGA及其外围电路组成，DSP采用F2812，FPGA采用XC3S500E，外围电路为常规的外围电路，即插即用接口X2为64脚双排插针，引脚间距2.54mm。

带有即插即用型接口的信号处理模块包括2路电压保护电路，3路电流保护电路，6路AD转换电路，电压保护电路和电流保护电路为常规的保护电路，AD转换电路中的AD转换芯片采用AD7321，即插即用接口X2为64脚双排插针，引脚间距2.54mm。

带有即插即用型接口的母板包括5个即插即用接口，其中XB1、XB2、XB3均为64脚双排插座，引脚间距2.54mm，PXB1、PXB2均为32脚双排插座，引脚间距2.54mm。

本发明的系统实施例中所实现的模块化即插即用结构不仅实现高频链功率变换系统的即插即用功能，并且模块化结构方便生产、装配和维护。

Claims (3)

1.一种模块化即插即用结构的高频链功率变换系统，其特征在于，该系统包括：一个带有即插即用型接口的电源模块、一个带有即插即用型接口的控制模块、一个带有即插即用型接口的信号处理模块、一个或多个带有即插即用型接口的功率模块、一个或多个高频隔离变压器及一个带有即插即用型接口的母板；该电源模块、控制模块、信号处理模块和功率模块均通过各自的即插即用型接口插入母板对应的即插即用接口之中，并且通过母板上的信号连接母线实现信号传递；功率模块和功率模块以及功率模块和高频隔离变压器之间通过功率连接母线连接，并且通过功率连接母线实现功率流动。

2.如权利要求1所述的模块化即插即用结构的高频链功率变换系统，其特征在于，所述的多个功率模块完全相同，主要包括一个半桥或全桥变换器，直流滤波电容、散热器、风扇、电流检测电路、电压检测电路、开关管驱动电路，以及即插即用型接口；直流滤波电容放置于半桥或全桥变换器的直流侧，半桥或全桥变换器的开关管散热极贴于散热器内侧，风扇放置于散热器风道顶侧，电流检测电路的传感器接入半桥或全桥变换器的直流侧和交流侧，电压检测电路的传感器接入半桥或全桥变换器的直流侧，开关管驱动电路的输出端接入半桥或全桥变换器开关管的驱动极，电流检测电路和电压检测电路的输出、开关管驱动电路的输入与即插即用接口相连。

3.如权利要求1所述的模块化即插即用结构的高频链功率变换系统，其特征在于，所述的高频隔离变压器集成有理想高频变压器和辅助电感。

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