CN105429466A - 采用级联结构的高压直流电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用级联结构的高压直流电源，解决了现有的大功率高压直流电源调节控制精度低和输出的直流电压的谐波成分大的难题。包括电网（1）、移相变压器（2）、级联二极管、LC滤波电路和逆变器，通过在移相变压器的输出端并联多路的串联的整流、LC滤波、逆变电路，将各路逆变器进行级联，从而达到抬高输出直流电压的目的，避免了使用升压变压器带来的成本和体积的增大的难题；并通过各路逆变器的PWM信号的相互叠加，从而减轻直流电压的谐波成分。输出电压控制更灵活精确，动态性能更好，系统保护功能响应迅速。

Description

采用级联结构的高压直流电源

技术领域

本发明涉及一种直流电源，特别涉及一种可调的高压直流电源。

背景技术

随着科技的进步，直流可调高压电源在越来越多的领域得到应用，特别是在电力电子电源领域中的应用越来越多，对大功率输出的可调的高压直流电源的要求也越来越高。目前，常见大功率高压直流电源是采用一个调压器，实现固定输入交流电压和可变交流输出电压的转换，可变交流输出电压连接一个移相变压器的原边，移相变压器的副边连接若干整流二极管模块实现整流功能，将移相变压器副边的交流输出整流成直流输出，最终通过整流二极管模块级联的方式输出大功率高压。当需要调整输出电压的幅值时，通常是采用调整输入端的调压器来达到调整输出电压的目的。这种方案需要采用调压器进行调节输出电压，而调压器的输出响应较慢，不利于闭环控制。调压器调节的仅仅是调压器副边的交流电压，而不是直接的电源的高压直流电源的直流输出电压，导致控制精度不高。当输出功率要求越大时，需要的调压器的体积越大，成本也越高，输出的直流电压的谐波成分也大。

发明内容

本发明提供了一种采用级联结构的高压直流电源，解决了现有的大功率高压直流电源调节控制精度低和输出的直流电压的谐波成分大的技术难题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明总体构思是通过在移相变压器的输出端并联多路的串联的整流、LC滤波、逆变电路，将各路逆变器进行级联，从而达到抬高输出直流电压的目的，避免了使用升压变压器带来的成本和体积的增大的难题；并通过各路逆变器的PWM信号的相互叠加，从而减轻直流电压的谐波成分。

一种采用级联结构的高压直流电源，包括电网、移相变压器、级联二极管、LC滤波电路和逆变器，移相变压器的一次侧上连接有电网，在移相变压器的第一路输出上连接有第一级联二极管，第一级联二极管通过第一LC滤波器与第一逆变器输入端连接，第一逆变器的输出正极与电源正输出端连接在一起，在移相变压器的第二路输出上连接有第二级联二极管，第二级联二极管通过第二LC滤波器与第二逆变器输入端连接，第二逆变器的输出正极与第一逆变器的输出负极连接在一起，第二逆变器的输出负极与电源负输出端连接在一起，多个电容串联后，并联在电源正输出端与电源负输出端之间。

根据可调高压直流电源输出的直流电压，可采用多组逆变器级联的方式。在移相变压器的输出端并联设置的路数越多，级联的级数越多，输出的直流电压的最大值就越大。逆变器是由第一IGBT和第二IGBT并联组成的。

一种采用级联结构的高压直流电源的调节方法，包括以下步骤：

第一步、移相变压器的一次侧上连接电网，在移相变压器的第一路输出上连接第一级联二极管，第一级联二极管通过第一LC滤波器与第一逆变器输入端连接，第一逆变器的输出正极与电源正输出端连接在一起，在移相变压器的第二路输出上连接第二级联二极管，第二级联二极管通过第二LC滤波器与第二逆变器输入端连接在一起，第二逆变器的输出正极与第一逆变器的输出负极连接在一起，第二逆变器的输出负极与电源负输出端连接在一起；

第二步、在第一IGBT连接第一脉宽调制（PWM）发生装置，在第二IGBT连接第二脉宽调制（PWM）发生装置，两个PWM发生装置的载波的相位移相半个载波周期，第一脉宽调制（PWM）发生装置和第二脉宽调制（PWM）发生装置的调制波为相同信号。

本发明无调压器，占地面积小，且节约成本。采用载波移相PWM控制，极大地降低了直流输出电压的低次谐波，且能够有效抑制输入电流波形的畸变。对输出电压采用闭环控制，采用PWM的控制方式进行调压，输出电压控制更灵活精确，动态性能更好，系统保护功能响应迅速。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的逆变器的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明：

一种采用两组IGBT级联结构的可调高压直流电源，包括电网1、移相变压器2、级联二极管、LC滤波电路和逆变器，移相变压器2的一次侧上连接有电网1，在移相变压器2的第一路输出上连接有第一级联二极管3，第一级联二极管3通过第一LC滤波器4与第一逆变器5输入端连接，第一逆变器5的输出正极与电源正输出端连接在一起，在移相变压器2的第二路输出上连接有第二级联二极管6，第二级联二极管6通过第二LC滤波器7与第二逆变器8输入端连接，第二逆变器8的输出正极与第一逆变器5的输出负极连接在一起，第二逆变器8的输出负极与电源负输出端连接在一起，多个电容串联后并联在电源正输出端与电源负输出端之间。

根据可调高压直流电源输出的直流电压，可采用多组逆变器级联的方式。在移相变压器的输出端并联设置的路数越多，级联的级数越多，输出的直流电压的最大值就越大。逆变器是由第一IGBT9和第二IGBT10并联组成的。

一种采用级联结构的高压直流电源的调节方法，包括以下步骤：

第一步、移相变压器2的一次侧上连接有电网1，在移相变压器2的第一路输出上连接有第一级联二极管3，第一级联二极管3通过第一LC滤波器4与第一逆变器5输入端连接，第一逆变器5的输出正极与电源正输出端连接在一起，在移相变压器2的第二路输出上连接有第二级联二极管6，第二级联二极管6通过第二LC滤波器7与第二逆变器8输入端连接，第二逆变器8的输出正极与第一逆变器5的输出负极连接在一起，第二逆变器8的输出负极与电源负输出端连接在一起；

第二步、在逆变器中的第一IGBT9连接有第一脉宽调制（PWM）发生装置，在逆变器中的第二IGBT10连接有第二脉宽调制（PWM）发生装置，两个PWM发生装置的载波的相位移相半个载波周期，第一脉宽调制（PWM）发生装置和第二脉宽调制（PWM）发生装置的调制波为相同信号。

移相变压器2的原理和技术特点：移相变压器2是将二次侧每组输出的电压波形岔开一定的相位，移相的效果是通过变压器二次侧每组输出制作成延边三角形的绕线方式来实现的。由于最终的高压直流输出需要每组逆变器的级联来实现，假如没有应用移相变压器技术，那么每组逆变器的直流电压（主要是每组二极管整流后的六脉波）的最大值和最小值会出现在同一时刻，级联后，电压波动会更加明显。移相变压器技术可以避免此情况的发生（每组逆变器的直流电压的最大值和最小值会出现在同一时刻），可以有效抑制整流后直流电压的低次谐波。本设计的控制策略基于载波移相PWM控制技术。首先载波移相技术可以有效抑制PWM控制引起的输出侧的低次谐波，而且载波移相技术的应用，还可以很好的抑制输入电流的畸变，减小对电网的影响。其次通过直流电压的反馈信号来调节PWM的调制因数实现对直流输出电压的控制。通过检测直流输出电流和直流输出电压的反馈信号（用于直流电源或者负载发生故障时），可以迅速的停发PWM脉冲，保护十分迅速。故障反馈信号同时也会触发切断主电路输入的保护功能。通过检测交流输入电流和交流输入电压的反馈信号（用于电网、直流电源或者负载发生故障时），可以迅速的停发PWM脉冲，保护十分迅速。故障反馈信号同时也会触发切断主电路输入的保护功能。而且基于PWM控制策略的保护功能可以自由设置保护阈值，应用更加灵活。

Claims (2)

1.一种采用级联结构的高压直流电源，包括电网（1）、移相变压器（2）、级联二极管、LC滤波电路和逆变器，其特征在于，移相变压器（2）的一次侧上连接有电网（1），在移相变压器（2）的第一路输出上连接有第一级联二极管（3），第一级联二极管（3）通过第一LC滤波器（4）与第一逆变器（5）的输入端连接在一起，第一逆变器（5）的输出正极与电源正输出端连接在一起，在移相变压器（2）的第二路输出上连接有第二级联二极管（6），第二级联二极管（6）通过第二LC滤波器（7）与第二逆变器（8）的输入端连接在一起，第二逆变器（8）的输出正极与第一逆变器（5）的输出负极连接在一起，第二逆变器（8）的输出负极与电源负输出端连接在一起，在电源正输出端与电源负输出端之间连接有电容。

2.根据权利要求1所述的一种采用级联结构的高压直流电源，其特征在于，逆变器是由第一IGBT（9）和第二IGBT（10）并联组成的。