CN114362555A - 一种具有多功能选择的电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明属于核聚变装置电源技术，具体涉及一种具有多功能选择的电源模块。包括主回路、分别与主回路连接的自复位控制板、脉冲触发硬件、启动选择硬件，自复位控制板对上述主回路进行自复位控制，脉冲触发硬件用于针对上述主回路进行脉冲触发是否与母线电压值相关的判定，启动选择硬件用于针对所述的主回路进行软启动、自启动或者直充选择。主回路上加入了软启动电路，可以使得电源模块能在市电的情况下直接使用，不会对电网造成过大的冲击；加入缓冲电路，使得在打火过程中对负载和电源本身起到更好的保护作用；加入了多种功能性选择开关，使得电源模块可以使用在不同的工况下，电源模块的各种功能更加完善，极大提升电源模块的性能。

Description

一种具有多功能选择的电源模块

技术领域

本发明属于核聚变装置电源技术，具体涉及一种具有多功能选择的电源模块。

背景技术

随着环流器二号M(HL-2M)装置的初步建成，并取得首次放电成功以后，增大辅助加热系统输出的功率以增加等离子体运行参数势在必行。需要建造新的高压电源为辅助加热系统提供主电压。高压电源是辅助加热系统中重要的子系统之一，新的辅助加热系统对高压电源的性能提出了新的要求，因此需重新设计高压电源，以满足负载的需求。

新的高压电源要求具备准稳态的运行，要求在负载打火之后，能够在几毫秒内重新开通高压电源系统。高压电源还必须满足在市电以及脉冲电机供电下使用。

现有的传统电源模块是通电变压器的副边输出直接与整流桥连接在通过滤波电路，最后输出直流电，传统电源模块不能直接用于市电的调节。模块短路之后，将会封锁电源模块的输出信号，不能实现在负载打火之后电源快速的建立输出电压。

所以希望能够建立一套可同时应用于普通市电、脉冲发电机供电的高压电源，并且该套高压电源具有在负载打火之后快速恢复正常工作状态的功能，还需要电源模块的电容电压需要达到设定值才能触发电源模块的工作。同时必须满足多种功能要求：备选择市电工作模式或脉冲发电机工作模式；具备电容电压是否需要达到设定电压值才能开通电源模块的输出；具备电源模块是处于快恢复工作模式还是单触发工作模式；电源模块具备缓冲电路，减少在打火过程中对负载的能量释放。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多功能选择的电源模块，能够在能在市电的情况下直接使用，且同时能够在电网供电和脉冲发电机供电。

本发明的技术方案如下：

一种具有多功能选择的电源模块，包括主回路、分别与主回路连接的自复位控制板、脉冲触发硬件、启动选择硬件；

所述的自复位控制板对上述主回路进行自复位控制；

所述的脉冲触发硬件用于针对上述主回路进行脉冲触发是否与母线电压值相关的判定；

所述的启动选择硬件用于针对所述的主回路进行软启动、自启动或者直充选择。

所述的主回路包括与单相交流AC一端连接的熔断器、与单相交流AC另一端连接的软启动电路、连接软启动电路的输出端和熔断器输出端的单相整流桥、安装在单相整流桥正输出端和负输出端之间的串联连接的常闭开关和放电电阻；所述的主回路还包括连接在单相整流桥正输出端和负输出端之间的滤波电容、IGBT、缓冲电感、两个续流二极管。

所述的软启动电路包括继电器和软启电阻，继电器与软启电阻串联之后，整体与联动继电器并联构成软启动电路。

所述的其中一个续流二极管与缓冲电感并联形成缓冲电路，之后串联另一个续流二极管和IGBT，构成整体与滤波电容并联的电路，该电路两端分别连接在单相整流桥正输出端和负输出端；上述的滤波电容并联在单相整流桥正输出端和负输出端。

所述的自复位控制板包括接收外部自复位信号的自复位选择开关、三极管、在三极管基极端并联接地的定时电容和定时电阻，安装在三极管基极端的限流电阻A，以及过流检测电路和比较电路。

所述的过流检测电路的输入端接收复位、自复位信号或者过流检测信号，再通过二极管分别连接过流比较器和短路比较器，过流比较器和短路比较器的输出端连接电源并接地，同时两者的输出端分别连接两路限流电阻和二极管组成的串联电路；过流比较器和短路比较器输出端的其中一路串联电路汇合至上述的限流电阻A-输入端；过流比较器和短路比较器输出端的另一路串联电路的二极管正极端和负极端连接关断脉冲；串联单路中的限流电阻的输出端显示过流指示或者短路指示信号；所述的关断脉冲信号与所述的主回路中的IGBT的驱动端连接。

所述的脉冲触发硬件包括母线电压比较器，其一个输入端为母线电压，母线电压即为上述的滤波电容的两端电压，另一输入端连接接地的触发选择开关和连接电源并接地的可调电阻，脉冲触发硬件的输出端用于显示充电是否完成。

所述的启动选择硬件包括串联的光电耦合电路一和驱动电路一，其中光电耦合电路一的输入端连接限流电阻，驱动电路一的输入端连接自启动开关和驱动电阻，并连接电源；启动选择硬件还包括串联的比较器、光电耦合电路二和驱动电路二，其中驱动电路二的输入端连接直冲开关，比较器的输入端连接母线电压，另一个输入端连接接地通电的电位器。

所述的自启动开关和直冲开关的输入端连接，接收交流分合信号；所述的母线电压即为上述主回路中的滤波电容的两端电压；所述的驱动电路一的输出端与主回路中的中继电器控制端连接，驱动电路二输出端与联动继电器控制端连接。

本发明的显著效果如下：

1.在原有电源模块的主回路上加入了软启动电路，可以使得电源模块能在市电的情况下直接使用，不会对电网造成过大的冲击；

2.电源模块在电源回路中加入缓冲电路，使得在打火过程中对负载和电源本身起到更好的保护作用；

3.电源模块加入了多种功能性选择开关，使得电源模块可以使用在不同的工况下，电源模块的各种功能更加完善，对提高电源模块的性能起到了很大的作用，本发明可以使用在电网供电和脉冲发电机供电；电源模块可以根据不同的工况选择母线电压是否决定触发；

4，电源模块可以实现自复位功能，满足电源模块在打火之后能够依靠自身的硬件电路实现复位，使得电源模块可以使用在快恢复的电源系统中。

附图说明

图1为主回路示意图；

图2为电源模块自复位控制板的硬件电路示意图；

图3为脉冲触发是否与母线电压值相关的硬件电路示意图；

图4为电源模块的软启动、自启动，与直充选择的硬件电路示意图。

图5为具有多功能选择的电源模块示意图；

图中：1.熔断器；2.常闭开关；3.联动继电器；4.继电器；5.放电电阻；6.单相整流桥；7.滤波电容；8.缓冲电感；9.缓冲二极管；10.IGBT；11.续流二极管；12.释能电阻；

13.上拉电阻；14.反向二极管；15.限流电阻；15-1.限流电阻A；16.定时电容；17.定时电阻；18.三级管；19.自复位选择开关；20.触发选择开关；21.可调电阻；22.电位器；23.自启动开关；24.直充开关；

25.主回路；26.自复位控制板；27.脉冲触发硬件；28.启动选择硬件；

29.过流比较器；30.短路比较器；31.母线电压比较器；32.比较器；33.光电耦合电路一；34.光电耦合电路二；35驱动电路一；36.驱动电路二。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图5所示，具有多功能选择的电源模块包括：

主回路25、分别与主回路25连接的自复位控制板26、脉冲触发硬件27、启动选择硬件28；

自复位控制板26对上述主回路25进行自复位控制；

脉冲触发硬件27用于针对上述主回路25进行脉冲触发是否与母线电压值相关的判定；

启动选择硬件28用于针对上述主回路25进行软启动、自启动或者直充选择；

图2所示，上述的主回路25包括与单相交流AC一端连接的熔断器1、与单相交流AC另一端连接的联动继电器3和继电器4；

其中，继电器4与软启电阻9串联之后，整体与联动继电器3并联构成软启动电路；

主回路100还包括连接在上述软启动电路的输出端和熔断器1输出端的单相整流桥6、安装在单相整流桥6正输出端和负输出端之间的串联连接的常闭开关2和放电电阻5；

主回路25还包括连接在单相整流桥6正输出端和负输出端之间的滤波电容7、IGBT10、缓冲电感8、两个续流二极管11；其中一个续流二极管1与缓冲电感8并联形成缓冲电路，之后串联另一个续流二极管11和IGBT10，构成整体与滤波电容7并联的电路，该电路两端分别连接在单相整流桥6正输出端和负输出端；上述的滤波电容7并联在单相整流桥6正输出端和负输出端；

联动继电器3与常闭开关2联动控制，当联动继电器闭合，常闭开关打开，此时，滤波电容7上的能量不通过放电电阻进行放电，而联动继电器3断开时，滤波电容7上储存的能量能够通过放电电阻5进行释放，避免了滤波电容上储存的电能对人体造成危险；通过软启动电路的交流电经过单相整流桥6变为直流电，单相整流桥6与滤波电容7并联，缓冲电感8与续流二极管11并联形成缓冲电路在与电容一端连接，缓冲电路的另一端与负载端上的续流二极管11负极连接，且与释能电阻12连接，续流二极管11的正极与IGBT10的C端连接，IGBT10的C端接电源模块的输出，IGBT10的E端与滤波电容7的一端连接，从而构成了一种具有功能选择的主回路25。

自复位控制板26如图2所示，包括接收外部自复位信号的自复位选择开关19、三极管18、在三极管1基极端并联接地的定时电容16和定时电阻17，安装在三极管18基极端的限流电阻A15，以及过流检测电路和比较电路；

其中过流检测电路的输入端接收复位、自复位信号或者过流检测信号，再通过二极管14分别连接过流比较器29和短路比较器30，过流比较器29和短路比较器30的输出端连接电源并接地，同时两者的输出端分别连接两路限流电阻15和二极管14组成的串联电路；过流比较器29和短路比较器30输出端的其中一路串联电路汇合至上述的限流电阻A15输入端；过流比较器29和短路比较器30输出端的另一路串联电路的二极管14正极端和负极端连接关断脉冲；串联单路中的限流电阻15的输出端显示过流指示或者短路指示信号；

在自复位选择开关19不闭合时，过流检测将检测到的输出电流转化为电压值，当过流检测检测到有电流时，二极管14导通，当过流电压值大于过流比较器或短路比较器的设定值时，其输出高电平，从而使得模块上显示过流或短路，输出信号通过限流电阻15和二极管14传输给关闭脉冲的电路，从而使得电源模块关闭脉冲输出，另外输出信号通过限流电阻15和二极管14到三极管18的基极，使得三极管导通，从而三极管18的集电极呈现低电平，由于自复位选择开关19没有闭合，因此，低电平将会一直持续，除非给一个低电平复位信号，来恢复原始的状态。当自复位选择开关闭合时，其自复位与电流比较器和短路比较器相连，低电平将会反作用与两个比较器，从而使得比较器输出为低电平，进而使得三极管基极为低电平，定时电容16上电压不能突变，因此开始通过定时电阻17放电，当定时电容放电完毕，三极管18的基极变为负，三极管不导通，恢复到起始的状态，因此定时电容16和定时电阻17的阻值决定了自复位的定时时间。在自复位电路中二极管14的作用是防止反向电流通过，从而对电路造成干扰，上拉电阻13的作用当比较器输出为低电平时来限定其支路上电流。限流电阻的作用是限制回路上电流，避免电流过大，损坏电路中元器件。

图2自复位控制板26中的关断脉冲信号与图1主回路25中的IGBT 10的驱动端连接；

如图3所示，脉冲触发硬件27包括母线电压比较器31，其一个输入端为母线电压，母线电压即为上述的滤波电容7的两端电压，另一输入端连接接地的触发选择开关20和连接电源并接地的可调电阻21，脉冲触发硬件27的输出端用于显示充电是否完成；

当触发不受母线电压控制时，合并触发选择开关20，此时，母线电压不论多少值，都会显示充电完成，从而触发信号可以开通主回路25，而当关闭触发选择开关20，只有当母线电压高压设定值时，才会显示充电完成，才能进行触发，可调电阻21就是用于调节当母线电压达到多少时，可以发送触发信号对IGBT10开通。有时电源端电压低于额定电压值时，母线电压不能达到设定值，但是为了相关的试验也需要电源模块输出，此时就需要闭合触发选择开关20。

如图4所示，启动选择硬件28包括串联的光电耦合电路一33和驱动电路一35，其中光电耦合电路一33的输入端连接限流电阻15，驱动电路一35的输入端连接自启动开关23和驱动电阻15，并连接电源；

启动选择硬件28还包括串联的比较器32、光电耦合电路二34和驱动电路二36，其中驱动电路二36的输入端连接直冲开关24，比较器32的输入端连接母线电压，另一个输入端连接接地通电的电位器；

上述的自启动开关23和直冲开关24的输入端连接，接收交流分合信号母线电压即为上述主回路25中的滤波电容7的两端电压；

驱动电路一35的输出端与主回路25中的中继电器4控制端连接，驱动电路二36输出端与联动继电器3控制端连接。

启动选择硬件28实现电源模块的自启动和直冲选择电路，通过自启动开关23和直冲开关24进行选择，当不闭合自动开关时，给一个交流分合信号，使得驱动电路为高电平，从而触发继电器4的吸合，开始软启动充电，当充电达到设定的联动继电器3动作的电压时，光电耦合电路二导通，使得驱动电路二工作，闭合联动继电器3；当选择直冲模块时，闭合直冲开关24，不闭合自启动开关23，当给一个交流分合信号会同时使得两个驱动电路工作，同时带动联动继电器3和继电器4的闭合，实现直冲模式，当同时闭合自启动开关23和直充开关24，在控制板带电过程中，两个继电器一直处于闭合状态，相当于切除软启动电路。直充模式用于脉冲发电机供电，因为在脉冲发电机供电过程中，其电压的启动过程本身就是缓慢上升的过程，因此不需要软启动，为了试验的方便，减少光信号的传输，在脉冲发电机供电的情况下可以同时闭合自启动开关23和直充开关24。

Claims (9)

1.一种具有多功能选择的电源模块，其特征在于：包括主回路(25)、分别与主回路(25)连接的自复位控制板(26)、脉冲触发硬件(27)、启动选择硬件(28)；

所述的自复位控制板(26)对上述主回路(25)进行自复位控制；

所述的脉冲触发硬件(27)用于针对上述主回路(25)进行脉冲触发是否与母线电压值相关的判定；

所述的启动选择硬件(28)用于针对所述的主回路(25)进行软启动、自启动或者直充选择。

2.如权利要求1所述的一种具有多功能选择的电源模块，其特征在于：所述的主回路(25)包括与单相交流AC一端连接的熔断器(1)、与单相交流AC另一端连接的软启动电路、连接软启动电路的输出端和熔断器(1)输出端的单相整流桥(6)、安装在单相整流桥(6)正输出端和负输出端之间的串联连接的常闭开关(2)和放电电阻(5)；所述的主回路(25)还包括连接在单相整流桥(6)正输出端和负输出端之间的滤波电容(7)、IGBT(10)、缓冲电感(8)、两个续流二极管(11)。

3.如权利要求2所述的一种具有多功能选择的电源模块，其特征在于：所述的软启动电路包括继电器(4)和软启电阻(9)，继电器(4)与软启电阻(9)串联之后，整体与联动继电器(3)并联构成软启动电路。

4.如权利要求3所述的一种具有多功能选择的电源模块，其特征在于：所述的其中一个续流二极管(1)与缓冲电感(8)并联形成缓冲电路，之后串联另一个续流二极管(11)和IGBT(10)，构成整体与滤波电容(7)并联的电路，该电路两端分别连接在单相整流桥(6)正输出端和负输出端；上述的滤波电容(7)并联在单相整流桥(6)正输出端和负输出端。

5.如权利要求2所述的一种具有多功能选择的电源模块，其特征在于：所述的自复位控制板(26)包括接收外部自复位信号的自复位选择开关(19)、三极管(18)、在三极管(1)基极端并联接地的定时电容(16)和定时电阻(17)，安装在三极管(18)基极端的限流电阻A(15-1)，以及过流检测电路和比较电路。

6.如权利要求5所述的一种具有多功能选择的电源模块，其特征在于：所述的过流检测电路的输入端接收复位、自复位信号或者过流检测信号，再通过二极管(14)分别连接过流比较器(29)和短路比较器(30)，过流比较器(29)和短路比较器(30)的输出端连接电源并接地，同时两者的输出端分别连接两路限流电阻(15)和二极管(14)组成的串联电路；过流比较器(29)和短路比较器(30)输出端的其中一路串联电路汇合至上述的限流电阻A(15-1)输入端；过流比较器(29)和短路比较器(30)输出端的另一路串联电路的二极管(14)正极端和负极端连接关断脉冲；串联单路中的限流电阻(15)的输出端显示过流指示或者短路指示信号；所述的关断脉冲信号与所述的主回路(25)中的IGBT(10)的驱动端连接。

7.如权利要求2所述的一种具有多功能选择的电源模块，其特征在于：所述的脉冲触发硬件(27)包括母线电压比较器(31)，其一个输入端为母线电压，母线电压即为上述的滤波电容(7)的两端电压，另一输入端连接接地的触发选择开关(20)和连接电源并接地的可调电阻(21)，脉冲触发硬件(27)的输出端用于显示充电是否完成。

8.如权利要求2所述的一种具有多功能选择的电源模块，其特征在于：所述的启动选择硬件(28)包括串联的光电耦合电路一(33)和驱动电路一(35)，其中光电耦合电路一(33)的输入端连接限流电阻(15)，驱动电路一(35)的输入端连接自启动开关(23)和限流电阻(15)，并连接电源；启动选择硬件(28)还包括串联的比较器(32)、光电耦合电路二(34)和驱动电路二(36)，其中驱动电路二(36)的输入端连接直冲开关(24)，比较器(32)的输入端连接母线电压，另一个输入端连接接地通电的电位器。

9.如权利要求8所述的一种具有多功能选择的电源模块，其特征在于：所述的自启动开关(23)和直冲开关(24)的输入端连接，接收交流分合信号；所述的母线电压即为上述主回路(25)中的滤波电容(7)的两端电压；所述的驱动电路一(35)的输出端与主回路(25)中的中继电器(4)控制端连接，驱动电路二(36)输出端与联动继电器(3)控制端连接。

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