CN114499216A - 一种电压调节电源 - Google Patents

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CN114499216A CN202210382201.7A CN202210382201A CN114499216A CN 114499216 A CN114499216 A CN 114499216A CN 202210382201 A CN202210382201 A CN 202210382201A CN 114499216 A CN114499216 A CN 114499216A
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Abstract

本发明公开了一种电压调节电源，包括：变压器的原边绕组与交流电源连接，变压器的两个副边绕组分别与第一变换器的输入端、第二变换器的输入端连接，第二变换器的输出端与第一变换器的输出端串联连接，二者输出电压叠加后为负载供电，从而更适用于在小电压范围内需要调节输出电流或者功率范围很大的电解水制氢等电解领域。

Description

一种电压调节电源
技术领域
本发明涉及直流供电技术领域，具体涉及一种电压调节电源。
背景技术
电解电源通常是直流电源，其是电解系统中与电解槽相连的核心部分，负责提供电解化学反应的直流电势条件。根据电解化学反应的原理以及电解槽内单体槽堆叠数量，通常要求电解电源提供指定范围的电压输出，一般该电压范围较小，但在该电压范围内需要调节输出的电流或者功率范围会很大（从零功率到额定功率）。因此要求电解电源应该在小电压范围内具备宽范围功率输出的精细化调节能力。
现有电解电源的拓扑形式多由两级或两级以上的功率变换单元并接级联实现，第一级通常是交流转直流AC/DC整流器，将交流电压转换为一个固定的直流电压，第二级通常是直流转直流DC/DC变换器，将一个固定的直流电压进行全电压范围的调节。然而，电解的过程通常是在一个较小的电压范围内进行的（如170V~200V），虽然传统电解电源工作时其输出电压范围可以较宽（如0V~200V），但电解时其有效的工作范围较窄（200V－170V=30V），并且在此小的电压范围内电解功率是需要从空载到满载全功率调节的，因此需要在较窄的范围内（30V）调节输出高精度的功率较为困难。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的在较窄的范围内调节输出高精度的功率较为困难缺陷，从而提供一种电压调节电源。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明实施例提供一种电压调节电源，包括：变压器、第一变换器、第二变换器，其中，变压器的原边绕组与交流电源连接，变压器的第一副边绕组与第一变换器的输入端连接，变压器的第二副边绕组与第二整流器的输入端连接；第一变换器的正极输出端与第二变换器的负极输出端连接，第一变换器的负极输出端与待供电负载的负极供电端连接，第一变换器用于固定输出第一输出电压；第二变换器的正极输出端与待供电负载的正极供电端连接，第二变换器用于固定输出第二输出电压；第二输出电压与第一输出电压之和为负载的供电电压；通过调整所述第一输出电压及第二输出电压，使得电压调节电源的全电压调节范围为待供电负载有效工作电压的上限电压与下限电压之差。
在一实施例中，变压器为单相隔离变压器或三相隔离变压器。
在一实施例中，当变压器为三相隔离变压器时，变压器的原边绕组、第一副边绕组、第二副边绕组的内部连接方式呈星型或三角型。
在一实施例中，第二变换器包括：第一电压变换器、第二电压变换器，其中，第一电压变换器的输入端与变压器的第二副边绕组连接，第一电压变换器的正极输出端、负极输出端分别与第二电压变换器的正极输入端、负极输入端对应连接；第二电压变换器的正极输出端与待供电负载的正极供电端连接，第二电压变换器的负极输出端与第一变换器的正极输出端连接。
在一实施例中，变压器的原边绕组的匝数为定值，通过调节变压器的副边绕组的匝数调节第一变换器、第一电压变换器的输出电压。
在一实施例中，第二变换器括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及电感，其中，第一电容的两端分别与第一变换器的两个输出端连接；第二电容的第一端通过电感与第二电压变换器的正极输出端连接，第二电容的第一端还与待供电负载的正极供电端连接，第二电容的第二端与第二电压变换器的负极输出端连接，第二电容的第二端还与第一变换器的正极输出端连接；第三电容的两端分别与第一电压变换器的两个输出端连接；第四电容的第一端与第二电容的第一端连接，电容的第二端与第一变换器的负极输出端连接。
在一实施例中，第二变换器还包括：多条直流母线，其中，第一变换器的正极输出端通过直流母线与第二电压变换器的负极输出端连接，第一变换器的负极输出端通过直流母线分别与第四电容的第一端、待供电负载的负极供电端连接；第一电压变换器的正极输出端通过直流母线与第二电压变换器的正极输入端连接，第一电压变换器的负极输出端通过直流母线与第二电压变换器的负极输入端连接，第三电容并联在该直流母线上；第二电压变换器的正极供电端通过直流母线与电感的第一端连接，第二电压变换器的负极供电端通过直流母线分别与第二电容的第二端、第一变换器的正极输出端连接；电感的第二端通过直流母线分别与第二电容的第一端、第四电容的第二端连接。
在一实施例中，第一变换器、第一电压变换器均为二极管不控型整流器、晶闸管半控型整流器、PWM全控型整流器、同步整流技术实现的整流器中的任意一种整流器。
在一实施例中，第二电压变换器为升压型DC-DC变换器、降压型DC-DC变换器、升降压型DC-DC变换器、采用同步整流技术的DC-DC变换器中的任意一种变换器。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的电压调节电源，变压器的原边绕组与交流电源连接，变压器的两个副边绕组分别与第一变换器的输入端、第二变换器的输入端连接，第二变换器的输出端与第一变换器的输出端串联连接，二者输出电压叠加后为负载供电，从而更适用于在小电压范围内需要调节输出电流或者功率范围很大的电解水制氢等电解领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电压调节电源的一个具体示例的组成图；
图2为本发明实施例提供的变压器的一个具体示例的示意图；
图3为本发明实施例提供的电压调节电源的另一个具体示例的组成图；
图4为本发明实施例提供的电压调节电源的另一个具体示例的组成图；
图5为本发明实施例提供的电压调节电源的另一个具体示例的组成图；
图6(a)为本发明实施例提供的二极管不控型整流器的电路结构图；
图6(b)为本发明实施例提供的晶闸管半控型整流器的电路结构图；
图6(c)为本发明实施例提供的PWM全控型整流器的电路结构图；
图6(d)为本发明实施例提供的同步整流技术实现的典型整流器的电路结构图；
图7(a)为本发明实施例提供的升压型DC-DC变换器的电路结构图；
图7(b)为本发明实施例提供的降压型DC-DC变换器的电路结构图；
图7(c)为本发明实施例提供的升降压型DC-DC变换器的电路结构图；
图7(d)为本发明实施例提供的同步整流型DC-DC变换器的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
本发明实施例提供一种电压调节电源，如图1所示，包括：变压器1、第一变换器2、第二变换器3。
本发明实施例的变压器1的原边绕组与交流电源连接，变压器1的第一副边绕组与第一变换器2的输入端连接，变压器1的第二副边绕组与第二变换器3的输入端连接，该变压器1用于实现第一变换器2与第二变换器3之间的电气隔离。
如图1所示，本发明实施例的第一变换器2的正极输出端与第二变换器3的负极输出端连接，第一变换器2的负极输出端与待供电负载的负极供电段连接，第一变换器2用于固定输出第一输出电压。
如图1所示，第二变换器3的正极输出端与待供电负载的正极供电端连接，第二变换器3用于固定输出第二输出电压；通过调整第一输出电压及第二输出电压，以宽范围精细化调整电压调节电源的输出电压。
具体地，本发明实施例的第二变换器3输出的直流电与第一变换器2输出的直流电串联叠加后为待供电负载供电，即第二输出电压与第一输出电压之和为负载供电电压。
具体地，本发明实施例的电压调节电源的全电压调节范围为待供电负载有效工作电压的上限电压与下限电压之差，其通过调节第一变换器2及第二变换器3的输出电压，得到宽范围的供电电压。
本发明实施例将具有小电压范围调节的第二变换器3与固定输出直流电的第一变换器2串联连接后为待供电负载供电，从而实现在较窄的电压范围内调节输出高精度的功率，使得本发明实施例提供的电源具有在小电压范围内具备宽范围功率输出的精细化调节能力。
在一具体实施例中，本发明实施例的变压器1为单相隔离变压器或三相隔离变压器，可以理解的是，当该变压器1为单相隔离变压器时，其原边绕组及两组副边绕组为单相绕组，当该变压器1为三相隔离变压器时，其原边绕组及两组副边绕组为三相绕组。
进一步地，当变压器1为单相隔离变压器时，第一变换器2、第二变换器3为单相整流器，当变压器1为三相隔离变压器时，第一变换器2、第二变换器3为三相整流器。
在一具体实施例中，当变压器1为三相隔离变压器时，变压器1的原边绕组、第一副边绕组、第二副边绕组的内部连接方式呈星型或三角型。
具体地，当变压器1为三相隔离变压器时，原边绕组、第一副边绕组、第二副边绕组均为三相绕组，该三个三相绕组的内部连接方式可以相同或不同，在此不作限制，例如：如图2所示，原边绕组及第二副边绕组均三角型连接，第一绕组星型连接。
在一具体实施例中，如图3所示，第二变换器3包括：第一电压变换器31、第二电压变换器32，其中，第一电压变换器31的输入端与变压器的第二副边绕组连接，第一电压变换器31的正极输出端、负极输出端分别与第二电压变换器32的正极输入端、负极输入端对应连接；第二电压变换器32的正极输出端与待供电负载的正极供电端连接，第二电压变换器32的负极输出端与第一变换器的正极输出端连接。
具体地，电压调节电源的全电压调节范围为待供电负载有效工作电压的上限电压与下限电压之差，第一电压变换器31用于宽范围精细化调整输出电压，例如：待供电负载有效工作电压范围为450V~500V，则第一电压变换器31固定输出50V直流电，第二电压变换器32输出的电压范围为0~50V，第一变换器2固定输出450V直流电，则第一变换器2与第二电压变换器32串联后输出的供电电压的范围即为450V~500V，从而满足待供电负载有效工作电压范围。
在一具体实施例中，本发明实施例的变压器1的原边绕组的匝数为定值，通过调节变压器1的副边绕组的匝数调节第一变换器2、第一电压器31的输出电压。
具体地，本发明实施例的原边绕组的匝数可以固定或者可变，当原边绕组固定时，可以通过调节两个副边绕组的匝数或调节第二电压变换器32内部器件的占空比等参数，调节供电电压范围。当原边绕组可变时，可以通过调节三个绕组的匝数或调节第二电压变换器32内部器件的占空比等参数，调节供电电压范围。
在一具体实施例中，如图4所示，第二变换器3包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4及电感L。
如图4所示，第一电容C1的两端分别与第一变换器2的两个输出端连接；第二电容C2的第一端通过电感L与第二电压变换器32的正极输出端连接，第二电容C2的第一端还与待供电负载的正极供电端连接，第二电容C2的第二端与第二电压变换器32的负极输出端连接，第二电容C2的第二端还与第一变换器2的正极输出端连接；第三电容C3的两端分别与第一电压变换器31的两个输出端连接；第四电容C4的第一端与第二电容C2的第一端连接，电容的第二端与第一变换器2的负极输出端连接。
具体地，本发明实施例的第一电容C1、第三电容C3、第四电容C4均为直流支撑电容，电感L与第二电容C2构成RC滤波电路。
在一具体实施例中，如图5所示，第二变换器3还包括：多条直流母线（图5中的虚线均为直流母线）。
如图5所示，第一变换器2的正极输出端通过直流母线与第二电压变换器32的负极输出端连接，第一变换器2的负极输出端通过直流母线分别与第四电容C4的第一端、待供电负载的负极供电端连接；第一电压变换器31的正极输出端通过直流母线与第二电压变换器32的正极输入端连接，第一电压变换器31的负极输出端通过直流母线与第二电压变换器32的负极输入端连接，第三电容C3并联在该直流母线上；第二电压变换器32的正极供电端通过直流母线与电感L的第一端连接，第二电压变换器32的负极供电端通过直流母线分别与第二电容C2的第二端、第一变换器2的正极输出端连接；电感L的第二端通过直流母线分别与第二电容C2的第一端、第四电容C4的第二端连接。
在一具体实施例中，第一变换器2、第一电压变换器31均为二极管不控型整流器、晶闸管半控型整流器、PWM全控型整流器、同步整流技术实现的整流器中的任意一种整流器。
具体地，本发明实施例的第一变换器2、第一电压变换器31可以为同种类型的整流器，也可以为不同种类型的整流器，整流器的类型包括：图6(a)的二极管不控型整流器，图6(b)的晶闸管半控型整流器，图6(c)的PWM全控型整流器，图6(d)的同步整流技术实现的典型整流器，但仅以此举例，并不以此为限制。
需要说明的是，图6(c)的PWM全控型整流器中的全控开关器件仅以IGBT举例，但还可以为其他全控开关器件，图6(d)的同步整流技术实现的典型整流器中的开关器件以MOS管举例，但还可以为其他可控开关器件，在此不作限制。
在一具体实施例中，第二电压变换器32为升压型DC-DC变换器、降压型DC-DC变换器、升降压型DC-DC变换器、采用同步整流技术的DC-DC变换器中的任意一种变换器。
具体地，本发明实施例的第二电压变换器32可以为如图7(a)所示的升压型DC-DC变换器，即Boost变换器，或者可以为如图7(b)所示的降压型DC-DC变换器，即Buck变换器，或者可以为如图7(c)所示的升降压DC-DC变换器，即Buck-Boost变换器，或者可以为如图7(d)所示的同步整流型DC-DC变换器。
具体地，本发明实施例通过调整DC-DC变换器内的开关器件的占空比（或开关频率）调节其输出电压，需要说明的是图7(a)~图7(d)所示的电路均用于举例，第二电压变换器32还可以为其他具有直流转直流的功能的变换器，例如：Cuk变换器。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种电压调节电源，其特征在于，包括：变压器、第一变换器、第二变换器，其中，
所述变压器的原边绕组与交流电源连接，所述变压器的第一副边绕组与所述第一变换器的输入端连接，所述变压器的第二副边绕组与所述第二变换器的输入端连接；
所述第一变换器的正极输出端与所述第二变换器的负极输出端连接，所述第一变换器的负极输出端与待供电负载的负极供电端连接，所述第一变换器用于固定输出第一输出电压；
所述第二变换器的正极输出端与所述待供电负载的正极供电端连接，所述第二变换器用于固定输出第二输出电压；
所述第二输出电压与第一输出电压之和为负载的供电电压；
通过调整所述第一输出电压及第二输出电压，使得所述电压调节电源的全电压调节范围为所述待供电负载有效工作电压的上限电压与下限电压之差。
2.根据权利要求1所述的电压调节电源，其特征在于，所述变压器为单相隔离变压器或三相隔离变压器。
3.根据权利要求2所述的电压调节电源，其特征在于，当所述变压器为三相隔离变压器时，所述变压器的原边绕组、第一副边绕组、第二副边绕组的内部连接方式呈星型或三角型。
4.根据权利要求1所述的电压调节电源，其特征在于，所述第二变换器包括：第一电压变换器、第二电压变换器，其中，
所述第一电压变换器的输入端与所述变压器的第二副边绕组连接，所述第一电压变换器的正极输出端、负极输出端分别与所述第二电压变换器的正极输入端、负极输入端对应连接；
所述第二电压变换器的正极输出端与待供电负载的正极供电端连接，所述第二电压变换器的负极输出端与所述第一变换器的正极输出端连接。
5.根据权利要求4所述的电压调节电源，其特征在于，所述变压器的原边绕组的匝数为定值，通过调节所述变压器的副边绕组的匝数调节所述第一变换器、第一电压变换器的输出电压。
6.根据权利要求4所述的电压调节电源，其特征在于，所述第二变换器包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及电感，其中，
所述第一电容的两端分别与所述第一变换器的两个输出端连接；
所述第二电容的第一端通过电感与所述第二电压变换器的正极输出端连接，所述第二电容的第一端还与所述待供电负载的正极供电端连接，所述第二电容的第二端与所述第二电压变换器的负极输出端连接，所述第二电容的第二端还与所述第一变换器的正极输出端连接；
所述第三电容的两端分别与所述第一电压变换器的两个输出端连接；
所述第四电容的第一端与所述第二电容的第一端连接，所述电容的第二端与所述第一变换器的负极输出端连接。
7.根据权利要求5所述的电压调节电源，其特征在于，所述第二变换器还包括：多条直流母线，其中，
所述第一变换器的正极输出端通过直流母线与所述第二电压变换器的负极输出端连接，所述第一变换器的负极输出端通过直流母线分别与所述第四电容的第一端、所述待供电负载的负极供电端连接；
所述第一电压变换器的正极输出端通过直流母线与所述第二电压变换器的正极输入端连接，所述第一电压变换器的负极输出端通过直流母线与所述第二电压变换器的负极输入端连接，所述第三电容并联在该直流母线上；
所述第二电压变换器的正极供电端通过直流母线与所述电感的第一端连接，所述第二电压变换器的负极供电端通过直流母线分别与所述第二电容的第二端、所述第一变换器的正极输出端连接；
所述电感的第二端通过直流母线分别与所述第二电容的第一端、所述第四电容的第二端连接。
8.根据权利要求4所述的电压调节电源，其特征在于，所述第一变换器、所述第一电压变换器均为二极管不控型整流器、晶闸管半控型整流器、PWM全控型整流器、同步整流技术实现的整流器中的任意一种整流器。
9.根据权利要求4所述的电压调节电源，其特征在于，所述第二电压变换器为升压型DC-DC变换器、降压型DC-DC变换器、升降压型DC-DC变换器、采用同步整流技术的DC-DC变换器中的任意一种变换器。
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