CN116073693A - 一种1+n大功率逆变电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种1+N大功率逆变电源，属于逆变电源技术领域，特涉及各种大功率、低成本、小体积、低重量逆变电源设备。本发明的1+N大功率逆变电源由一个基本逆变电源1与N个全桥扩展单元组成。基本逆变电源具有完整控制电路，用一套控制系统就可完成整个1+N大功率设备。实现同一PWM信号并联驱动多个全桥扩展单元组合，每个全桥同时开通，同时关断，每个全桥过流信号单独取样，有一路过流既关断PWM，每个全桥按比例输出汇集到总输出达到功率1+N倍增，用小功率器件实现完成大功率逆变设备。

Description

一种1+N大功率逆变电源
技术领域
本发明属于各种逆变电源技术领域，特涉及各种大功率、低成本、小体积、低重量逆变电源设备。
背景技术
现代电源多采用将直流电(市电整流、光伏发电、风力发电等产生)通过电子电力功率器件，开关控制产生高频电流，经过变压器升压或降压产生适用的DC/AC和DC/DC电源设备。
电子电力功率器件历经可控硅SCR，GTO，双极型晶体管CRT，MOSFET功率管，到现在的主角IGBT。
传统电源按不同功率选用适应的同级别功率器件，功率越大成本越高，成本增加高于功率增加幅度。
当输出功率不够时，通常方法是将单台电源设备并机使用扩充功率需要，成本和故障率成倍上升。
根据需要有的电源采用功率器件并联使用，主要成功的应用在MOSFET设备上，多只器件并联使用，多用于数KW-10KW左右，一般用于20KW以下。
IGBT大功率级别成本很高，低成本设备使用不起。IGBT并联使用技术要求很高，并联控制成本也高，梢有不慎就烧毁。其原因是：并联时分摊的电流如集中到某个器件上超过承受能力就爆了。
单管IGBT由于成本低，性能好，得到广泛应用。但功率做不大，只能达到10余KW以下。单管IGBT并联使用不理想，单管IGBT生产厂家明确表示不推荐单管IGBT直接并联使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种1+N大功率逆变电源，针对背景技术中大功率逆变电源成本高，可靠性差的状况，本发明提供了一种低成本高可靠的1+N大功率逆变电源。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种1+N大功率逆变电源，其特征在于，包括一个传统基本逆变电源1与N个全桥扩展单元A.B.C.D......N组成，输出电压为单个全桥输出电压，总功率为1+N倍，其中：
PWM驱动连接至C和D端与隔离驱动相连接，隔离驱动1.A.B......N相并联，同名端与同名端相联，实现同一PWM信号并联同步同相驱动多个全桥单元；
变压器T1.TA.TB.TC.....TN初级同芯穿过电流互感器HGQ，以检测总电流控制PWM，达到控制输出要求；
每个全桥同时同步同相开通，同时关断，变压器T1.TA.TB......TN参数相同,其他参数相当,每路输出功率接近一致；
每个全桥过流信号取至RI1.RIA.RIB......RIN,每路过流信号为或关系,有一路过流既关断PWM，通过过流保护电路完成，以保证各个桥在单独过流时能有效关闭电源输出；
每个全桥扩展单元A.B.C.D......N将对应的端子接到扩展接线端并联,按比例输出汇集到总输出达到功率倍增，每个全桥按比例输出汇集到总输出达到功率1+N倍。
扩展接线端的KZD为连接扩展单元用，C和D端为PWM驱动扩展端，GL和V-端为过电流保护扩展端,EN和TN2为扩展单元全桥输出扩展端,V+和V-为直流电源扩展端，+和-为电源输出扩展端，通过扩展完成更大功率输出。
另一种实施方式由基本逆变电源1和多个扩展单元A.B.C.D......N组成1+N大功率逆变电源，相邻输出变压器次级头尾相连实行串联，输出电压倍增，多个扩展单元组成高电压大功率逆变电源；
当PWM驱动功率足够大将可并联同步同相驱动多个全桥逆变扩展单元，达到更大功率；
变压器T1.TA.TB.TC.....TN初级同芯穿过电流互感器HGQ，以检测总电流控制PWM，达到控制输出要求；
每个全桥过流信号取至RI1.RIA.RIB......RIN,每路过流信号为或关系,有一路过流既关断PWM，通过过流保护电路完成，以保证各个桥在单独过流时能有效关闭电源输出；
扩展接线端KZD为连接扩展单元用，C和D端为PWM驱动扩展端，GL和V-端为过电流保护扩展端,EN和TN2为扩展单元全桥输出扩展端,V+和V-为直流电源扩展端，+和-为电源输出扩展端，TN2为相邻输出变压器次级头尾相连实行串联扩展端，扩展单元A.B.C.D......N将对应的端子接到扩展接线端并联,通过扩展完成更大功率输出。
另一种实施方式为：用单管IGBT应用到1+N大功率逆变焊接电源，每路全桥按比例输出，只要不超过单路全桥功率，过流保护电路不会发出信号；只有在极端情况下，某桥路产生过电流才会关断电源；即使某个桥路坏掉也不会危及相邻桥路，不像IGBT直接并联那样，出问题容易秧及相邻器件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：经过本发明实施方式组成的1+N大功率逆变电源与传统的电源相比具有以下优势：
一、更低成本：
1.使用小功率器件完成了更高级别功率的大功率逆变电源，用多只小功率器件比直接用更高级别功率器件成本低很多。
2.用本发明避免了将功率器件直接并联使用，因为直接并联使用均流控制很难，每个器件导通过程不一致，非常容易失衡而使功率器件暴掉！(功率器件直接并联使用对器件一致性要求很苛刻，生产和维护成本难承受，功率器件直接并联使用均流控制成本也很高)。
3.用本发明避免了原来将多台整机电源并联和串联使用，而本发明只需要基本逆变电源1和多个扩展单元(A.B.C.D......N)组成，成本低很多。
4.数十KW以上逆变电源所用大功率变压器成本高，用本发明将大变压器分解成1+N个小变压器，多只小变压器比一个大变压器成本要低很多。
5.使用单管IGBT(原来功率做不大)在本发明中应用将比IGBT模块有更好性能指标，我们知道单管IGBT在频率，温度很多性能指标上比IGBT模块高很多，在更高频率时变压器可做更小体积成本自然就低了。器件温升温度更高时散热更容易同时成本也低了。
二、器件数量减少故障率降低：
1.在传统电源中将功率器件直接并联使用时，要考虑均流控制，电路复杂不光成本增加，器件增多故障率也会增大，本发明不用均流控制，避免了将功率器件直接并联使用时的麻烦。
2.在传统应用多台整机电源并联和串联使用中，控制电路复杂，比单台设备有更多控制电路组成，本发明起码要少用N套逆变电源复杂的控制电路。
三、减小体积与重量：
大功率变压器体积和重量都很大，用本发明时将大变压器分解成多个小变压器分担，可分散安装，能有效减小体积与重量。
四、单管IGBT做成的电源功率能1+N倍的增加：
由于单管IGBT的性能成本优势得到广泛应用，单管IGBT组成的传统基本全桥逆变电源只能达到十余KW，通过本发明组成1+N大功率逆变电源，能轻松达到数十KW，数百KW也可以实现。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为1+N大功率逆变电源大电流输出示意图，由一个传统基本逆变电源1与N个全桥扩展(A.B.C.D......N)单元组成，输出电压为单个全桥输出电压,电流为1+N个全桥之和。
图2为1+N大功率逆变电源高电压输出示意图，由一个传统基本逆变电源1与N个全桥扩展(A.B.C.D......N)单元组成，输出电压为1+N个全桥输出电压之和，在输出高电压需要时应用。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供的1+N大功率逆变电源由一个传统基本逆变电源1与N个全桥扩展(A.B.C.D......N)单元组成。
本发明提供一种1+N大功率逆变电源，属于逆变电源技术领域，特涉及各种大功率、低成本、小体积、低重量逆变电源设备。本发明的1+N大功率逆变电源由一个基本逆变电源1与N个全桥扩展单元组成。基本逆变电源具有完整控制电路，用一套控制系统就可完成整个1+N大功率设备。实现同一PWM信号并联驱动多个全桥扩展单元组合，每个全桥同时开通，同时关断，每个全桥过流信号单独取样，有一路过流既关断PWM，每个全桥按比例输出汇集到总输出达到功率1+N倍增，用小功率器件实现完成大功率逆变设备。
本发明基本逆变电源1具有完整控制电路，用一套控制系统就可完成整个1+N大功率设备，比现常用的整机并联(大电流)和串联(高电压)，成本和故障率低很多。
如图1所示：1个基本逆变电源1(内部控制电路细节未标示)和N个全桥扩展单元组合，PWM驱动接至C和D端与隔离驱动(磁耦合或光耦合和其他耦合)相连联，隔离驱动1.A.B......N相并联，同名端与同名端相联，实现同一PWM信号并联同步同相驱动多个全桥单元。
变压器T1.TA.TB.TC.....TN(各个变压器参数一致)初级同芯穿过电流互感器HGQ，以检测总电流控制PWM，达到控制输出要求。
每个全桥同时同步同相开通，同时关断，变压器T1.TA.TB......TN参数相同,其他参数相当,每路输出功率接近一致。
每个全桥过流信号取至RI1.RIA.RIB......RIN,每路过流信号为或关系,有一路过流既关断PWM，通过过流保护电路完成，以保证各个桥在单独过流时能有效关闭电源输出。
每个全桥扩展单元(A.B.C.D.E......N)将对应的端子接到扩展接线端并联,按比例输出汇集到总输出达到功率倍增，每个全桥按比例输出汇集到总输出达到功率1+N倍。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施方式例一：如图1由基本逆变电源1和多个扩展单元(A.B.C.D......N)组成1+N大功率逆变电源。输出电压为单个全桥输出电压，功率为1+N个全桥之和，可用于大电流应用。
当PWM驱动功率足够大将可并联同步同相驱动多个全桥逆变扩展单元，达到更大功率。
变压器T1.TA.TB.TC.....TN初级同芯穿过电流互感器HGQ，以检测总电流控制PWM，达到控制输出要求；
每个全桥过流信号取至RI1.RIA.RIB......RIN,每路过流信号为或关系,有一路过流既关断PWM，通过过流保护电路完成，以保证各个桥在单独过流时能有效关闭电源输出。
图1下部接线端KZD为连接扩展单元用，C和D端为PWM驱动扩展端，GL和V-端为过电流保护扩展端,EN和TN2为扩展单元全桥输出扩展端,V+和V-为直流电源扩展端，+和-为电源输出扩展端，通过扩展完成更大功率输出。
实施方式例二:如图2由基本逆变电源1和多个扩展单元(A.B.C.D......N)组成1+N大功率逆变。相邻输出变压器次级头尾相连实行串联，输出电压倍增，多个扩展单元组成高电压大功率逆变电源。
当PWM驱动功率足够大将可并联同步同相驱动多个全桥逆变扩展单元，达到更大功率。
变压器T1.TA.TB.TC.....TN初级同芯穿过电流互感器HGQ，以检测总电流控制PWM，达到控制输出要求；
每个全桥过流信号取至RI1.RIA.RIB......RIN,每路过流信号为或关系,有一路过流既关断PWM，通过过流保护电路完成，以保证各个桥在单独过流时能有效关闭电源输出。
图2下部接线端KZD为连接扩展单元用，C和D端为PWM驱动扩展端，GL和V-端为过电流保护扩展端,EN和TN2为扩展单元全桥输出扩展端,V+和V-为直流电源扩展端，+和-为电源输出扩展端，TN2为相邻输出变压器次级头尾相连实行串联扩展端，扩展单元(A.B.C.D......N)将对应的端子接到扩展接线端并联,通过扩展完成更大功率输出。
实施方式例三:发明人用单管IGBT应用到1+N大功率逆变焊接电源，每路全桥按比例输出，即使有很小的不平衡，只要不超过单路全桥功率，过流保护电路不会发出信号。只有在极端情况下，某桥路产生过电流才会关断电源。即使某个桥路坏掉也不会危及相邻桥路，不像IGBT直接并联那样，出问题容易秧及相邻器件。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种1+N大功率逆变电源，其特征在于，包括一个传统基本逆变电源1与N个全桥扩展单元A.B.C.D......N组成，输出电压为单个全桥输出电压，总功率1+N倍，其中：
PWM驱动连接至C和D端与隔离驱动相连接，隔离驱动1.A.B......N相并联，同名端与同名端相联，实现同一PWM信号并联同步同相驱动多个全桥单元；
变压器T1.TA.TB.TC.....TN初级同芯穿过电流互感器HGQ，以检测总电流控制PWM，达到控制输出要求；
每个全桥同时同步同相开通，同时关断，变压器T1.TA.TB......TN参数相同,每路输出功率一致；
每个全桥过流信号取至RI1.RIA.RIB......RIN,每路过流信号为或关系,有一路过流既关断PWM，通过过流保护电路完成，以保证各个桥在单独过流时能有效关闭电源输出；
每个全桥扩展单元A.B.C.D......N将对应的端子接到扩展接线端并联,按比例输出汇集到总输出达到功率倍增，每个全桥按比例输出汇集到总输出达到功率1+N倍。
2.根据权利要求1所述的一种1+N大功率逆变电源，其特征在于，扩展接线端的KZD为连接扩展单元用，C和D端为PWM驱动扩展端，GL和V-端为过电流保护扩展端,EN和TN2为扩展单元全桥输出扩展端,V+和V-为直流电源扩展端，+和-为电源输出扩展端，通过扩展完成更大功率输出。
3.根据权利要求1所述的一种1+N大功率逆变电源，其特征在于，另一种实施方式由基本逆变电源1和多个扩展单元A.B.C.D......N组成1+N大功率逆变电源，相邻输出变压器次级头尾相连实行串联，输出电压倍增，多个扩展单元组成高电压大功率逆变电源；
当PWM驱动功率足够大将可并联同步同相驱动多个全桥逆变扩展单元，达到更大功率；
变压器T1.TA.TB.TC.....TN初级同芯穿过电流互感器HGQ，以检测总电流控制PWM，达到控制输出要求；
每个全桥过流信号取至RI1.RIA.RIB......RIN,每路过流信号为或关系,有一路过流既关断PWM，通过过流保护电路完成，以保证各个桥在单独过流时能有效关闭电源输出；
扩展接线端KZD为连接扩展单元用，C和D端为PWM驱动扩展端，GL和V-端为过电流保护扩展端,EN和TN2为扩展单元全桥输出扩展端,V+和V-为直流电源扩展端，+和-为电源输出扩展端，TN2为相邻输出变压器次级头尾相连实行串联扩展端，扩展单元A.B.C.D......N将对应的端子接到扩展接线端并联,通过扩展完成更大功率输出。
4.根据权利要求1所述的一种1+N大功率逆变电源，其特征在于，另一种实施方式为：用单管IGBT应用到1+N大功率逆变焊接电源，每路全桥按比例输出，只要不超过单路全桥功率，过流保护电路不会发出信号；只有在极端情况下，某桥路产生过电流才会关断电源；即使某个桥路坏掉也不会危及相邻桥路，不像IGBT直接并联那样，出问题容易秧及相邻器件。
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