CN201904730U - 新型高压隔离电源 - Google Patents

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王国建
刘江华
徐道恒
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Tianjin Electric Transmission Design And Research Institute
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Abstract

本实用新型涉及一种新型高压隔离电源，其技术特点是：包括主电源电路和控制单元电路，主电源电路由交流进线整流器、升压斩波电路、半桥逆变电路、高压隔离变压器和输出整流滤波电路依次连接构成，控制单元电路包括升压斩波控制单元和半桥逆变控制单元，其中升压斩波控制单元与升压斩波电路相连接，半桥逆变控制单元与半桥逆变电路相连接。本实用新型实现了软开关、功率因数校正特性和高压隔离的多路交流电和直流电输出的功能，具有工作效率高、输出功率大、结构简洁、运行安全可靠、对输入电压没有谐波污染等特点。特别适用于输入与输出需要高压隔离的辅助供电，或作为高压大功率电力电子变流装置中的可控型功率器件的驱动电源。

Description

新型高压隔离电源
技术领域
本实用新型属于电力电子领域，尤其是一种新型高压隔离电源。
背景技术
在电力电子领域，高压隔离电源为高压大功率电力电子变流装置中的可控型功率器件提供多路高压隔离的驱动电源。随着电力电子器件的迅速发展，变流装置容量越来越大，对驱动电源在隔离电压等级和输出功率的要求也越来越高，如使用IGCT(集成门极换向晶闸管)设计的高压大功率三电平变流装置对驱动电源的功率要求是百瓦级，隔离电压要求万伏级。目前常规的开关电源难以满足高压隔离要求，而满足高压隔离要求的电源一般都是硬开关电源或者线性电源，效率不高，增加输出功率后，对输入电网造成谐波污染，电源的体积也会变得比较大，而且，目前的高压隔离驱动电源一般只能提供多路直流电输出，不能同时提供多路交流和直流电输出。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有软开关和功率因数校正特性、可多路交流和直流电输出的新型高压隔离电源。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种新型高压隔离电源，包括主电源电路和控制单元电路，主电源电路由交流进线整流器、升压斩波电路、半桥逆变电路、高压隔离变压器和输出整流滤波电路依次连接构成，控制单元电路包括升压斩波控制单元和半桥逆变控制单元，其中升压斩波控制单元与升压斩波电路相连接，半桥逆变控制单元与半桥逆变电路相连接。
而且，所述的半桥逆变电路输出端还并联多路高压隔离变压器和输出整流滤波电路。
而且，所述的交流进线整流器为单相全波整流电路。
而且，所述的半桥逆变电路为如下两种结构的一种：
(1)由可控型功率器件、二极管和电容分别构成两个桥臂，两个桥臂的中点分别与高压隔离变压器两端相连接；
(2)由可控型功率器件、二极管构成一个桥臂，下半桥臂两端分别与电容、高压隔离变压器串联体的两端连接。
而且，所述的高压隔离变压器采用初级和次级分开绕制在同一个磁芯上的疏耦合绕制结构，在高压隔离变压器的初、次级以及磁芯之间通过绝缘材料进行隔离。
而且，所述的输出整流滤波电路采用二极管单相全波整流电路和电容滤波，其输入端和高压隔离变压器输出端连接。
而且，所述的升压斩波控制单元与升压斩波电路的连接方式为：升压斩波电路的两输入端及输出端分别连接到升压斩波控制单元的输入电流采集端、输入电压采集端和输出电压采集端，升压斩波控制单元通过驱动电路与可控型功率器件相连接。
而且，所述的半桥逆变控制单元与半桥逆变电路的连接方式为：半桥逆变控制单元的电流采集端连接到半桥逆变电路的输出端，半桥逆变控制单元通过驱动电路连接到上半桥和下半桥的可控型功率器件上。
本实用新型的优点和积极效果是：
本实用新型将升压斩波电路、半桥逆变电路、高压隔离变压器、输出整流滤波电路有效地结合在一起，实现了软开关、功率因数校正特性和高压隔离的多路交流电和直流电输出的功能，作为高压大功率电力电子变流装置中的可控型功率器件驱动电源，具有工作效率高、输出功率大、体积小、结构简洁、运行安全可靠、对输入电压没有谐波污染等特点。特别适用于输入与输出需要高压隔离的辅助供电，或作为高压大功率电力电子变流装置中的可控型功率器件的驱动电源。
附图说明
图1是本实用新型的方框原理图；
图2是本实用新型的主电源电路及控制单元电路原理图；
图3是本实用新型所使用的一种半桥逆变电路结构；
图4是本实用新型所使用的另一种半桥逆变电路结构。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：
一种新型高压隔离电源，如图1和图2所示，包括主电源电路和控制单元电路，主电源电路由交流进线整流器、升压斩波电路、半桥逆变电路、高压隔离变压器和输出整流滤波电路依次连接构成，半桥逆变电路输出端还可以并联多路高压隔离变压器和输出整流滤波电路，实现多路交流电输出和直流电输出功能。控制单元电路包括升压斩波控制单元(图中所示控制单元A)和半桥逆变控制单元(图中所示控制单元B)，其中升压斩波控制单元与升压斩波电路相连接对升压斩波电路进行脉冲宽度调制控制，使得输出电压维持稳定，并具有功率因数校正(PFC)功能；半桥逆变控制单元与半桥逆变电路相连接对半桥逆变电路、高压隔离变压器和输出整流滤波电路构成的LLC变换电路进行脉冲频率调制控制，实现半桥逆变电路及输出整流电路功率器件的软开关功能。
交流进线整流器是由二极管D1、D2、D3及D4构成的单相全波整流电路，220VAC单相电源经过全波整流后直接作为升压斩波电路的输入。
升压斩波电路包括电感L1、电阻R1、可控型功率器件V1、二极管D5及电容C1，电感L1、二极管D5依次连接在交流进线整流器的一输出线路上，电阻R1连接交流进线整流器的另一输出线路上，在两条输出线路上并联可控型功率器件V1和电容C1。升压斩波电路与升压斩波控制单元(控制单元A)的具体连接关系为：升压斩波电路的两输入端及输出端分别连接到升压斩波控制单元的输入电流采集端、输入电压采集端和输出电压采集端并进入升压斩波控制单元，升压斩波控制单元采用电压外环电流内环双闭环的调节原理，以PWM方式通过驱动电路控制V1，实现输出稳定电压的同时使输入电流近似成为正弦波并与输入电压同相位，实现功率因数校正。
半桥逆变电路可以采用如图3、图4所示的两种结构之一：(1)由可控型功率器件、二极管和电容分别构成两个桥臂，两个桥臂的中点分别与高压隔离变压器两端相连接；(2)由可控型功率器件、二极管构成一个桥臂，下半桥臂两端分别与电容、高压隔离变压器串联体的两端连接。在图2的电路中，该半桥逆变电路由可控型功率器件V2和V3、二极管D6和D7、电容C2、C3、C4和C5连接构成。其中，D6和D7可以是V2、V3内含的反并联二极管，C2、C3可以是V2、V3的寄生电容或并上外置电容。
高压隔离变压器采用初级和次级分开绕制在同一个磁芯上的疏耦合绕制结构，该高压隔离变压器的初、次级以及磁芯之间根据隔离电压等级需要选择绝缘材料达到高压隔离的目的，如使用环氧树脂真空灌封来进行高压隔离，高压隔离变压器的初、次级漏感以谐振电感的方式成为实现主电源电路软开关的元件之一。
输出整流滤波电路采用二极管单相全波整流电路和电容滤波，其输入端和高压隔离变压器输出端连接，可选择交流或者直流电输出，当需要交流电输出时，可直接从高压隔离变压器输出端引出得到交流电输出，如图2所示的E、F两端即为交流电输出。
半桥逆变电路、高压隔离变压器及输出滤波电路连接构成LLC谐振变换电路，半桥逆变控制单元(图中控制单元B)采用常规LLC谐振变换器控制方法，一方面半桥逆变控制单元的电流采集端连接到半桥逆变电路的输出端采集半桥逆变电路的输出电流，另一方面半桥逆变控制单元通过驱动电路分别连接到可控型功率器件V2、V3上以脉冲频率调制方式控制，从而达到稳定输出电压的目的。基于LLC谐振变换电路的基本原理，即使在电源空载的情况下，也能稳定输出电压，而且V2，V3以及D8、D9、D10、D11都能实现软开关，降低了开关损耗，提高了工作效率，降低电源体积。
本实用新型的工作原理：220V交流电经过交流进线整流器后经全波整流得到正弦波脉动的直流；升压斩波电路在升压斩波控制单元的控制下，通过脉冲宽度调制方式实现升压斩波电路的控制，将脉动的直流变换成稳定的直流电压，并且控制进线电流近似于与进线电压同相位的正弦波；半桥逆变电路、高压隔离变压器和输出整流滤波电路构成的LLC谐振变换电路，半桥逆变控制单元以脉冲频率调制方式实现对LLC谐振变换电路的控制，在需要交流电输出场合可将高压隔离变压器的输出端直接作为交流电输出，也可以将高压隔离变压器输出的交流电经输出整流滤波电路输出稳定、隔离的直流电。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种新型高压隔离电源，其特征在于：包括主电源电路和控制单元电路构成，主电源电路由交流进线整流器、升压斩波电路、半桥逆变电路、高压隔离变压器和输出整流滤波电路依次连接构成，控制单元电路包括升压斩波控制单元和半桥逆变控制单元，其中升压斩波控制单元与升压斩波电路相连接，半桥逆变控制单元与半桥逆变电路相连接。
2.根据权利要求1所述的新型高压隔离电源，其特征在于：所述的半桥逆变电路输出端还并联多路高压隔离变压器和输出整流滤波电路。
3.根据权利要求1或2所述的新型高压隔离电源，其特征在于：所述的交流进线整流器为单相全波整流电路。
4.根据权利要求1或2所述的新型高压隔离电源，其特征在于：所述的半桥逆变电路为如下两种结构的一种：
(1)由可控型功率器件、二极管和电容分别构成两个桥臂，两个桥臂的中点分别与高压隔离变压器两端相连接；
(2)由可控型功率器件、二极管构成一个桥臂，下半桥臂两端分别与电容、高压隔离变压器串联体的两端连接。
5.根据权利要求1或2所述的新型高压隔离电源，其特征在于：所述的高压隔离变压器采用初级和次级分开绕制在同一个磁芯上的疏耦合绕制结构，在高压隔离变压器的初、次级以及磁芯之间通过绝缘材料进行隔离。
6.根据权利要求1或2所述的新型高压隔离电源，其特征在于：所述的输出整流滤波电路采用二极管单相全波整流电路和电容滤波，其输入端和高压隔离变压器输出端连接。
7.根据权利要求1或2所述的新型高压隔离电源，其特征在于：所述的升压斩波控制单元与升压斩波电路的连接方式为：升压斩波电路的两输入端及输出端分别连接到升压斩波控制单元的输入电流采集端、输入电压采集端和输出电压采集端，升压斩波控制单元通过驱动电路与可控型功率器件相连接。
8.根据权利要求1或2所述的新型高压隔离电源，其特征在于：所述的半桥逆变控制单元与半桥逆变电路的连接方式为：半桥逆变控制单元的电流采集端连接到半桥逆变电路的输出端，半桥逆变控制单元通过驱动电路连接到上半桥和下半桥的可控型功率器件上。
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