CN202818134U - 一种psm高压电源 - Google Patents

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本实用新型涉及一种PSM高压电源,包括用于接交流电输入的软启动电路,其输出端依次通过整流滤波电路、整流电压采样电路与主开关回路的输入端相连,主开关回路的输出端分别与负载、主回路掉电快速泄放电路以及输出电压采样电路相连,输出电压采样电路、整流电压采样电路的输出端均与控制电路的输入端相连,控制电路的输出端分别与软启动电路、主开关回路的输入端相连。本实用新型采用软启动电路,使主开关回路在上电瞬间更加稳定可靠;在主开关回路掉电时使用主回路掉电快速泄放电路,确保掉电后的操作更加安全;控制电路使用CPLD进行逻辑控制,使得电源的开关控制、故障反应更加迅速,可靠。

Description

一种PSM高压电源
技术领域
本实用新型涉及高压电源领域,尤其是一种PSM高压电源。
背景技术
目前,在受控核聚变装置中,低混杂波电流驱动系统、电子回旋加热系统和中性束注入系统是有效的辅助加热系统,这些辅助加热系统采用速调管、回旋管和离子源等设备,通过高功率微波和中性束注入对等离子进行加热和驱动。而PSM高压电源组成的供电系统正是用来为速调管、回旋管和离子源等设备供电,且该类PSM高压电源要求输出电压调节范围较大,纹波以及调整精度较小,同时具有快速的开关响应能力,一旦发生打火击穿,要求能够在几微妙到几十微妙内切断电源,能够实现电源的快速保护,否则极易损坏速调管、回旋管和离子源等设备。
PSM高压电源是由一系列相同的直流脉冲电源串联,经过一定的脉宽调制方式,在直流侧形成高压大功率脉冲电源。以往采用的PSM高压电源,输出纹波大,低电压输出时调整精度低,主回路保护器件多,成本高,笨重,不便于安装使用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种低成本、稳定性强的PSM高压电源。
为实现上述目的,本实用新型采用了以下技术方案:一种PSM高压电源,包括用于接交流电输入的软启动电路,其输出端依次通过整流滤波电路、整流电压采样电路与主开关回路的输入端相连,主开关回路的输出端分别与负载、主回路掉电快速泄放电路以及输出电压采样电路相连,输出电压采样电路、整流电压采样电路的输出端均与控制电路的输入端相连,控制电路的输出端分别与软启动电路、主开关回路的输入端相连。
由上述技术方案可知,本实用新型采用软启动电路,使主开关回路在上电瞬间更加稳定可靠;在主开关回路掉电时使用主回路掉电快速泄放电路,确保掉电后的操作更加安全;控制电路使用CPLD进行逻辑控制,使得电源的开关控制、故障反应更加迅速,可靠。
附图说明
图1是本实用新型的电路框图;
图2是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
一种PSM高压电源,包括用于接交流电输入的软启动电路1,其输出端依次通过整流滤波电路2、整流电压采样电路3与主开关回路4的输入端相连,主开关回路4的输出端分别与负载、主回路掉电快速泄放电路6以及输出电压采样电路5相连,输出电压采样电路5、整流电压采样电路3的输出端均与控制电路7的输入端相连,控制电路7的输出端分别与软启动电路1、主开关回路4的输入端相连。如图1所示。
如图2所示,所述的软启动电路1由交流接触器KM1、软启动电阻R1以及软启动电容C1组成,软启动电阻R1与软启动电容C1串联,软启动电阻R1的另一端接交流接触器KM1的第5引脚,软启动电容C1的另一端接交流接触器KM1的第6引脚,交流接触器KM1的第3、4引脚相连,交流接触器KM1的第5、1引脚分别通过熔断器F1、F2接交流电,交流接触器KM1的第2、4、6引脚接整流滤波电路2的输入端;所述的整流滤波电路2由三相整流桥V1、滤波电容C2和泄放电阻R13组成,三相整流桥V1的第1、2、3引脚分别与交流接触器KM1的第6、4、2引脚相连,三相整流桥V1的第4、5引脚分别作为其正、负输出端,滤波电容C2跨接在该输出端上,泄放电阻R13并联在滤波电容C2上。
如图2所示,所述的整流电压采样电路3由电阻R2、R3、R4和电容C3、C4、C5组成,电阻R2与电容C3并联,且其并联端为第一、二并联端;电阻R3与电容C4并联,且其并联端为第三、四并联端;电阻R4与电容C5并联,且其并联端为第五、六并联端;第一并联端与整流滤波电路2的正输出端相连,第二、三并联端串联,第四、五并联端串联,第六并联端与整流滤波电路2的负输出端相连,第五并联端输出采样电压VM1至控制电路7的输入端。所述的电阻R2、R3为高压电阻,所述的电容C3、C4为高压电容。
如图2所示,所述的输出电压采样电路5由电阻R6、R7、R8和电容C7、C8、C9组成,电阻R6与电容C7并联,且其并联端为第一、二并联端;电阻R7与电容C8并联,且其并联端为第三、四并联端;电阻R8与电容C9并联,且其并联端为第五、六并联端;第一并联端与主开关回路4的负输出端相连,第二、三并联端串联,第四、五并联端串联,第六并联端与整流滤波电路2的负输出端相连,第五并联端输出采样电压VM2至控制电路7的输入端。所述的电阻R6、R7为高压电阻,所述的电容C7、C8为高压电容。
如图2所示,所述的负载为电阻R9,所述的主开关回路4包括开关管V5和续流二极管V6,续流二极管V6、电阻R10均跨接在整流电压采样的输出端上,开关管V5与整流电压采样的负输出端相连,二极管V2与电阻R10并联后与电容C6串联且跨接在开关管V5上,二极管V3与电阻R11串联后与限流电感L1并联,限流电感L1的一端与电阻R10的一端相连,另一端输出与负载电阻R9相连;所述的主回路掉电快速泄放电路6由电阻R12和可控硅V4组成,电阻R12的一端与主开关回路4的负输出端相连,另一端与可控硅V4的阳极相连,可控硅V4的阴极接地,可控硅V4的控制极与电源掉电瞬间产生的脉冲电路相连。所述的开关管V5、续流二极管V6为同一个IGBT模块的上、下半桥,该IGBT模块的上半桥作为续流二极管V6,下半桥作为开关管V5;二极管V2、V3均为快恢复二极管。
如图2所示,所述的控制电路7由CPLD控制器、比较器、压频转换电路和IGBT驱动电路组成, CPLD控制器的输入端分别与输出电压采样电路5的采样电压VM2输出端、IGBT驱动电路的输出端、比较器的输出端相连,CPLD控制器的输出端与IGBT驱动电路、故障信号输出端相连;比较器的输入端分别接整流电压采样电路3的采样电压VM1输出端、基准电压Vref,比较器的输出端分别与CPLD控制器的输入端、压频转换电路的输入端相连,IGBT驱动电路的输出端与主开关回路4的输入端相连。也就是说,CPLD控制器的输入端接收采样电压信号VM2、IGBT信号以及比较器的输出信号VCOMP;比较器的输入端接收采样电压信号VM1、以及基准电压Vref;压频转换电路的频率F将从频率输出端F-OUT端送出;IGBT驱动电路输出的驱动信号与开关管V5的控制端相连。
以下结合图1、2对本实用新型作进一步的说明。
本实施例为输出电压为750V,输出电流为18A的PSM高压电源,该电源由AC570V供电,输出负载电阻R9的阻值为42Ω。
当电路开始工作时,首先AC570V供电通过三相中的一相、软启动电路1的软启动电阻R1、软启动电容C1、经过三相整流桥V1对整流滤波电路2中的电容C5进行缓慢充电到DC550V左右,整流电压采样电路3输出的采样电压VM1送到比较器的输入端,比较器将采样电压VM1与基准电压Vref比较,比较后的结果VCOMP送给CPLD控制器,与此同时,输出电压采样电路输出的采样电压VM2也送给CPLD控制器,当电源模块正常软启动后,若CPLD控制器没有检测到故障信号,则会发出控制信号使软启动电路1中的交流接触器KM1吸合,然后AC570三相供电迅速经过交流接触器KM1并通过三相整流桥V1对电容C5充电,电容C5两端电压瞬间有个跃变,从DC550V跃变到DC760V,主开关回路4正常工作。
当外部IGBT信号触发设备开启IGBT信号给CPLD控制器后,控制电路7会迅速将此信号送给IGBT模块的下半桥——开关管V5使其导通。在开关管V5导通瞬间,整流滤波电路2的电容C5两端的电压会加在限流电感L1的两端,由于限流电感L1的存在,主开关回路4导通后,回路电流会缓慢上升直到稳定。当关断IGBT驱动电路时,限流电感L1中的能量会通过自身吸收电路——二极管V3、电阻R11进行释放,开关管V5在关断瞬间会产生一个尖峰电压,为了保护IGBT模块的下半桥开关管V5,在开关管V5的两端加了RCD吸收电路,开关管V5在断开时,尖峰电压会通过二极管V2,对电容C6进行充电,在开关管V5导通时,电容C6通过电阻R5以及导通的开关管V5进行放电。  
在主开关回路4掉电时,除了能够通过并联在电容C2两端的电阻R13能够放电以外,另外还加了一个主回路掉电快速泄放电路6。当主开关回路4掉电时,会瞬间有一个触发脉冲送给可控硅V4,然后可控硅V4导通,电容C2两端的储能会迅速通过电阻R12、可控硅V4进行泄放。
总之,本实用型采用软启动电路1,使主开关回路4在上电瞬间更加稳定可靠,采样电压均使用RC阻容采样电路,开关管V5与续流二极管V6使用一个整体的IGBT模块,更加经济实用。在主开关回路4掉电时使用主回路掉电快速泄放电路6,使得电源掉电后操作更加安全,在控制方面使用CPLD控制器进行逻辑控制,使得电源的开关控制、故障反应更加迅速,可靠。

Claims (9)

1.一种PSM高压电源,其特征在于:包括用于接交流电输入的软启动电路(1),其输出端依次通过整流滤波电路(2)、整流电压采样电路(3)与主开关回路(4)的输入端相连,主开关回路(4)的输出端分别与负载、主回路掉电快速泄放电路(6)以及输出电压采样电路(5)相连,输出电压采样电路(5)、整流电压采样电路(3)的输出端均与控制电路(7)的输入端相连,控制电路(7)的输出端分别与软启动电路(1)、主开关回路(4)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的PSM高压电源,其特征在于:所述的软启动电路(1)由交流接触器KM1、软启动电阻R1以及软启动电容C1组成,软启动电阻R1与软启动电容C1串联,软启动电阻R1的另一端接交流接触器KM1的第5引脚,软启动电容C1的另一端接交流接触器KM1的第6引脚,交流接触器KM1的第3、4引脚相连,交流接触器KM1的第5、1引脚分别通过熔断器F1、F2接交流电,交流接触器KM1的第2、4、6引脚接整流滤波电路(2)的输入端;所述的整流滤波电路(2)由三相整流桥V1、滤波电容C2和泄放电阻R13组成,三相整流桥V1的第1、2、3引脚分别与交流接触器KM1的第6、4、2引脚相连,三相整流桥V1的第4、5引脚分别作为其正、负输出端,滤波电容C2跨接在该输出端上,泄放电阻R13并联在滤波电容C2上。
3.根据权利要求1所述的PSM高压电源,其特征在于:所述的整流电压采样电路(3)由电阻R2、R3、R4和电容C3、C4、C5组成,电阻R2与电容C3并联,且其并联端为第一、二并联端;电阻R3与电容C4并联,且其并联端为第三、四并联端;电阻R4与电容C5并联,且其并联端为第五、六并联端;第一并联端与整流滤波电路(2)的正输出端相连,第二、三并联端串联,第四、五并联端串联,第六并联端与整流滤波电路(2)的负输出端相连,第五并联端输出采样电压VM1至控制电路(7)的输入端。
4.根据权利要求1所述的PSM高压电源,其特征在于:所述的输出电压采样电路(5)由电阻R6、R7、R8和电容C7、C8、C9组成,电阻R6与电容C7并联,且其并联端为第一、二并联端;电阻R7与电容C8并联,且其并联端为第三、四并联端;电阻R8与电容C9并联,且其并联端为第五、六并联端;第一并联端与主开关回路(4)的负输出端相连,第二、三并联端串联,第四、五并联端串联,第六并联端与整流滤波电路(2)的负输出端相连,第五并联端输出采样电压VM2至控制电路(7)的输入端。
5.根据权利要求1所述的PSM高压电源,其特征在于:所述的负载为电阻R9,所述的主开关回路(4)包括开关管V5和续流二极管V6,续流二极管V6、电阻R10均跨接在整流电压采样的输出端上,开关管V5与整流电压采样的负输出端相连,二极管V2与电阻R10并联后与电容C6串联且跨接在开关管V5上,二极管V3与电阻R11串联后与限流电感L1并联,限流电感L1的一端与电阻R10的一端相连,另一端输出与负载电阻R9相连;所述的主回路掉电快速泄放电路(6)由电阻R12和可控硅V4组成,电阻R12的一端与主开关回路(4)的负输出端相连,另一端与可控硅V4的阳极相连,可控硅V4的阴极接地,可控硅V4的控制极与电源掉电瞬间产生的脉冲电路相连。
6.根据权利要求1所述的PSM高压电源,其特征在于:所述的控制电路(7)由CPLD控制器、比较器、压频转换电路和IGBT驱动电路组成, CPLD控制器的输入端分别与输出电压采样电路(5)的采样电压VM2输出端、IGBT驱动电路的输出端、比较器的输出端相连,CPLD控制器的输出端与IGBT驱动电路、故障信号输出端相连;比较器的输入端分别接整流电压采样电路(3)的采样电压VM1输出端、基准电压Vref,比较器的输出端分别与CPLD控制器的输入端、压频转换电路的输入端相连,IGBT驱动电路的输出端与主开关回路(4)的输入端相连。
7.根据权利要求3所述的PSM高压电源,其特征在于:所述的电阻R2、R3为高压电阻,所述的电容C3、C4为高压电容。
8.根据权利要求3所述的PSM高压电源,其特征在于:所述的电阻R6、R7为高压电阻,所述的电容C7、C8为高压电容。
9.根据权利要求5所述的PSM高压电源,其特征在于:所述的开关管V5、续流二极管V6为同一个IGBT模块的上、下半桥,该IGBT模块的上半桥作为续流二极管V6,下半桥作为开关管V5;二极管V2、V3均为快恢复二极管。
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