CN202931214U - 一种用于输出高压电的电源转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于输出高压电的电源转换装置，其包括：将电源分裂成至少两个支路的分裂变压器、至少两个整流单元、及至少两个调整上述直流电的电压并抑制直流电中的纹波的电压调整单元；整流单元及电压调整单元的数量与分裂变压器的副级的数量相同，每个整流单元连接于分裂变压器的一个副级与一个电压调整单元之间，且每个电压调整单元依次串联；每个电压调整单元包括至少两个并联的BUCK电路；电源转换装置还包括用于驱动BUCK电路并使每个电压调整单元中BUCK电路里开关管开始导通的时间相互错开的驱动单元，驱动单元与每个开关管的控制端电连接。本实用新型提供的电源转换装置既能输出高压直流电也能大大的减少纹波。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种转换装置，尤其涉及一种用于输出高压电的电源转换装置。
背景技术
大量的电子产品需要能输出高压直流电的电源，现有技术通常是将例如市电之类的交流电通过一电源转换装置将其转换为直流电。但现有技术中的电源转换装置主要是先整流，再将整流后的直流电分为多个支路再串联输出的方式，以实现增大输出电压的目的，这种方式虽然可以比较可靠的输出较高的电压，但是由于串联的各个支路输出电压的叠加，各个支路输出电压的纹波也同时叠加到总的输出端，从而增加了输出的直流电中的纹波电压。
可以理解的是，本部分的陈述仅仅提供与本实用新型相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中输出高压电的电源转换装置输出的电压中纹波较大的缺陷，提供一种可以减少纹波且能输出高压电的电源转换装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种用于输出高压电的电源转换装置，其包括：用于将电源分裂成至少两个支路的分裂变压器、至少两个将分裂变压器输出的交流电转换为直流电的整流单元、及至少两个用于调整上述直流电的电压并抑制直流电中的纹波的电压调整单元；整流单元及电压调整单元的数量与分裂变压器的副级的数量相同，每个整流单元连接于分裂变压器的一个副级与一个电压调整单元之间，且每个电压调整单元依次串联；所述每个电压调整单元包括至少两个并联的BUCK电路；所述电源转换装置还包括用于驱动BUCK电路并使每个电压调整单元中BUCK电路里开关管开始导通的时间相互错开的驱动单元，驱动单元与每个开关管的控制端电连接。
在上述电源转换装置中，所述分裂变压器为含有三个副级的三分裂变压器。
在上述电源转换装置中，所述三分裂变压器的每个副级的绕组呈延边三角形结构。
在上述电源转换装置中，每个电压调整单元还包括与BUCK电路的输入端并联的第一滤波电容。
在上述电源转换装置中，每个电压调整单元还包括与BUCK电路的输出端并联的第二滤波电容。
在上述电源转换装置中，所述电源转换装置的正极或负极输出端连接有电子开关，且电子开关与所述驱动电路电连接。
在上述电源转换装置中，所述电子开关为三极管或场效应管。
在上述电源转换装置中，所述变压器为三相变压器，所述整流单元为三相桥式整流器。
本实用新型提供的电源转换装置，其通过分裂变压器、多个整流单元及多个电压调整单元将电源分成多个支路，再将多个电压调整单元串联从而可以输出高压电。同时，电压调整单元包括至少两个并联的BUCK电路，其还包括可以驱动BUCK电路并使每个电压调整单元中BUCK电路里开关管开始导通的时间相互错开的驱动单元，故驱动单元使每个电压调整单元中开关管开始导通的时间不一样，进而使每个电压调整单元中多个BUCK电路错相输出，故每个电压调整单元输出的直流电中纹波相互错开，进而可以大大降低电压调整单元叠加后输出的纹波的幅值。
附图说明
图1是本实用新型提供的用于输出高压电的电源转换装置的原理框图；
图2是本实用新型提供的一优选实施例的省略显示驱动单元的电源转换装置的结构示意图；
图3是本实用新型提供的一优选实施例中一个电压调整单元的电路原理图；
图4是采用单路BUCK电路的电压调整单元输出的直流电的电流波形；
图5是本实用新型提供的电源转换装置中电压调整单元采用两路BUCK电路并联且错相后输出的直流电的电流波形。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
本实用新型提供的电源转换装置主要通过多个BUCK电路错相输出、分裂变压器及驱动BUCK电路里开关管导通时间错开的驱动电路实现减少叠加的纹波的幅值。
参见图1至图5，本实用新型提供的用于输出高压电的电源转换装置，其主要包括：分裂变压器1，用于将电源分裂成至少两个支路的分裂变压器1；至少两个整流单元2，用于将分裂变压器1输出的交流电转换为直流电；至少两个电压调整单元3，用于调整上述直流电的电压并抑制直流电中的纹波；及驱动单元4。整流单元2及电压调整单元3的数量与分裂变压器1的副级的数量相同，每个整流单元2连接于分裂变压器1的一个副级与一个电压调整单元3之间，且每个电压调整单元3依次串联。依次串联的电压调整单元3的两端形成电源转换装置的正极输出端及负极输出端。所以，每个整流单元2将电源的交流电转换为直流电之后，每个电压调整单元3将直流电进行电压调整（例如升压和/或降压），则多个电压调整单元3串联后输出的电压经过叠加后输出高压电。同时，每个电压调整单元3包括至少两个并联的BUCK电路31。每个BUCK电路31里开关管均电连接驱动单元4，以受控于驱动单元4。驱动单元4用于控制BUCK电路31里开关管的导通情况，其决定了开关管开始导通的时间及导通持续的时长。驱动电路使每个电压调整单元3中BUCK电路31里开关管开始导通的时间相互错开，所以每个电压调整单元3中每个BUCK电路31输出的纹波可以实现错相输出，则纹波叠加后的幅值减少。
再次参见图2及图3所示，在该实施例中，分裂变压器1为三分裂变压器1，其包括有三个副级以将电源输出的交流电分裂成三个支路，且该三分裂变压器1为三相变压器，从而可以应用于三相交流电，例如对市电（图中AC）提供的电源进线转换。下面结合图2对本实用新型提供的电源转换装置的工作原理说明如下：
与三分裂变压器1对应的是，电源转换装置中整流单元2为三个，每个整流单元2的输入端接一个副级的输出端，其输出端接一个电压调整单元3的输入端；而且，电源转换装置中电压调整单元3为三个，三个电压调整单元3依次串联。三个电压调整单元3的两端形成电源转换装置的正极输出端及负极输出端，且在其负极输出端电连接有用于控制负载的通断的电子开关。
每个电压调整单元3包括三个BUCK电路31且三个BUCK电路31相互并联（3组BUCK电路31的输入端连接在一起，输出端同样连接在一起），而且，BUCK电路31的控制端受控于驱动单元4，以决定BUCK电路31里开关管开始导通的时间。本实用新型提供的驱动单元4（在图2中省略未显示）控制使每个电压调整单元3中BUCK电路31里开关管开始导通的时间相互错开。在图3中，开关管为场效应管，其控制端即其栅极与驱动单元4的输出端连接。例如，驱动单元4使开关管Q1在第1毫秒导通且导通时间为5毫秒，开关管Q2在第10毫秒导通且导通时间为5毫秒，开关管Q3在第30毫秒导通且导通时间为5毫秒。因此，图5中电压调整单元3输出的纹波实现错相输出。参见图4及5所示，图4中 It表示的是采用单路BUCK电路31的电压调整单元3后电源转换装置输出的直流电，图5采样的是两路并联的BUCK电路31形成一电压调节单元，其中，I1和I2分别表示的是两路BUCK电路31输出的直流电，从图可见两路BUCK电路31输出的直流电为错相输出（即存在相位差）。Isum表示两路直流电的电流之和，其有效值与It的有效值相等，从It与Isum的对比可以看到，在电压调整单元3并联及多个BUCK电路31错相输出的情形下，纹波电流频率增加，电流幅值减小，其可以极大的降低对输出滤波器及磁性元件的需求。同时，由于多个电压调整单元3串联，故其叠加后可以输出较宽范围的高压直流电(图中DC)。
值得说明的是，每个电压调整单元3中开关管导通的持续时间可以相同也可以不同。但是，一个电压调整单元3中多个开关管开始导通的时间存在时间差。优选地，在含有N组BUCK电路31的电压调整单元3中，每个BUCK电路31中开关管的导通时间相同，第N组BUCK电路31里开关管相比较于第1组BUCK电路31里开关管开始导通的时间差为(N-1)/(N*f) ，f指开关管的开关频率，N≥2。
进一步的，分裂变压器1采用存在相位差的结构，即其各个副级的绕组存在相位差。例如图2中，变压器线电压a1b1与a2b2之间的相位差为20度，a1b1与a3b3之间的相位差为40度。其它线电压间的相位差以此类推。所以，优选地，三分裂变压器1的每个副级的绕组呈延边三角形结构，以使其副边存在相位差，进而能实现变压器及电压调整单元3的两极错相输出，故其能更好的抑制纹波。
同时，每个电压调整单元3还包括与BUCK电路31的输入端并联的第一滤波电容C1，每个电压调整单元3还包括与BUCK电路31的输出端并联的第二滤波电容C2，以更好的减少纹波。上述电子开关优选为三极管或场效应管，其能更快的响应驱动单元4的驱动信号，电子开关可以连接于电源转换装置的正极或负极输出端，且其控制端与驱动单元4的输出端电连接，以由驱动单元4根据控制信号决定电子开关的通断。电子开关代替机械式开关，当负载存在短路的情况下，可以有效的切断负载与电源之间的连接。在图3所示优选实施例中，整流单元2为三相桥式整流器，其成本较低，且整流效果较好。三相桥式整流器及驱动单元4的结构为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
综上所述，本实用新型提供的电源转换电路通过电压调整单元的错相输出，可以输出较高直流电，且能大大减少输出的直流电中的纹波。其还可以通过变压器及电压调整单元的两极错相输出，更有效的减少输出电压的纹波。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于输出高压电的电源转换装置，其特征在于，包括：用于将电源分裂成至少两个支路的分裂变压器、至少两个将分裂变压器输出的交流电转换为直流电的整流单元、及至少两个用于调整上述直流电的电压并抑制直流电中的纹波的电压调整单元；
整流单元及电压调整单元的数量与分裂变压器的副级的数量相同，每个整流单元连接于分裂变压器的一个副级与一个电压调整单元之间，且每个电压调整单元依次串联；
所述每个电压调整单元包括至少两个并联的BUCK电路；
所述电源转换装置还包括用于驱动BUCK电路并使每个电压调整单元中BUCK电路里开关管开始导通的时间相互错开的驱动单元，驱动单元与每个开关管的控制端电连接。
2.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述分裂变压器为含有三个副级的三分裂变压器。
3.如权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，所述三分裂变压器的每个副级的绕组呈延边三角形结构。
4.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，每个电压调整单元还包括与BUCK电路的输入端并联的第一滤波电容。
5.如权利要求4所述的电源转换装置，其特征在于，每个电压调整单元还包括与BUCK电路的输出端并联的第二滤波电容。
6.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述电源转换装置的正极或负极输出端连接有电子开关，且电子开关与所述驱动电路电连接。
7.如权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于，所述电子开关为三极管或场效应管。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电源转换装置，其特征在于，所述变压器为三相变压器，所述整流单元为三相桥式整流器。
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