CN204089635U

CN204089635U - 高频脉冲电镀电源

Info

Publication number: CN204089635U
Application number: CN201420498876.9U
Authority: CN
Inventors: 林崇杰
Original assignee: ZHUZHOU KORI CONVERTORS CO Ltd
Current assignee: ZHUZHOU KORI CONVERTORS CO Ltd
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2024-09-01

Abstract

本实用新型公开了一种高频脉冲电镀电源，包括三相整流电路、全桥逆变电路、隔直电容、低压整流电路和N个规格相同的变压器，N≥2，其中：低压整流电路包括2N个规格相同的输出整流模块，且每一模块包括1个或多个并联的输出整流二极管；三相整流电路接电源；全桥逆变电路接三相整流电路；全桥逆变电路第一桥臂上下两个功率开关管的输出端接N个变压器原边串联后的一端、第二桥臂上下两个功率开关管的输出端经隔直电容接N个变压器原边串联后的另一端；每一个变压器副边的两端分别接1个输出整流模块的输入；每一个输出整流模块的输出均接负载的一端，每一个变压器副边的中心抽头均接负载的另一端，以避免低压整流电路中输出整流二极管并联不均流。

Description

高频脉冲电镀电源

技术领域

本实用新型涉及电镀技术领域，更具体地说，涉及高频脉冲电镀电源。

背景技术

电镀行业对电镀电源的要求是：能够适应于低压领域的大功率工作电源，其输出功率一般要求达到几千瓦到几十千瓦。

传统的电镀电源采用晶闸管相控整流方案实现，但其缺点是体积大、效率低、动态响应慢、噪声高、稳定性差。而近年来新研制出的高频脉冲电镀电源由于具有高效节能、体积小、动态性能好、适应性更强等优点，成为了电镀行业研究、开发和应用的主流。

图1示出了一种现有的高频脉冲电镀电源，包括顺次连接于交流电源和负载之间的三相整流电路、脉宽调制器、逆变电路、变压器、低压整流电路以及电抗器。为了降低损耗，所述低压整流电路采用多个肖特基二极管并联的方式实现；但由于肖特基二极管是负温度系数的器件，在大功率输出的情况下会出现肖特基二极管并联后不均流的现象，因此大大降低了该高频脉冲电镀电源的可靠性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种高频脉冲电镀电源，以通过避免低压整流电路中的输出整流二极管并联不均流，来提高高频脉冲电镀电源的可靠性。

一种高频脉冲电镀电源，包括三相整流电路、全桥逆变电路、隔直电容、低压整流电路和N个规格相同的变压器，且N≥2，其中：

所述低压整流电路包括2N个规格相同的输出整流模块，且所述每一个输出整流模块包括1个输出整流二极管，或者所述每一个输出整流模块包括多个相并联的输出整流二极管；

所述三相整流电路的电能输入端连接交流电源；

所述全桥逆变电路的电能输入端连接所述三相整流电路；

所述全桥逆变电路第一桥臂上下两个功率开关管的输出端与所述N个变压器原边串联后的一端相连；

所述全桥逆变电路第二桥臂上下两个功率开关管的输出端经过所述隔直电容与所述N个变压器原边串联后的另一端相连；

所述每一个变压器副边的两端分别连接1个所述输出整流模块的输入端；

所述每一个输出整流模块的输出端均连接负载的一端，所述每一个变压器副边的中心抽头均连接所述负载的另一端。

可选地，所述高频脉冲电镀电源还包括：连接于所述三相整流电路与所述全桥逆变电路之间的滤波电容。

可选地，所述高频脉冲电镀电源还包括第一饱和电感，其中：所述第一饱和电感一端接所述每一个输出整流电路的输出端，其另一端接所述负载的一端。

可选地，所述高频脉冲电镀电源还包括第二饱和电感，其中：所述第二饱和电感一端接所述全桥逆变电路第一桥臂上下两个功率开关管的输出端，其另一端接所述N个变压器原边串联后的一端。

其中，所述输出整流二极管为快恢复二极管。

其中，所述输出整流二极管为肖特基二极管。

其中，所述N≤12。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型为高频脉冲电镀电源引入了多个规格相同的变压器，所述各个变压器原边串联后接在全桥逆变电路的输出端，其副边分别串接一个输出整流模块(每一个输出整流模块包括1个输出整流二极管，或者每一个输出整流模块包括多个相并联的输出整流二极管)后并联在负载两端；在应用时，只需控制全桥逆变电路中功率开关管的通断，即可实现所述输出整流二极管并联后均流的效果，提高了高频脉冲电镀电源的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种高频脉冲电镀电源结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的一种高频脉冲电镀电源结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见图2，本实用新型实施例公开了一种高频脉冲电镀电源，以通过避免低压整流电路中的输出整流二极管并联不均流，来提高高频脉冲电镀电源的可靠性，包括三相整流电路A、全桥逆变电路B、隔直电容C_b、低压整流电路和N个规格相同的变压器TF₁～TF_N，且N≥2，其中：

所述低压整流电路包括2N个规格相同的输出整流电路D₁～D_2N，且所述每一个输出整流模块包括1个输出整流二极管，或者所述每一个输出整流模块包括多个相并联的输出整流二极管(图2仅以每一个输出整流模块包括1个输出整流二极管作为示例)；

三相整流电路A的电能输入端连接交流电源；

全桥逆变电路B的电能输入端连接三相整流电路A；

全桥逆变电路B第一桥臂上下两个功率开关管的输出端B1与N个变压器TF₁～TF_N原边串联后的一端相连；

全桥逆变电路B第二桥臂上下两个功率开关管的输出端B2经过隔直电容C_b与N个变压器TF₁～TF_N原边串联后的另一端相连；

所述每一个输出整流模块的输出端均连接负载R的一端，所述每一个变压器副边的中心抽头均连接负载R的另一端。

其中，每1个所述变压器对应2个所述输出整流模块组成一个模块单元，所述高频脉冲电镀电源共包括N个这样的模块单元，图2中标注“省略”字样的模块即未示出的N－3个这样的模块单元。

为了更为清楚的描述上述高频脉冲电镀电源的电路结构，下面以所述每一个输出整流模块包括1个输出整流二极管作为示例，从以下4点进行详述。

1)关于输出整流电路D₁～D_2N(即输出整流二极管D₁～D_2N)

输出整流二极管D₁～D_2N可统一采用肖特基二极管，也可统一采用快恢复二极管，并不局限。

2)关于全桥逆变电路B的拓扑结构

全桥逆变电路B通常以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)作为功率开关管，包括IGBT₁、IGBT₂、IGBT₃和IGBT₄共4个IGBT具体的：

IGBT₂和IGBT₄位于第一桥臂，IGBT₁和IGBT₃位于第二桥臂；

IGBT₁和IGBT₂的集电极接三相整流电路的正极，IGBT₃和IGBT₄的发射极接三相整流电路A的负极；

IGBT₁的发射极接IGBT₃的集电极，该节点即为全桥逆变电路B第二桥臂上下两个功率开关管的输出端B2；IGBT₂的发射极接IGBT₄的集电极，该节点即为全桥逆变电路B第一桥臂上下两个功率开关管的输出端B1。

3)关于变压器TF₁～TF_N与全桥逆变电路B和所述低压整流电路的连接

首先记变压器TF₁原边的两端分别为TF₁-1端和TF₁-2端、其副边的两端分别为TF₁-3端和TF₁-4端，记变压器TF₂原边的两端分别为TF₂-1端和TF₂-2端，其副边的两端分别为TF₂-3端和TF₂-4端，依次类推，记变压器TF_N原边的两端分别为TF_N-1端和TF_N-2端、其副边的两端分别为TF_N-3端和TF_N-4端；

所谓N个变压器TF₁～TF_N原边串联，即：变压器TF₁原边的TF₁-2端接变压器TF₂原边的TF₂-1端，变压器TF₂原边的TF₂-2端接变压器TF₃原边的TF₃-1端，依次类推，变压器TF_N-1原边的TF_N-1-2端接变压器TF_N原边的TF_N-1端；

所谓全桥逆变电路B第一桥臂上下两个功率开关管的输出端B1与N个变压器TF₁～TF_N原边串联后的一端相连，即：IGBT₂的发射极(或IGBT₄的集电极)接变压器TF₁原边的TF₁-1端；

所谓全桥逆变电路B第二桥臂上下两个功率开关管的输出端B2经过隔直电容C_b与N个变压器TF₁～TF_N原边串联后的另一端相连，即：IGBT₁的发射极(或IGBT₃的集电极)经隔直电容C_b接变压器TF_N原边的TF_N-2端；

所谓所述每一个变压器副边的两端分别连接一个所述输出整流电路的输入端，即：变压器TF₁副边的TF₁-3端连接输出整流二极管D₁的阳极，变压器TF₁副边的TF₁-4端连接输出整流二极管D₂的阳极；变压器TF₂副边的TF₂-3端连接输出整流二极管D₃的阳极，变压器TF₂副边的TF₂-4端连接输出整流二极管D₄的阳极；依次类推，变压器TF_N副边的TF_N-3端连接输出整流二极管D_2N-1的阳极，变压器TF_N副边的TF_N-4端连接输出整流二极管D_2N的阳极；

4)关于负载R与变压器TF₁～TF_N和所述低压整流电路的连接

首先记变压器TF₁副边的中心抽头为TF₁-5，记变压器TF₂副边的中心抽头为TF₂-5，依次类推，记变压器TF_N副边的中心抽头为TF_N-5，其中，变压器副边的中心抽头特指从变压器副边绕组的中间位置引出的连接头，如变压器副边绕组共有10匝，那么从其第5匝位置引出的连接头就叫做中心抽头；记负载R的两端分别为R1和R2；

所谓所述每一个输出整流电路的输出端均连接负载R的一端，所述每一个变压器副边的中心抽头均连接负载R的另一端，即：

输出整流二极管D₁的阳极、输出整流二极管D₂的阳极，直至输出整流二极管D_2N的阳极均连接至负载R的一端；变压器TF₁副边的中心抽头TF₁-5、变压器TF₂副边的中心抽头TF₂-5，直至变压器TF_N副边的中心抽头TF_N-5均连接至负载R的另外一端；变压器TF₁～TF_N的副边一侧呈并联结构。

下面，对所述高频脉冲电镀电源的工作原理进行详述：

交流电源输出的三相380V/50Hz交流电经过三相整流电路A整流后，得到540V的直流电；

当IGBT₁和IGBT₄导通，IGBT₂和IGBT₃关断时，所述540V的直流电从三相整流电路A的正极流出，依次流经IGBT₁、隔直电容C_b、变压器TF_N～TF₁的原边、IGBT₄，最后回到三相整流电路A的负极；其间，变压器TF₁～TF_N的副边绕组上会产生感应电流，输出整流二极管D₁～D_2N中的D₁、D₃、D₅……D_2N-1反向截止，输出整流二极管D₁～D_2N中的D₂、D₄、D₆……D_2N正向导通；

当IGBT₂和IGBT₃导通，IGBT₁和IGBT₄关断时，所述540V的直流电从三相整流电路A的正极流出，依次流经IGBT₂、变压器TF₁～TF_N的原边、隔直电容C_b、IGBT₃，最后回到三相整流电路A的负极；其间，变压器TF₁～TF_N的副边绕组上会产生与之前方向完全相反相同的感应电流，输出整流二极管D₁～D_2N中的D₂、D₄、D₆……D_2N反向截止，输出整流二极管D₁～D_2N中的D₁、D₃、D₅……D_2N-1正向导通；至此一个周期结束，进入下一个周期。

在每半个周期，总有N个输出整流模块导通，由于变压器TF₁～TF_N型号相同、输出整流二极管D₁～D_2N型号相同，又由于变压器变比与变压器副边输出电流的乘积等于该变压器的原边电流，因此，所述N个输出整流模块的输出电流均相等，实现了低压整流电路中的输出整流二极管并联均流的效果，解决了现有技术存在的问题。

同样的道理，当所述每一个输出整流模块包括多个相并联的输出整流二极管时，同样可实现在每半个周期，总有N个输出整流模块的输出电流均相等，且由于一个输出整流模块由多个输出整流二极管并联得到，阻抗更小，因此可有效降低所述输出整流模块的输出电流。

优选的，仍参见图2，所述高频脉冲电镀电源还包括：连接于三相整流电路A与全桥逆变电路B之间的滤波电容C，用以降低三相整流电路A输出的交流脉动波纹系数、平滑直流输出。

优选的，仍参见图2，所述高频脉冲电镀电源还包括：连接于输出整流电路D₁～D_2N的输出端与负载R之间的第一饱和电感Lo，用以与变压器副边漏感共同吸收浪涌，抑制尖峰，消除振荡。

优选的，仍参见图2，所述高频脉冲电镀电源还包括：连接于全桥逆变电路B第一桥臂上下两个功率开关管的输出端B1，与变压器TF₁原边的TF₁-1端之间的第二饱和电感Lr，用以适用于移相全桥软开关控制技术，所述移相全桥软开关控制技术会利用第二饱和电感Lr与变压器原边漏感实现零电压零电流开通或关断。

最后需要说明的是，变压器TF₁～TF_N的总数目最少应为2个，但考虑到变压器磁芯利用率以及磁耦合情况，本实施例择优限定其总数目最多为12个。

本实施例适用于大功率脉冲电镀电源，电压范围允许从0到30V，电流在1000A以上，完全能够满足主电路的容量需求。

综上所述，本实施例为高频脉冲电镀电源引入了多个规格相同的变压器，所述各个变压器原边串联后接在全桥逆变电路的输出端，其副边分别串接一个输出整流模块(每一个输出整流模块包括1个输出整流二极管，或者每一个输出整流模块包括多个相并联的输出整流二极管)后并联在负载两端；在应用时，只需控制全桥逆变电路中功率开关管的通断，即可实现所述输出整流二极管并联后均流的效果，提高了高频脉冲电镀电源的可靠性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种高频脉冲电镀电源，其特征在于，包括三相整流电路、全桥逆变电路、隔直电容、低压整流电路和N个规格相同的变压器，且N≥2，其中：

所述低压整流电路包括2N个规格相同的输出整流模块，且所述每一个输出整流模块包括1个输出整流二极管或者包括多个相并联的输出整流二极管；

所述三相整流电路的电能输入端连接交流电源；

所述全桥逆变电路的电能输入端连接所述三相整流电路；

2.根据权利要求1所述的高频脉冲电镀电源，其特征在于，还包括：连接于所述三相整流电路与所述全桥逆变电路之间的滤波电容。

3.根据权利要求1所述的高频脉冲电镀电源，其特征在于，还包括第一饱和电感，其中：

所述第一饱和电感一端接所述每一个输出整流模块的输出端，其另一端接所述负载的一端。

4.根据权利要求1所述的高频脉冲电镀电源，其特征在于，还包括第二饱和电感，其中：

所述第二饱和电感一端接所述全桥逆变电路第一桥臂上下两个功率开关管的输出端，其另一端接所述N个变压器原边串联后的一端。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的高频脉冲电镀电源，其特征在于，所述输出整流二极管为快恢复二极管。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的高频脉冲电镀电源，其特征在于，所述输出整流二极管为肖特基二极管。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的高频脉冲电镀电源，其特征在于，所述N≤12。