CN205377695U - 一种高频电解电源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高频电解电源，包括N个相同的电源模块；每个电源模块包括三相整流滤波电路、全桥逆变电路和输出整流滤波电路，所述输出整流滤波电路包括第一整流单元和第二整流单元；第i电源模块的第一整流单元的负极与第i+1电源模块的第一整流单元的正极连接，所述第i电源模块的第二整流单元的负极与所述第i+1电源模块中的第二整流单元的正极连接；所述第一电源模块的第一整流单元的正极与第二整流单元的正极相连接，其公共端连接到负载的第一端，所述第N电源模块的第一整流单元的负极与第二整流单元的负极相连接，其公共端连接到所述负载的第二端。该高频电解电源能够提高输出电压等级，解决均流问题，简化结构，降低制作成本和控制成本。

Description

一种高频电解电源

技术领域

本实用新型属于工业电解技术领域，更具体地说，涉及一种高频电解电源。

背景技术

在电解行业里，电源的功率一般都是几十千瓦到几百千瓦。近年来国内外相继研制出用于中小功率领域的高频电解电源，如中国专利文献CN105048833A提出的一种电解电源，采用模块化结构设计，模块电源包括工频AC/DC变换器、DC/DC变换器和控制器，输出采用并联的方式，提高了功率等级。但其缺点是：输出电压等级不够，只适合20V以下的低压大电流电解，电气结构复杂，包含多个IGBT模块及电抗器，导致制作成本高，安装调试不方便，而且为了解决多模块电源并联均流问题增加了许多控制成本。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高频电解电源，能够提高输出电压等级，解决均流问题，简化结构，降低制作成本和控制成本。

本实用新型提供的上述高频电解电源包括N个相同的电源模块：第一电源模块、第二电源模块直至第N电源模块，其中N为不小于2的整数；

每个电源模块均包括依次连接的三相整流滤波电路、全桥逆变电路和输出整流滤波电路，所述输出整流滤波电路中包括第一整流单元和第二整流单元；

第i电源模块中的第一整流单元的负极与第i+1电源模块中的第一整流单元的正极连接，所述第i电源模块中的第二整流单元的负极与所述第i+1电源模块中的第二整流单元的正极连接，其中，1≤i≤N-1；

所述第一电源模块中的第一整流单元的正极与所述第一电源模块中的第二整流单元的正极相连接，其公共端连接到负载的第一端，所述第N电源模块中的第一整流单元的负极与所述第N电源模块中的第二整流单元的负极相连接，其公共端连接到所述负载的第二端。

优选的，在上述高频电解电源中，所述三相整流滤波电路包括：一端分别与三相交流电连接的三相断路器，所述三相断路器的另一端与三相整流模块的输入端连接。

优选的，在上述高频电解电源中，所述三相整流滤波电路还包括：与所述三相整流模块连接的高压吸收电路，所述高压吸收电路包括连接在所述三相断路器与所述三相整流模块的输入端之间的第一压敏电阻、第二压敏电阻和第三压敏电阻，以及与所述三相整流模块的输出端并联的第四压敏电阻；

与所述第四压敏电阻的两端连接的滤波器，所述滤波器包括串联连接的第一电感和第一电容，以及与所述第一电容并联连接的放电电阻。

优选的，在上述高频电解电源中，所述全桥逆变电路包括：

连接在所述三相整流模块的正极输出端和负极输出端之间的第一IGBT模块和第二IGBT模块，以及连接在所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块之间的第一高频变压器和第二高频变压器；

所述第一IGBT模块包括第一开关和第二开关，所述第二IGBT模块包括第三开关和第四开关，位于所述第一开关与所述第二开关之间的第一引脚连接所述第一高频变压器的原边绕组的第一端，位于所述第三开关与所述第四开关之间的第二引脚通过薄膜电容器连接所述第二高频变压器的原边绕组的第一端；

位于所述第一开关的另一端的第三引脚和位于所述第三开关的另一端的第四引脚共同连接所述第一电感；

位于所述第二开关的另一端的第五引脚和位于所述第四开关的另一端的第六引脚共同连接所述三相整流模块的负极输出端；

所述第一高频变压器的第二端与所述第二高频变压器的第二端串联连接。

优选的，在上述高频电解电源中，所述第一整流单元和所述第二整流单元均包括第一整流部件、第二整流部件、第二电感和第三电感；

所述第一整流部件的第一端与所述第一高频变压器的副边绕组的第一端连接，第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二整流部件的第一端与所述第一高频变压器的副边绕组的第二端连接，第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述第三电感的第二端连接。

优选的，在上述高频电解电源中，所述第i电源模块中的第一高频变压器的副边绕组的中部作为第一负极，与所述第i+1电源模块中的第二电感的第二端连接，所述第i电源模块中的第二高频变压器的副边绕组的中部作为第二负极，与所述第i+1电源模块中的第三电感的第二端连接；

所述第N电源模块中的第一高频变压器的副边绕组的中部作为第三负极，所述第N电源模块中的第二高频变压器的副边绕组的中部作为第四负极，所述第三负极和所述第四负极连接，其公共端与所述负载的第一端连接；

所述第一电源模块中的第二电感的第二端与第三电感的第二端连接，其公共端与所述负载的第二端连接。

优选的，在上述高频电解电源中，还包括与所述负载并联连接的假负载。

从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的高频电解电源，由于包括N个相同的电源模块：第一电源模块、第二电源模块直至第N电源模块，其中N为不小于2的整数；每个电源模块均包括依次连接的三相整流滤波电路、全桥逆变电路和输出整流滤波电路，所述输出整流滤波电路中包括第一整流单元和第二整流单元；第i电源模块中的第一整流单元的负极与第i+1电源模块中的第一整流单元的正极连接，所述第i电源模块中的第二整流单元的负极与所述第i+1电源模块中的第二整流单元的正极连接，其中，1≤i≤N-1；所述第一电源模块中的第一整流单元的正极与所述第一电源模块中的第二整流单元的正极相连接，其公共端连接到负载的第一端，所述第N电源模块中的第一整流单元的负极与所述第N电源模块中的第二整流单元的负极相连接，其公共端连接到所述负载的第二端，实现了输出先串联再并联的结构，因此能够提高输出电压等级，且解决了均流问题，而且不需要使用电抗器，因此能够简化结构，降低制作成本和控制成本。

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为本申请实施例提供的第一种高频电解电源的示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心思想在于提供一种高频电解电源，能够提高输出电压等级，解决均流问题，简化结构，降低制作成本和控制成本。

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。

本申请实施例提供的第一种高频电解电源如图1所示，图1为本申请实施例提供的第一种高频电解电源的示意图。该电源包括N个相同的电源模块：第一电源模块1、第二电源模块(图中未示出)直至第N电源模块2，其中N为不小于2的整数；

每个电源模块均包括依次连接的三相整流滤波电路11、全桥逆变电路12和输出整流滤波电路13，所述输出整流滤波电路13中包括第一整流单元和第二整流单元(用虚线隔开的两个部分，其中，上面部分为第一整流单元，下面部分为第二整流单元)；

第i电源模块中的第一整流单元的负极与第i+1电源模块中的第一整流单元的正极连接，所述第i电源模块中的第二整流单元的负极与所述第i+1电源模块中的第二整流单元的正极连接，其中，1≤i≤N-1；

所述第一电源模块1中的第一整流单元的正极与所述第一电源模块1中的第二整流单元的正极相连接，其公共端连接到负载的第一端，所述第N电源模块2中的第一整流单元的负极与所述第N电源模块2中的第二整流单元的负极相连接，其公共端连接到所述负载的第二端。

需要说明的是，采用模块化设计以及输出串联，能够使得各模块输出电流相同，而无需均流，简化了设计，节约了控制器设计成本与时间，而输出先串联后并联的结构，具有高功率因数，低损耗，防高压，安装调试方便的优点，适用于中小功率电解电源。一般单机组输出电压能达到200V，输出电流达到5KA，多机组之间通过输出并联还可以达到上兆瓦的功率，满足大功率电解电源的需求，另外，该电源不需要使用大体积的工频变压器，体积更小，损耗更低，功率因数更高，谐波更少。

从上述技术方案可以看出，本申请实施例所提供的第一种高频电解电源，由于输出端串联后再并联，因此能够提高输出电压等级，且解决了均流问题，而且不需要使用电抗器，因此能够简化结构，降低制作成本和控制成本。

在上述第一种高频电源的基础上，还提供了第二种高频电解电源，继续参考图1，其中，所述三相整流滤波电路11包括：一端分别与三相交流电4连接的三相断路器111，所述三相断路器111的另一端与三相整流模块112的输入端连接，这里所述的三相交流电4可以是380V交流电。

由于该第二种高频电解电源具有断路器，因此当发生大的故障时，输入断路器能自动跳开，保护模块单元，而且，能对每个电源模块进行单独调试，将不需要运行的电源模块相对应的断路器断开即可。

在上述第二种高频电源的基础上，还提供了第三种高频电解电源，继续参考图1，其中，所述三相整流滤波电路11还包括：与所述三相整流模块112连接的高压吸收电路，所述高压吸收电路包括连接在所述三相断路器111与所述三相整流模块112的输入端之间的第一压敏电阻113、第二压敏电阻114和第三压敏电阻115，以及与所述三相整流模块112的输出端并联的第四压敏电阻116，这里需要说明的是，所述三相整流模块112的输入端并联所述第一压敏电阻113、第二压敏电阻114和所述第三压敏电阻115；

与所述第四压敏电阻116的两端连接的滤波器，所述滤波器包括串联连接的第一电感1171和第一电容1172，以及与所述第一电容1172并联连接的放电电阻1173。

需要说明的是，上述第三种高频电解电源具有上述四个压敏电阻，因此具有防高压的作用，遇有超过该压敏电阻导通电压的高压浪涌、脉冲、感应雷时就被压敏电阻吸收，达到保护电路的目的。

在上述第三种高频电源的基础上，还提供了第四种高频电解电源，继续参考图1，其中，所述全桥逆变电路12包括：

连接在所述三相整流模块112的正极输出端和负极输出端之间的第一IGBT模块121和第二IGBT模块122，以及连接在所述第一IGBT模块121和所述第二IGBT模块122之间的第一高频变压器123和第二高频变压器124；

所述第一IGBT模块121包括第一开关1211和第二开关1212，所述第二IGBT模块122包括第三开关1221和第四开关1222，位于所述第一开关1211与所述第二开关1212之间的第一引脚连接所述第一高频变压器123的原边绕组的第一端，位于所述第三开关1221与所述第四开关1222之间的第二引脚通过薄膜电容器125连接所述第二高频变压器124的原边绕组的第一端；

位于所述第一开关1211的另一端的第三引脚和位于所述第三开关1221的另一端的第四引脚共同连接所述第一电感1171；

位于所述第二开关1212的另一端的第五引脚和位于所述第四开关1222的另一端的第六引脚共同连接所述三相整流模块112的负极输出端；

所述第一高频变压器123的第二端与所述第二高频变压器124的第二端串联连接。

需要说明的是，上述全桥逆变电路使用半桥模块IGBT、高频变压器以及防偏磁的薄膜电容，功率损耗低，结构简单，安装方便。

在上述第四种高频电源的基础上，还提供了第五种高频电解电源，继续参考图1，其中，

所述第一整流单元包括第一整流部件131、第二整流部件132、第二电感135和第三电感136，所述第二整流单元包括第一整流部件133、第二整流部件134；

所述第一整流单元的第一整流部件131的第一端与所述第一高频变压器14的副边绕组的第一端连接，第二端与所述第二电感135的第一端连接；

所述第一整流单元的第二整流部件132的第一端与所述第一高频变压器14的副边绕组的第二端连接，第二端与所述第二电感135的第一端连接；

所述第二整流单元的第一整流部件133的第一端与所述第二高频变压器15的副边绕组的第一端连接，第二端与所述第三电感136的第一端连接；

所述第二整流单元的第二整流部件134的第一端与所述第二高频变压器15的副边绕组的第二端连接，第二端与所述第三电感136的第一端连接；

所述第二电感135的第二端与所述第三电感136的第二端连接。

这里需要说明的是，上述每个整流部件都由多个肖特基模块组成，肖特基两端并接RC吸收电路。

作为进一步的优选方案，在上述高频电解电源中，所述第i电源模块中的第一高频变压器的副边绕组的中部作为第一负极，与所述第i+1电源模块中的第二电感的第二端连接，所述第i电源模块中的第二高频变压器的副边绕组的中部作为第二负极，与所述第i+1电源模块中的第三电感的第二端连接；

所述第N电源模块中的第一高频变压器的副边绕组的中部作为第三负极，所述第N电源模块中的第二高频变压器的副边绕组的中部作为第四负极，所述第三负极和所述第四负极连接，其公共端与所述负载的第一端连接；

所述第一电源模块中的第二电感的第二端与第三电感的第二端连接，其公共端与所述负载的第二端连接。

此处需要说明的是，可以根据功率需求来设置电源模块的数量，连接时，保证第一电源模块的正极连接外部负载的一端，第一电源模块的负极连接第二电源模块的正极，而第二电源模块的负极连接第三电源模块的正极，以此类推，直到最后一个第N电源模块的负极连接所述外部负载的另一端，这就实现了不同的电源模块之间的串联后再并联式的连接。

另外，作为优选，继续参考图1，还可以包括与所述外部负载5并联连接的假负载6，这样在空载时能够保护电源。

下面对本申请实施例提供的上述高频电解电源的工作过程进行具体说明：

三相380V工频交流电经过三相整流模块整流、L1、C1滤波，获得540V的直流，当第一开关1211和第四开关1222导通，且第二开关1212和第三开关1221关断时，原边电流从三相整流桥正极流过第一电感1171、第一开关1211、第一高频变压器123和第二高频变压器124的原边绕组、第二电容、第四开关1222，最后回到三相整流模块的负极，第一整流部件131与第三整流部件133正偏导通输出负载电流，第二整流部件132与第四整流部件134反偏截止，副边电流流过电源模块1中第二电感135和第三电感136、外部负载5，经过第N电源模块2的输出负极及电源模块间的串并联电路形成回路。

当第二开关1212和第三开关1221导通，且第一开关1211和第四开关1222关断时，原边电流从三相整流桥正极流过第一电感、第三开关1221、第二电容、第二高频变压器及第一高频变压器的原边绕组、第二开关1212，最后到三相整流模块的负极，第二整流部件132与第四整流部件134正偏导通输出负载电流，第一整流部件131与第三整流部件133反偏截止，副边电流流过电源模块1中第二电感135、第三电感136、外部负载5，经过第N电源模块的输出负极及电源模块间的串并联电路形成回路，至此一个周期结束，进行下一个周期。

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 (7)

1.一种高频电解电源，其特征在于，包括N个相同的电源模块：第一电源模块、第二电源模块直至第N电源模块，其中N为不小于2的整数；

每个电源模块均包括依次连接的三相整流滤波电路、全桥逆变电路和输出整流滤波电路，所述输出整流滤波电路中包括第一整流单元和第二整流单元；

第i电源模块中的第一整流单元的负极与第i+1电源模块中的第一整流单元的正极连接，所述第i电源模块中的第二整流单元的负极与所述第i+1电源模块中的第二整流单元的正极连接，其中，1≤i≤N-1；

所述第一电源模块中的第一整流单元的正极与所述第一电源模块中的第二整流单元的正极相连接，其公共端连接到负载的第一端，所述第N电源模块中的第一整流单元的负极与所述第N电源模块中的第二整流单元的负极相连接，其公共端连接到所述负载的第二端。

2.根据权利要求1所述的高频电解电源，其特征在于，所述三相整流滤波电路包括：一端分别与三相交流电连接的三相断路器，所述三相断路器的另一端与三相整流模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的高频电解电源，其特征在于，所述三相整流滤波电路还包括：与所述三相整流模块连接的高压吸收电路，所述高压吸收电路包括连接在所述三相断路器与所述三相整流模块的输入端之间的第一压敏电阻、第二压敏电阻和第三压敏电阻，以及与所述三相整流模块的输出端并联的第四压敏电阻；

与所述第四压敏电阻的两端连接的滤波器，所述滤波器包括串联连接的第一电感和第一电容，以及与所述第一电容并联连接的放电电阻。

4.根据权利要求3所述的高频电解电源，其特征在于，所述全桥逆变电路包括：

连接在所述三相整流模块的正极输出端和负极输出端之间的第一IGBT模块和第二IGBT模块，以及连接在所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块之间的第一高频变压器和第二高频变压器；

所述第一IGBT模块包括第一开关和第二开关，所述第二IGBT模块包括第三开关和第四开关，位于所述第一开关与所述第二开关之间的第一引脚连接所述第一高频变压器的原边绕组的第一端，位于所述第三开关与所述第四开关之间的第二引脚通过薄膜电容器连接所述第二高频变压器的原边绕组的第一端；

位于所述第一开关的另一端的第三引脚和位于所述第三开关的另一端的第四引脚共同连接所述第一电感；

位于所述第二开关的另一端的第五引脚和位于所述第四开关的另一端的第六引脚共同连接所述三相整流模块的负极输出端；

所述第一高频变压器的第二端与所述第二高频变压器的第二端串联连接。

5.根据权利要求4所述的高频电解电源，其特征在于，所述第一整流单元和所述第二整流单元均包括第一整流部件、第二整流部件、第二电感和第三电感；

所述第一整流部件的第一端与所述第一高频变压器的副边绕组的第一端连接，第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二整流部件的第一端与所述第一高频变压器的副边绕组的第二端连接，第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述第三电感的第二端连接。

6.根据权利要求5所述的高频电解电源，其特征在于，所述第i电源模块中的第一高频变压器的副边绕组的中部作为第一负极，与所述第i+1电源模块中的第二电感的第二端连接，所述第i电源模块中的第二高频变压器的副边绕组的中部作为第二负极，与所述第i+1电源模块中的第三电感的第二端连接；

所述第N电源模块中的第一高频变压器的副边绕组的中部作为第三负极，所述第N电源模块中的第二高频变压器的副边绕组的中部作为第四负极，所述第三负极和所述第四负极连接，其公共端与所述负载的第一端连接；

所述第一电源模块中的第二电感的第二端与第三电感的第二端连接，其公共端与所述负载的第二端连接。

7.根据权利要求6所述的高频电解电源，其特征在于，还包括与所述负载并联连接的假负载。