CN206023614U

CN206023614U - 一种用于可移动环境的高压电源

Info

Publication number: CN206023614U
Application number: CN201621064257.4U
Authority: CN
Inventors: 何泱; 冯传均; 耿力东; 伍友成; 付佳斌; 谢卫平; 郝世荣; 戴文峰; 曹龙博; 王敏华; 杨宇
Original assignee: Institute of Fluid Physics of CAEP
Current assignee: Institute of Fluid Physics of CAEP
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2026-09-20

Abstract

本实用新型涉及高压电源技术领域。本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种用于可移动环境的高压电源，利用低压、小功率的供电条件实现瞬时高压、大功率的输出参数。电容器组的电极与供电电源（外部）以及多个逆变器的直流输入端并联连接，每个逆变器的交流输出端分别对应与一个变压器的初级线圈连接，每个变压器的次级线圈与一个整流器的交流输入端连接，n个整流器的直流输出端通过导线串联（级联）连接，输出高压。高压电源运行时输出的电能主要由所述电容器组提供；所述电容器组具有较高的容量，可以满足负载多次充电需求。

Description

一种用于可移动环境的高压电源

技术领域

本实用新型涉及高压电源技术领域，尤其是涉及一种用于可移动环境的高压电源。

背景技术

小型化、重频化脉冲功率技术的发展使得一些紧凑型重频脉冲功率装置具有便携化应用的能力，可以在户外环境下移动使用。户外应用环境的重要特点是配套的电源供电能力比较有限，例如某些常用的蓄电池组供电参数在32 V/1 kW以内。然而重频脉冲功率装置运行时对电源要求很高，一些高参数装置充电电压大于100 kV，充电功率大于10 kW。因而蓄电池组电源参数远远不能满足这样的需求。

高压电源是一种利用低电压输入实现高电压输出的装置。现有高压电源的实现方法主要有变压器升压和多倍压整流两种。采用变压器实现32 V至100 kV升压，由于变压器的变比过高，其寄生电容参数显著，一般难以满足性能需求；采用多倍压整流方法，电源功率密度一般不能做得很高，影响电源装置的紧凑化与小型化。此外，现有的高压电源均没有涉及输入功率小于输出功率的使用情况，无法在上述低输入功率条件下使用。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于可移动环境的高压电源及产生方法。针对移动环境下高参数脉冲功率源的供电需求，提供一种高压电源，可以利用小型蓄电池组（典型电压24 V-32 V，功率小于1 kW）供电条件实现瞬时高压（即高压电源输出端输出交流电压值m*N*V的典型电压大于100kV）、大功率（即高压电源输出端输出直流功率的功率值m*P大于10 kW）输出参数。电容器组的电极与供电电源（外部）以及多个逆变器的直流输入端并联连接，每个逆变器的交流输出端分别对应与一个变压器的初级线圈连接，每个变压器的次级线圈与一个整流器的交流输入端连接，n个整流器的直流输出端通过导线串联（级联）连接，该串联（级联）结构的一端接输出地，另一端接输出高压端。高压电源运行时输出的电能主要由所述电容器组提供，可以在所述电容器组有足够储能的条件下运行；高压电源运行间隙使用外部电源对所述电容器组进行充电；所述电容器组具有较高的容量，可以满足负载多次充电需求。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

一种用于可移动环境的高压电源包括：

电容器组，电容器组正极、电容器组负极分别对应与供电电源正极、供电电源负极连接；供电电源给电容器组进行充电，充电完毕时，则供电电源断开充电；

直流转交流模块，包括n个直流转交流电路，每个直流转交流电路用于将电容器组输出的电压转换为交流电压V，所述电路额定输出功率P；所述电容器组的正极、电容器组的负极分别对应与n个所述直流转交流电路的直流正输入端、负输入端并联连接；电源控制器n个控制端分别对应与n个直流转交流电路控制端连接； n最小值为2；

变压器组，包括与直流转交流电路数量对应的n个高频变压器，变压器用于将直流转交流模块输出的交流电压变换为N倍；n个交流输出端分别对应与n个变压器初级线圈对应连接，其中N是变压器次级线圈与初级线圈的比值；

整流器组，包括n个整流器，n个整流器交流输入端分别与n个变压器次级线圈连接，n个整流器输出端依次级联，即第一级整流器一输出端接地，第一级整流器另一输出端与第二级整流器一输出端连接，第二级整流器另一输出端与第三级整流器一输出端连接……第n-2级整流器另一输出端与第n-1级整流器一输出端连接，第n-1级整流器另一输出端与第n级整流器一输出端连接，第n级整流器另一输出端作为高压电源输出端；

变压器组和整流器组设置在高压箱体内部；电容器组、直流转交流模块、电源控制器设置在高压箱体外部，高压箱体内部采用绝缘介质填充; 高压箱体是封闭式结构。

进一步的，所述电容器组供电，电源控制器控制m个直流转交流电路导通时，则与该直流转交流电路连接的变压器对直流转交流电路输出的交流电压进行N放大，与该变压器连接的整流器输出直流电压，m∈n，高压电源输出端输出直流电压值是m*N*V，输出直流功率是m*P，其中电容器组需要预先通过供电电源正、负极进行充电。

进一步的，所述变压器初、次级线圈绝缘强度大于或等于高压电源额定输出电压；

进一步的，所述直流转交流模块是高频逆变器；整流器是通过四个高压二极管组成全桥结构实现。

进一步的，所述电源控制器安装在电容器组的一个侧面上；逆变器组设置在电容器组另一侧面；n个变压器均匀设置在电容器组上方，n个整流器对应设置在n个变压器上方。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、采用电容器组作为中间储能器件，对充电功率没有要求，可以在供电电源功率较低的情况下（典型充电功率小于1 kW）使用。

2、采用电容器组作为中间储能器件，可以提供较高的放电功率，从而持续一段时间内实现高压电源输出功率远大于充电功率（典型放电功率大于10 kW），该持续时间受所述储能电容器容量、电压和放电负载特性影响；

3、利用变压器进行升压隔离，多个整流器之间形成浮地电位，通过串联连接进行电压的叠加，可以实现很高的升压比；以24 V输入，100 kV输出为例，升压比大于4000。

4、采用n个整流电路输出端依次级联的连接运行方式，通过电压叠加实现较高的电压输出，最高输出电压为所有整流器输出直流电压之和；每个元器件（变压器、半导体开关等）的额定电压参数较低，选型和设计更为容易。

5、开关逆变器、变压器、整流器构成了标准化、模块化的结构，可以方便地替换，或者按需增减，以实现不同的参数配置。

附图说明

图1是当n=3时，发明电路原理实施例图。

图2是当n=3时，发明结构示意图。

图3是是当n=3时，发明封闭高压箱体后的结构示意图。

1-供电电源负极；2-供电电源正极；3-高压地端；4-高压输出端；5-电容器组；6-IGBT开关；7-续流二极管；8-变压器；9-高压二极管；10-电源控制器；11-逆变器；12-整流器；13-高压箱体。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型相关说明：

1、直流转交流电路控制端指的是高压逆变器控制端，此控制端用于控制高压逆变器工作与否。

如图1、图2和图3所示，本实用新型的高压电源包括一个电容器组5、三个变压器8、三个开关逆变器11、三个整流器12以及一个高压箱体13（箱体材料是绝缘材料）。

工作原理：如图1所示，本实施方式主电路基本结构为“逆变-升压-整流-串联”的升压变换电路。利用电容器组5放电功率高的特点，可以使高压电源一定时间内的输出功率远大于其输入功率；利用变压器8进行高压隔离，多个整流器12之间形成浮地电位，通过整流器级联连接可以实现高压交流电压的叠加。

结构：如图1和图2所示，电容器组5具有供电负极1和供电正极2两个引出电极，用于实现电能的输入与输出运行。三个交流逆变器11安装在电容器组5外壳的一个侧面上；逆变器11内部的功能电路由多个IGBT开关6、多个续流二极管7组成，逆变器用于将输入的直流电压转换为交流电压。电源控制器10安装在电容器组5的一个侧面上。三个变压器8设置在电容器组5上方，每四个高压二极管9组成一个整流器12，并设置在一个变压器8上方。外部供电电源通过导线与供电负极1和供电正极2连接，用于对储能电容5进行充电操作。每个交流逆变器11的直流输入端通过导线与供电负极1和供电正极2连接，其交流输出端通过导线与一个变压器8的初级线圈连接。每个变压器8的次级线圈通过导线与一个整流器12的交流输入端连接，如此可在整流器的直流端得到直流高压输出。三个整流器12的直流输出端使用导线串联连接，以此获得三倍的电压增益。第一级整流器的一端为高压地端3，与高压地连接；最后一级整流器的一端为高压输出端4，与负载连接。电源控制器10使用排线与每个开关逆变器连接，实现电源控制功能。

如图2和图3所示，本实用新型中三个变压器8、三个整流器12均设置在高压箱体13内部。高压箱体13为全密封结构，内部填充有绝缘介质。本实施方式中每组逆变、升压、整流过程可以得到峰值10 kV/1 kW左右的直流电压，经三个整流器12级联后得到最大30 kV/3kW的高压输出；高压箱体13内部采用有机硅凝胶填充，绝缘强度为120 kV；变压器8初、次级线圈间采用相同有机硅凝胶填充，绝缘强度为120 kV。

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

1.一种用于可移动环境的高压电源，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于可移动环境的高压电源，其特征在于电容器组供电，电源控制器控制m个直流转交流电路导通时，则与该直流转交流电路连接的变压器对直流转交流电路输出的交流电压进行N放大，与该变压器连接的整流器输出直流电压，m∈n，高压电源输出端输出直流电压值是m*N*V，高压电源输出端输出直流功率是m*P，其中电容器组需要预先通过供电电源正、负极进行充电。

3.根据权利要求1所述的一种用于可移动环境的高压电源，其特征在于所述变压器初、次级线圈绝缘强度大于或等于高压电源额定输出电压。

4.根据权利要求1所述的一种用于可移动环境的高压电源，其特征在于所述直流转交流模块是高频逆变器；整流器是通过四个高压二极管组成全桥结构实现。

5.根据权利要求1所述的一种用于可移动环境的高压电源，其特征在于所述电源控制器安装在电容器组的一个侧面上；逆变器组设置在电容器组另一侧面；n个变压器均匀设置在电容器组上方，n个整流器对应设置在n个变压器上方。