CN206226276U - Dc/dc变换设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种DC/DC变换设备，主要解决目前的DC/DC变换设备普遍输出电压纹波较大，难以满足稳定性要求的问题。本实用新型包括柜体，DC/DC变换单元以及用于滤除输出直流电压的纹波，减小负载扰动的影响的输出回路；和用于将所述DC/DC变换单元的状态信号处理后发送给电源系统的控制器并接收所述电源系统的控制器发来的驱动信号的控制回路。所述DC/DC变换单元输出端与所述输出回路电连接，所述控制回路分别与所述DC/DC变换单元和所述输出回路电连接。本实用新型能够有效地减小电源系统输出电压纹波，提高响应速度，增强可靠性，适合复杂电磁干扰的环境。

Description

DC/DC变换设备

技术领域

本实用新型涉及一种DC/DC变换设备。

背景技术

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。尤其在长波通信领域，长波发信机的工作状态有移频报和等幅报，即高压电源负载为脉冲工作方式。发射系统工作时，要求输入的供电电压稳定、动态性能好，纹波电压小，调压范围广。

DC/DC变换设备作为将恒定直流输入电压变换为可调的输出电压的变换装置，是电源系统中的重要组成部分，然而，目前的DC/DC变换设备普遍输出电压纹波较大，难以满足稳定性要求。

发明内容

本实用新型为了解决现有DC/DC变换设备的上述问题，提出一种输出电压纹波小，稳定性高的DC/DC变换设备。具体技术方案如下：

DC/DC变换设备，主要用于电源系统，包括柜体、多个并联的DC/DC变换单元以及

输出回路，用于滤除输出直流电压的纹波，减小负载扰动的影响；和

控制回路，用于将所述DC/DC变换单元的状态信号处理后发送给电源系统的控制器，并接收所述电源系统的控制器发来的驱动信号；

所述DC/DC变换单元输出端与所述输出回路电连接，所述控制回路分别与所述DC/DC变换单元和所述输出回路电连接。

进一步地，所述DC/DC变换单元包括：

输入滤波电容，用于吸收全桥电路的高频下因为寄生电感引起的电压、电流尖峰；

全桥逆变电路，由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)组成，用于实现DC/AC变换；

输出变压器，用于传输功率并实现原副边隔离；

单相桥式整流器，由二极管组成，用于实现AC/DC变换；以及

输出滤波器，用于抑制电流脉动以及实现高频电压纹波滤除；

所述输入滤波电容与所述全桥逆变电路并联，连接于模块的输入端，输入的直流电压经所述全桥逆变电路转换为交流电压后，经过所述输出变压器和所述单相桥式整流器转换为可变直流电压输出，所述输出滤波器对输出电流和输出电压进行滤波。

所述DC/DC变换单元还包括：进线熔断器，所述进线熔断器在模块的输入端与所述输入滤波电容之间，当DC/DC单元主电路或控制电路失效，主电路元器件损坏、短路时，使其熔断。

所述DC/DC变换单元还包括：隔直电容器，所述隔直电容器连接在所述全桥逆变电路与所述输出变压器之间，为变压器激磁电流提供流通通路，防止变压磁偏。

所述DC/DC变换单元还包括：过压吸收电路，所述过压吸收电路连接在所述单相桥式整流器与所述输出滤波器之间，抑制所述二极管换流过程产生的过电压尖峰，防止二极管过压击穿。

进一步地，所述输出回路包括：

滤波电容器，用于滤除输出直流电压的纹波；

放电单元，用于在系统正常停机或出现故障时，迅速释放电容器存储的电能，避免次生故障；

输出电压检测器，用于检测输出电压；和

输出电流检测器，用于检测输出电流。

进一步地，所述控制回路包括：

IGBT驱动器，用于将输入的PWM驱动信号转换成IGBT的开关信号；

控制输入输出单元，用于与上位机进行信息交互，比如控制指令的下传与上传；

多路开关电源，作为板载的供电电源设备，用以将24V的输入电压转换成PCB控制板各个元器件使用的电压；

信号处理单元，将传感器采集得到的状态信号进行分析处理，计算得到用于控制IGBT器件的IGBT开关信号。

该控制回路由所述电源系统的控制器控制。

所述状态信号包括：所述输出电流检测器检测的输出电流信号、所述输出电压检测器检测的输出电压信号、过热检测信号以及IGBT驱动器故障信号。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型包括多个DC/DC变换单元，其采用多组电容器滤波，同时抑制了差摸共模信号的传输；输出回路采用多组大容量的电容滤波器，使输出直流电压纹波小，负载扰动时输出电压波动小；通过控制回路与电源系统的控制器连接，能够实时反馈并接收指令；本实用新型能够有效地减小电源系统输出电压纹波，提高响应速度，增强可靠性，适合复杂电磁干扰的环境。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施例的结构示意框图。

图2是根据本实用新型的一个实施例的DC/DC变换单元电路原理图。

图3是根据本实用新型的一个实施例的输出回路电路原理图。

图4是根据本实用新型的一个实施例的控制回路结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型做进一步说明。

根据本实用新型的一个实施例的结构如图1所示，DC/DC变换设备包括柜体、20个DC/DC变换单元、1套输出回路和1套控制回路。

20个DC/DC变换单元分为两组，用于将恒定直流输入电压变换为可调的输出电压。每组10个单元，输出与本组滤波电容滤波器相连。组内DC/DC功率变换单元采用多重化移相技术，依次移相18°(半周期180°)，移相控制的DC/DC功率变换使高压电源等效开关频率增加，控制系统动态响应加快，系统输出纹波电流减少。输出回路用于滤除输出直流电压的纹波，减小负载扰动的影响。控制回路用于将所述DC/DC变换单元的状态信号处理后发送给电源系统的控制器，并接收所述电源系统的控制器发来的驱动信号。所述DC/DC变换单元输出端与所述输出回路电连接，所述控制回路分别与所述DC/DC变换单元和所述输出回路电连接。

根据本实用新型的一个实施例的DC/DC变换单元电路原理如图2所示，该DC/DC功率变换单元为DC/AC、AC/DC两个功率变换，经隔离变压器耦合。该DC/DC功率变换采用移相全桥软开关控制技术。

DC/DC功率变换单元主电路有进线熔断器RD，当DC/DC单元主电路或控制电路失效，主电路元器件损坏、短路时，使其熔断，使DC/DC功率变换单元与AC/DC变换隔离。电容器(薄膜电容)C1输入母线电压缓冲，减少进线电压波动。晶体管(T1～T4)组成全桥逆变电路，实现DC/AC变换。输出变压器TB传输功率并实现原副边隔离。隔直电容器(薄膜电容)C3，为变压器激磁电流提供流通通路，防止变压磁偏。二极管(超快恢复) (D1～D4)为单相桥式整流器，实现AC/DC变换。电抗器L1、L2和输出电容(薄膜电容)C2组成(L-C-L)滤波器，对输出电流和输出电压进行滤波，并对输出电容(电解电容)滤波器进行缓冲。R-C为过压吸收电路，抑制二极管换流过程产生的过电压尖峰，防止二极管过压击穿。

根据本实用新型的一个实施例的输出回路电路原理图如图3所示。

所述输出回路包括：用于滤除输出直流电压的纹波的滤波电容器；用于在系统正常停机或出现故障时，迅速释放电容器存储的电能，避免次生故障的放电单元；用于检测输出电压的输出电压检测器；以及用于检测输出电流的输出电流检测器。

(1)滤波电容器

根据本实用新型的一个实施例的滤波电容器共有三组分别为1Co3、2Co3和Co，滤波电容器1Co3和2Co3分别与两组DC/DC功率变换单元相连，第三组滤波电容器Co位于发射系统的输入端，每组电容器的总容量很大，大容量的电容滤波器，使输出直流电压纹波小，负载扰动时输出电压波动小。

(2)放电单元

根据本实用新型的一个实施例的放电单元由放电开关交流接触器To和放电电阻器R构成驱动控制器。交流接触器To三组触点并联使用，放电电阻R为陶瓷金属电阻。放电控制信号由高压电源控制系统控制。放电单元释放电容滤波器中存储的电能。系统正常停机或发射系统工作过程出现故障时，在0.2s内将电容器存储的电能释放，以免设备发生次生故障而损坏。

(3)输出电压、电流检测器

高压电源是一电压闭环控制的调节系统，输出电压稳定度要求比较高。在供电电网电压波动和发射系统载波脉冲发射时，其输出电压要求稳定不变(变化率小于±1.5％)。输出电压要进行高速与高精度的采样，选用高性能的专用采样器件才能胜任。根据本实用新型的一个实施例的输出电流检测采用霍尔电流传感器，信号用于控制系统的前馈控制，加快系统调节过程，减小输出电压波动。根据本实用新型的一个实施例的输出电压检测采用如下方法：差分电阻采样后，经过信号调理模块，例如放大器等，输入到高精度模数转换器，最终得到精准数字量。

根据本实用新型的一个实施例的控制回路结构框图如图4所示。所述控制回路包括：IGBT驱动器、控制输入输出单元、多路开关电源和信号处理单元。IGBT驱动器用于将输入的PWM信号(0-5V)转换成IGBT的开关信号，即-9V-15V的PWM信号。控制输入输出单元用于与上位机进行信息交互，比如控制指令的下传与上传。多路开关电源作为板载的供电电源设备，用以将24V的输入电压转换成PCB控制板各个元器件使用的电压，例如5V，3.3V，12V等。信号处理单元与输出电流检测器、输出电压检测器以及温度传感器等电连接，将上述传感器采集得到的状态信号进行分析处理，计算得到用于控制IGBT器件的IGBT开关信号。该控制回路由所述电源系统的控制器控制。

每个DC/DC变换单元都有相同的独立控制回路，该驱动控制器将DC/DC变换单元的电流信号、过热检测信号、IGBT驱动器故障信号等信号处理后，通过控制输入输出端口发送给电源系统的控制器；系统控制器根据驱动控制器发送来的信号判断该DC/DC变换单元的状态，并发送驱动信号给驱动控制器。驱动控制器将接收到的驱动信号进行处理后驱动IGBT驱动器，进而驱动IGBT，致使变压器副边产生需要的交流电压，并通过整流二极管整流以及电抗器、电容器的滤波后产生出需要的直流电压，完成DC/DC变换。

在本实施例中，引入了FPGA、CPLD芯片和光纤通信口，极大的丰富了控制单元的硬件重构性能，提升了核心控制板的功能性。光纤通信的引入，增强了控制板的EMI/EMC能力，适合复杂电磁干扰的环境。

上面结合附图对本实用新型的实施例做了详细说明，但本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出的各种变化，均应归属于本实用新型专利涵盖范围。

Claims (8)

1.一种DC/DC变换设备，包括柜体和多个并联的DC/DC变换单元，其特征在于，还包括：

输出回路，用于滤除输出直流电压的纹波，减小负载扰动的影响；和

控制回路，用于将所述DC/DC变换单元的状态信号处理后发送给电源系统的控制器，并接收所述电源系统的控制器发来的驱动信号；

所述DC/DC变换单元输出端与所述输出回路电连接，所述控制回路分别与所述DC/DC变换单元和所述输出回路电连接。

2.根据权利要求1所述的DC/DC变换设备，其特征在于，

所述DC/DC变换单元包括：

输入滤波电容，用于吸收全桥电路的高频下因为寄生电感引起的电压、电流尖峰；

全桥逆变电路，由IGBT组成，用于实现DC/AC变换；

输出变压器，用于传输功率并实现原副边隔离；

单相桥式整流器，由二极管组成，用于实现AC/DC变换；以及

输出滤波器，用于抑制电流脉动以及实现高频电压纹波滤除；

所述输入滤波电容与所述全桥逆变电路并联，连接于模块的输入端，输入的直流电压经所述全桥逆变电路转换为交流电压后，经过所述输出变压器和所述单相桥式整流器转换为可变直流电压输出，所述输出滤波器对输出电流和输出电压进行滤波。

3.根据权利要求2所述的DC/DC变换设备，其特征在于，所述DC/DC变换单元还包括：进线熔断器，所述进线熔断器在模块的输入端与所述输入滤波电容之间，当DC/DC单元主电路或控制电路失效，主电路元器件损坏、短路时，使其熔断。

4.根据权利要求2所述的DC/DC变换设备，其特征在于，所述DC/DC变换单元还包括：隔直电容器，所述隔直电容器连接在所述全桥逆变电路与所述输出变压器之间，为变压器激磁电流提供流通通路，防止变压磁偏。

5.根据权利要求2所述的DC/DC变换设备，其特征在于，所述DC/DC变换单元还包括：过压吸收电路，所述过压吸收电路连接在所述单相桥式整流器与所述输出滤波器之间，抑制所述二极管换流过程产生的过电压尖峰，防止二极管过压击穿。

6.根据权利要求1所述的DC/DC变换设备，其特征在于，所述输出回路包括：

滤波电容器，用于滤除输出直流电压的纹波；

放电单元，用于在系统正常停机或出现故障时，迅速释放电容器存储的电能，避免次生故障；

输出电压检测器，用于检测输出电压；和

输出电流检测器，用于检测输出电流。

7.根据权利要求1所述的DC/DC变换设备，其特征在于，所述控制回路包括：

IGBT驱动器，用于将输入的PWM驱动信号转换成IGBT的开关信号；

控制输入输出单元，用于与上位机进行信息交互；

多路开关电源，作为板载的供电电源设备，用以将24V的输入电压转换成PCB控制板各个元器件使用的电压；

信号处理单元，将传感器采集得到的状态信号进行分析处理，计算得到用于控制IGBT器件的IGBT开关信号；

该控制回路由所述电源系统的控制器控制。

8.根据权利要求7所述的DC/DC变换设备，其特征在于，所述状态信号包括：所述输出电流检测器检测的输出电流信号、所述输出电压检测器检测的输出电压信号、过热检测信号以及IGBT驱动器故障信号。