CN208078917U - 一种高压功率装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及功率单元技术领域，具体涉及一种高压功率装置，包括功率单元电路、直流电源接入模块、交流电源接入模块、第一二极管、第二二极管和驱动电路；其中，直流电源接入模块的电流输入端接入功率单元电路的直流电压侧，电流输出端与第一二极管的正极连接；交流电源接入模块的电流输入端与交流电源连接，电流输出端与第二二极管的正极连接；两个二极管的负极并联接入驱动电路的电源输入端，驱动电路的驱动端与功率单元电路的信号输入端连接。本实用新型提供的高压功率装置中同时配置了直流和交流两路独立的开关电源电路，将两路供电的开关电源并联后同时向功率单元电路的驱动电路供电，提高了供电的可靠性，保证了功率单元的正常工作。

Description

一种高压功率装置

【技术领域】

本实用新型属于属于功率单元技术领域，具体涉及一种高压功率装置。

【背景技术】

目前，常见的H桥功率单元拓扑设备有高压变频器功率单元和高压无功链式无功补偿功率单元。其中，高压变频器功率单元的拓扑图如图1所示，高压无功链式无功补偿功率单元的拓扑图如图2所示。由于图1和图2所示的H桥功率单元拓扑设备都是基于高压链式结构的，即所有单元相互串联以实现高压控制，因而现有技术为了使上图所示的功率单元中的功率器件能够正常、稳定、可靠地工作，通常直接在上图所示的功率单元的直流电压侧(A点和B点)取直流电压，并通过开关电源转换为单元控制电路所需的5V电源和驱动三极管所需的+15V电源和-9V电源。然而，现有技术提供的上述方案是单一的供电方案，一旦电源损坏或发生故障，则会影响功率单元的正常工作。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【实用新型内容】

本实用新型需要解决的技术问题是：

现有技术提供的功率单元中采用的是单一的供电方案，一旦电源损坏或发生故障，将会影响功率单元的正常工作。

本实用新型通过如下技术方案达到上述目的：

本实用新型提供了一种高压功率装置，包括功率单元电路1、直流电源接入模块2、交流电源接入模块3、第一二极管4、第二二极管5和驱动电路6；其中，所述直流电源接入模块2的电流输入端接入所述功率单元电路1的直流电压侧，所述直流电源接入模块2的电流输出端与所述第一二极管4的正极连接；所述交流电源接入模块3的电流输入端与交流电源的电源输出端连接，所述交流电源接入模块3的电流输出端与所述第二二极管5的正极连接；所述第一二极管4的负极与所述第二二极管5的负极并联接入所述驱动电路6的电源输入端，所述驱动电路6的驱动端与所述功率单元电路1的信号输入端连接。

优选的，还包括变压器7，所述变压器7的电源输入端与交流电源的电源输出端连接，所述变压器7的电源输出端与所述交流电源接入模块3的电流输入端连接。

优选的，所述变压器7的一次侧绝缘电压和二次侧绝缘电压均与所述功率单元电路1的电压绝缘等级相同。

优选的，所述直流电源接入模块2与所述交流电源接入模块3均分别设置三个电流输出端，分别用于输出5V、15V和-9V的电压。

优选的，所述第一二极管4与所述第二二极管5均分别设置三个，所述三个第一二极管4的正极分别连接所述直流电源接入模块2的三个电流输出端，并分别用于传输5V、15V和-9V的电压；所述三个第二二极管5的正极分别连接所述交流电源接入模块3的三个电流输出端，并分别用于传输5V、15V和-9V的电压。

优选的，每两个传输相同电压值的第一二极管4和第二二极管5的负极并联，接入所述驱动电路6的电源输入端；其中，两个并联的二极管的型号以及参数特性均一致。

优选的，所述功率单元电路1包括滤波电容11和H桥电路12，所述H桥电路12中设有四个三极管13，所述滤波电容11的两端与直流电源的电源输出端连接，同时所述滤波电容11的两端还分别与所述H桥电路12的正极和负极连接；其中，所述直流电源接入模块2的电流输入端接入所述滤波电容11的两端，所述驱动电路6的驱动端与所述H桥电路12中各三极管13的基极连接。

优选的，所述H桥电路12中的三极管13均采用绝缘栅双极型晶体管。

优选的，所述直流电源接入模块2包括斩波器21、第一高频脉冲变压器22、第一脉冲整流器23和第一控制电路24，并依次前后连接；其中，所述斩波器21的电流输入端接入所述功率单元电路1的直流电压侧，所述第一控制电路24的电流输出端与所述第一二极管4的正极连接。

优选的，所述交流电源接入模块3包括整流桥31、滤波器32、开关管33、第二高频脉冲变压器34、第二脉冲整流器35和第二控制电路36，并依次前后连接；其中，所述整流桥31的电流输入端与交流电源的电源输出端连接，所述第二控制电路36的电流输出端与所述第二二极管5的正极连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种高压功率装置中，同时配置了直流和交流两路独立的开关电源电路，将两路供电的开关电源并联后同时向功率单元电路的驱动电路供电，当其中任何一路电源损坏或发生故障时，都不会影响功率单元的正常工作，提高了供电的可靠性，从而保证了功率单元的正常工作。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种现有的高压变频器功率单元的拓扑图；

图2为本实用新型提供的一种现有的高压无功链式无功补偿功率单元的拓扑图；

图3为本实用新型实施例提供的一种高压功率装置的拓扑图；

图4为本实用新型实施例提供的一种高压功率装置中直流电源接入模块的结构组成图；

图5为本实用新型实施例提供的一种高压功率装置中交流电源接入模块的结构组成图。

【具体实施方式】

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。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

在本发明各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义，而对于符号“A和/或B”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“A”、“B”、“A和B”三种情况。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种高压功率装置，如图3所示，包括功率单元电路1、直流电源接入模块2、交流电源接入模块3、第一二极管4、第二二极管5及驱动电路6；其中，所述直流电源接入模块2的电流输入端接入所述功率单元电路1的直流电压侧，所述直流电源接入模块2的电流输出端与所述第一二极管4的正极连接；所述交流电源接入模块3的电流输入端与交流电源的电源输出端连接，所述交流电源接入模块3的电流输出端与所述第二二极管5的正极连接；所述第一二极管4的负极与所述第二二极管5的负极并联接入所述驱动电路6的电源输入端，所述驱动电路6的驱动端与所述功率单元电路1的信号输入端连接。

本实用新型提供的一种高压功率装置中，同时配置了直流和交流两路独立的开关电源电路，将两路供电的开关电源并联后同时向功率单元电路的驱动电路供电，当其中任何一路开关电源出现损坏或发生故障时，另一路开关电源电路仍可承担全部的供电任务，而不会影响功率单元的正常工作，提高了供电的可靠性，从而保证了功率单元的正常工作。

其中，所述直流电源接入模块2与所述交流电源接入模块3均分别设置三个电流输出端，分别用于输出5V、15V和-9V的电压，5V电源为所述驱动电路6正常工作所需的整体电压，15V和-9V电源分别为驱动所述功率单元电路1中的三极管所需的电压。相应地，所述第一二极管4与所述第二二极管5均分别对应设置三个(图3仅为示意图)，所述三个第一二极管4的正极分别连接到所述直流电源接入模块2的三个电流输出端，进而分别传输5V、15V和-9V的电源电压；所述三个第二二极管5的正极分别连接所述交流电源接入模块3的三个电流输出端，进而分别传输5V、15V和-9V的电源电压。所述驱动电路6对应设置有三个电源输入端，分别用于接入5V、15V和-9V的电源电压，每两个传输相同电压值的第一二极管4和第二二极管5的负极并联，接入所述驱动电路6的对应电源输入端，进而为所述驱动电路6提供三路电源。其中，所述第一二极管4和所述第二二极管5在这里可做“或”门的处理，即当所述直流电源接入模块2和所述交流电源接入模块3均正常工作时，电路中每个二极管均导通，可为所述驱动电路6供电；当所述直流电源接入模块2损坏或故障时，每个第一二极管4均截至，每个第二二极管5均导通，仍可为所述驱动电路6供电；当所述交流电源接入模块3损坏或故障时，每个第二二极管5均截至，每个第一二极管4均导通，仍可为所述驱动电路6供电。其中，在两路开关电源同时供电的情况下，处于每个并联电路上的两个二极管还可起到整流的作用，为更好地实现总电流均分，任两个并联的二极管的型号以及参数特性均一致。此外，由于各二极管特性不完全一致，可能有时并不能均分所通过的电流，可在每个二极管上串联一只阻值相同的小电阻器，使各并联二极管流过的电流接近一致，这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器，电流越大，R应选得越小。

如图3，一个完整的高压功率装置中通常还包括变压器7，则所述交流电源接入模块3的电流输入端可通过所述变压器7与交流电源的电源输出端连接，具体的，所述变压器7的电源输入端与交流电源的电源输出端连接，所述变压器7的电源输出端与所述交流电源接入模块3的电流输入端连接。其中，所述变压器7是一次侧绝缘电压和二次侧绝缘电压均与所述功率单元电路1的电压绝缘等级相同的特殊隔离变压器，其作用是对外部输入的220V交流电进行降压处理。

本实施例所述高压功率装置的各部分具体结构如图3-图5所示，其中，如图3，所述功率单元电路1包括滤波电容11和H桥电路12，所述H桥电路12中设有四个三极管13，各三极管13均采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简写为IGBT)，所述滤波电容11的两端与直流电源的电源输出端连接，同时所述滤波电容11的两端还分别与所述H桥电路12的正极和负极连接；其中，所述功率单元电路1的直流电压侧A和B为直流电压取电端，则所述直流电源接入模块2的电流输入端接入所述滤波电容11的两端以实现取电，其中，所述直流电源接入模块2可设置两个电流输入端，分别与所述功率单元电路1的直流电压取电端A和B相连接。

如图4，所述直流电源接入模块2为一个直流输入开关电源，包括斩波器21、第一高频脉冲变压器22、第一脉冲整流器23和第一控制电路24，并依次前后连接；其中，所述斩波器21的电流输入端接入所述功率单元电路1的直流电压侧，具体为，所述斩波器21可设置两个电流输入端，分别与所述功率单元电路1的直流电压取电端A和B相连接，以实现直流电的取电；同时，所述第一控制电路24可设置三个电流输出端，分别与所述三个第一二极管4的正极连接。在所述直流电源接入模块2中，所述斩波器21用于对直流输入电压进行脉冲斩波，所述第一高频脉冲变压器22用于对脉冲电压进行波形变换，所述第一脉冲整流器23用于对脉冲电压进行整流，所述第一控制电路24用于对整流电压进行采样，并根据采样结果调整脉冲开关的频率，以确保直流输出电压的结果的稳定和可靠，并得到所需的三路工作电压，即5V、15V和-9V。

如图5，所述交流电源接入模块3包括整流桥31、滤波器32、开关管33、第二高频脉冲变压器34、第二脉冲整流器35和第二控制电路36，并依次前后连接；其中，所述整流桥31的电流输入端通过所述变压器7与交流电源的电源输出端连接，具体的，所述整流桥31的电流输入端与所述变压器7的电源输出端连接，所述变压器7的电源输入端与交流电源的电源输出端连接；同时，所述第二控制电路36可设置三个电流输出端，分别与所述三个第二二极管5的正极连接。在所述交流电源接入模块3中，所述整流桥31采用单相整流桥，用于对交流电压整流，以获得直流电压；所述滤波器32可采用电容滤波、电感滤波或复式滤波，用于对直流电压进行滤波，以获得高品质的直流电压；所述开关管33用于对直流电压进行斩波，以得到脉冲电压波形；所述第二高频脉冲变压器34用于对脉冲电压波形进行波形变换；所述第二脉冲整流器35用于对脉冲电压进行整流，所述第二控制电路36用于对整流电压进行采样、反馈，然后转换为开关信号，闭环调节脉冲开关波形，从而得到所需的三路工作电压，即5V、15V和-9V。

如图3，所述驱动电路6为高压功率装置的关键控制部件，其驱动端设置有第一端子61、第二端子62、第三端子63和第四端子64，分别连接所述功率单元电路1中四个三极管13的基极，以驱动和控制所述三极管13的开关，同时进行各三极管13的故障检测和保护；所述驱动电路6的右端还设置有第五端子65和第六端子66，分别连接高压功率装置的主控系统，以便与主控系统进行信息交换。

本实用新型实施例所述高压功率装置的具体工作原理如下：一方面，所述直流电源接入模块2的两个电流输入端分别接入所述功率单元电路1的直流电压取电端(A和B)，实现直流电压取电，再依次由所述斩波器21对直流输入电压进行脉冲斩波，由所述第一高频脉冲变压器22对脉冲电压进行波形变换，由所述第一脉冲整流器23对脉冲电压进行整流，最后由所述第一控制电路24对整流电压进行采样，并根据采样结果调整脉冲开关的频率，确保直流输出电压的结果的稳定和可靠，得到所需的5V、15V和-9V三路电源，分别从三个电流输出端传输给对应三个第一二极管4；另一方面，外部频率为50Hz电压为220V的交流电源经过所述变压器7进行降压变换，得到24V的交流电压，该电压经过电源供电线路输入到所述交流电源接入模块3，先经过所述整流桥31的整流得到直流电压，直流电压再经过所述滤波器32的滤波，获得高品质的直流电压，所述高品质的直流电压再经过所述开关管33斩波后，得到脉冲电压波形，再经过所述第二高频脉冲变压器34进行波形变换，再由所述第二脉冲整流器35对脉冲电压进行整流，最后由所述第二控制电路36对整流电压进行采样、反馈，然后转换为开关信号，闭环调节脉冲开关波形，并得到所需的高质量的5V、15V和-9V三路电源，分别从三个电流输出端传输给对应三个第二二极管5。所述直流电源接入模块2和所述交流电源接入模块3分别通过相同电压值对应的所述第一二极管4和第二二极管5并联后，形成三路高质量、高可靠性的电源(即5V、15V和-9V)给所述驱动电路6供电，其中，5V电源为所述驱动电路6正常工作所需的整体电压，15V和-9V电源分别为所述驱动电路6驱动所述三极管13所需的电压。所述驱动电路6获取电源后，可驱动和控制所述三极管13的开关，同时进行各三极管13的故障检测和保护。

在本实用新型实施例的基础上，还可将“直流+交流”两路开关电源并联的方案做以下改变：采用两路交流开关电源并联的电路，或者采用两路直流开关电源并联的电路，或者采用三路或三路以上的直流电源和/或交流电源并联，以上方式均可保证供电的可靠性，其具体结构及工作原理与本实施例类似，此处不再赘述。

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 (10)

1.一种高压功率装置，其特征在于，包括功率单元电路(1)、直流电源接入模块(2)、交流电源接入模块(3)、第一二极管(4)、第二二极管(5)和驱动电路(6)；其中，所述直流电源接入模块(2)的电流输入端接入所述功率单元电路(1)的直流电压侧，所述直流电源接入模块(2)的电流输出端与所述第一二极管(4)的正极连接；所述交流电源接入模块(3)的电流输入端与交流电源的电源输出端连接，所述交流电源接入模块(3)的电流输出端与所述第二二极管(5)的正极连接；所述第一二极管(4)的负极与所述第二二极管(5)的负极并联接入所述驱动电路(6)的电源输入端，所述驱动电路(6)的驱动端与所述功率单元电路(1)的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的高压功率装置，其特征在于，还包括变压器(7)，所述变压器(7)的电源输入端与交流电源的电源输出端连接，所述变压器(7)的电源输出端与所述交流电源接入模块(3)的电流输入端连接。

3.根据权利要求2所述的高压功率装置，其特征在于，所述变压器(7)的一次侧绝缘电压和二次侧绝缘电压均与所述功率单元电路(1)的电压绝缘等级相同。

4.根据权利要求1所述的高压功率装置，其特征在于，所述直流电源接入模块(2)与所述交流电源接入模块(3)均分别设置三个电流输出端，分别用于输出5V、15V和-9V的电压。

5.根据权利要求4所述的高压功率装置，其特征在于，所述第一二极管(4)与所述第二二极管(5)均分别设置三个，所述三个第一二极管(4)的正极分别连接所述直流电源接入模块(2)的三个电流输出端，并分别用于传输5V、15V和-9V的电压；所述三个第二二极管(5)的正极分别连接所述交流电源接入模块(3)的三个电流输出端，并分别用于传输5V、15V和-9V的电压。

6.根据权利要求5所述的高压功率装置，其特征在于，每两个传输相同电压值的第一二极管(4)和第二二极管(5)的负极并联，接入所述驱动电路(6)的电源输入端；其中，每两个并联的二极管的型号以及参数特性均一致。

7.根据权利要求1所述的高压功率装置，其特征在于，所述功率单元电路(1)包括滤波电容(11)和H桥电路(12)，所述H桥电路(12)中设有四个三极管(13)，所述滤波电容(11)的两端与直流电源的电源输出端连接，同时所述滤波电容(11)的两端还分别与所述H桥电路(12)的正极和负极连接；其中，所述直流电源接入模块(2)的电流输入端接入所述滤波电容(11)的两端，所述驱动电路(6)的驱动端与所述H桥电路(12)中各三极管(13)的基极连接。

8.根据权利要求7所述的高压功率装置，其特征在于，所述H桥电路(12)中的三极管(13)均采用绝缘栅双极型晶体管。

9.根据权利要求1所述的高压功率装置，其特征在于，所述直流电源接入模块(2)包括斩波器(21)、第一高频脉冲变压器(22)、第一脉冲整流器(23)和第一控制电路(24)，并依次前后连接；其中，所述斩波器(21)的电流输入端接入所述功率单元电路(1)的直流电压侧，所述第一控制电路(24)的电流输出端与所述第一二极管(4)的正极连接。

10.根据权利要求1所述的高压功率装置，其特征在于，所述交流电源接入模块(3)包括整流桥(31)、滤波器(32)、开关管(33)、第二高频脉冲变压器(34)、第二脉冲整流器(35)和第二控制电路(36)，并依次前后连接；其中，所述整流桥(31)的电流输入端与交流电源的电源输出端连接，所述第二控制电路(36)的电流输出端与所述第二二极管(5)的正极连接。