CN211606418U - 高压可调直流源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压可调直流源，用于输出可调的高压电平，其中直流源的结构包括：变压器T1从三相交流电中取电，并为三相整流滤波电路供电，所述三相整流滤波电路输出直流电至正母线BUS+、负母线BUS‑；正母线BUS+依次串联第一功率管组、电感L2、二极管组后连接至输出端VOUT+，其中二极管组中各二极管的导通方向均指向输出端VOUT+；负母线BUS‑与输出端VOUT‑相接，续流二极管D1的阳极连接负母线BUS‑，其阴极连接至第一功率管组与电感L2之间的接点；电感L2与二极管组之间的接点经第二功率管组连接至负母线BUS‑；储能电容组跨接于输出端VOUT+与输出端VOUT‑之间；PWM发生装置分别与所述功率管的G极电连接。

Description

高压可调直流源

技术领域

本实用新型涉及直流电源领域，尤其涉及一种高压可调直流源。

背景技术

现有的可调直流源受限于功率器件的耐压等级，其输出电压仅在0-120V这个区间，无法实现高压输出，无法满足特殊场景下的高压用电需求。

实用新型内容

本实用新型为改善现有技术的不足之处，而提供一种直流源，用于输出可调的高压电平。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：

提供一种高压可调直流源，包括变压器T1、三相整流滤波电路、正母线BUS+、负母线BUS-、续流二极管D1、电感L2、储能电容组、由多个功率管串联而成的第一功率管组、由多个功率管串联而成的第二功率管组、由多个导通方向相同的二极管串联而成的二极管组、输出端VOUT+、输出端VOUT-、PWM发生装置；

所述变压器T1从三相交流电中取电，并为三相整流滤波电路供电，所述三相整流滤波电路输出直流电至正母线BUS+、负母线BUS-；

所述正母线BUS+依次串联第一功率管组、电感L2、二极管组后连接至输出端VOUT+，其中二极管组中各二极管的导通方向均指向输出端VOUT+；

所述负母线BUS-与输出端VOUT-相接，续流二极管D1的阳极连接负母线BUS-，其阴极连接至第一功率管组与电感L2之间的接点；

所述电感L2与二极管组之间的接点经第二功率管组连接至负母线BUS-；

所述储能电容组跨接于输出端VOUT+与输出端VOUT-之间；

所述PWM发生装置分别与所述功率管的G极电连接。

进一步地，所述功率管为耐压等级4kV以上的IGBT管；或所述功率管为耐压等级6kV 以上的IGCT管。

进一步地，所述二极管组中的各个二极管均为耐压等级6.5kV以上的SIC管。

进一步地，所述二极管组中的各个二极管均并联有阻值相同的均压电阻。

进一步地，所述第一功率管组与第二功率管组中的各个功率管的E极之间均并联有阻值相同的均压电阻。

进一步地，所述第一功率管组与第二功率管组中的各个功率管的E极之间均并联有压敏电阻。

进一步地，所述第一功率管组与第二功率管组中的各个功率管的E极之间均并联有电阻R1、电容C3相互串联所形成的支路。

进一步地，所述储能电容组具有多个容值相同且相互串联的第一电容，每个第一电容的两端均并联有阻值相同的均压电阻及容值相同的第二电容。

进一步地，还包括共模电感L1，变压器T1的三相输出端串联共模电感L1后连接至所述三相整流滤波电路。

进一步地，所述PWM发生装置具体是带多条PWM通道的控制器。

有益效果：

本实用新型的直流源核心功率器件采用耐压等级高的功率管，并依赖设置多个进行串联分压的构思，保证直流源具备高压输出能力，实现在输出高压状态下稳定运行，并依赖对功率管的同步控制，实现直流源输出电压可调。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型的可调直流源的电路示意图；

图2示出了直流源处于降压模式且功率管Q7-Q8同步导通时的电流流向；

图3示出了直流源处于降压模式且功率管Q7-Q8同步截止时的电流流向；

图4示出了直流源处于升压模式且功率管Q9-Q12同步导通时的电流流向；

图5示出了直流源处于升压模式且功率管Q9-Q12同步截止时的电流流向。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

见图1，本实施例可调直流源可实现10kW、100V-4500V可调输出，其前级为 AC380/690V变压器T1，功率12kW，变压器T1自AC380V三相交流电中取电，其副边串联有共模电感L1进行输入侧滤波。

变压器T1的后级为6个功率管Q1-Q6组成的三相整流桥，变压器T1的三相输出端串联共模电感L1后分别连接三相整流桥的三个输入端，三相整流桥的输出端并联有电容C1、电容C2后分别连接正母线BUS+及负母线BUS-，从而将变压器T1副边输出的交流电变为1000V直流电输出至正母线BUS+及负母线BUS-上。

正母线BUS+依次串联功率管Q7、功率管Q8、电感L2、二极管D2、二极管D3、二极管D4后连接至输出端VOUT+，其中，二极管D2、二极管D3、二极管D4三者的导通方向均指向输出端VOUT+。

负母线BUS-直接与输出端VOUT-相接，续流二极管D1的阳极连接负母线BUS-，其阴极连接至功率管Q8与电感L2之间的接点。

电感L2与二极管D2之间的接点依次连接功率管Q9、功率管Q10、功率管Q11、功率管Q12至负母线BUS-。

输出端VOUT+与输出端VOUT-之间跨接有储能电容组。储能电容组由9个容值相同的电容C9-C17及3个阻值相同的均压电阻R22-R24组成，其中均压电阻R22、电容 C9、电容C10、电容C12相互并联形成一组，均压电阻R23、电容C12、电容C13、电容C14相互并联形成一组，均压电阻R24、电容C15、电容C116、电容C17相互并联形成一组，三组相互串联后跨接在输出端VOUT+与输出端VOUT-之间。

上述电路中，为使直流源能达到100V-4500V高压输出范围，功率管Q1-Q12需采用耐压等级4kV以上的IGBT管或耐压等级6kV以上的IGCT管，二极管D2-D4需采用耐压等级6.5kV以上的SIC管，并依赖串联分压这一构思，保证电路在输出高电压状态下稳定运行。

进一步地，为保障功率管不工作于极限状态，对于功率管Q7-Q12，每个功率管的C极与E极之间均需并联均压保护电路，其中各个均压保护电路的结构参数相同，因此下述仅以功率管Q7所并联的保护电路进行说明，其余参照而不赘述。

见图1，功率管Q7所并联的均压保护电路由电阻R1、电容C3、均压电阻R2、压敏电阻R3组成，其中，电阻R1、电容C3相互串联后分别并联均压电阻R2、压敏电阻R3，从而实现所述均压保护电路。均压保护电路的作用有三方面，一是通过电阻R1、电容C3实现RCD吸收，二是通过设置均压电阻R2与其他均压电阻阻值相同，确保相连接的功率管实现均压，三是通过均压电阻R2实现MOV保护。

优选地，二极管D2-D4也分别并联三个阻值相同的均压电阻R7-R8来实现均压。

本实施例中，可调直流源还设有图中未示出的控制器，控制器具有多条PWM通道来分别驱动上述功率管Q1-Q12进行工作。

使用时，可调直流源可运行两种模式，分别为降压模式和升压模式。

(一)降压模式

该模式下，控制器控制功率管Q9-Q12常断，控制功率管Q7-Q8同步交替导通，则：

1)当功率管Q7-Q8同步导通时，见图2，电流由正母线BUS+流经功率管Q7、功率管Q8、电感L2、二极管D2、二极管D3、二极管D4、输出端VOUT+、输出端VOUT- 回到负母线BUS-，此过程中正母线BUS+上电流一方面供给负载，另一方面为电感L2 充电；

2)当功率管Q7-Q8同步截止时，见图3，二极管D1起续流作用，电流由电感L2 发出，经二极管D2、二极管D3、二极管D4、输出端VOUT+、输出端VOUT-、二极管 D1回到电感L2。

通过控制功率管Q7-Q8在周期内的导通时长，即可将正母线BUS+、正母线BUS+ 上的电压降压输出至输出端VOUT+、输出端VOUT-。

(二)升压模式

该模式下，控制器控制功率管Q7-Q8常开，控制功率管Q9-Q12同步交替导通，则：

1)当功率管Q9-Q12同步导通时，见图4，电流由正母线BUS+出发，流经功率管 Q7、功率管Q8、电感L2、功率管Q9-Q12回到负母线BUS-，此过程中正母线BUS+上的电流全部为电感L2充电，使其电压不断抬升直至超过正母线BUS+处的电压；

2)当功率管Q9-Q12同步截止时，见图5，二极管D1起续流作用，电流由电感 L2发出，经二极管D2、二极管D3、二极管D4、输出端VOUT+、输出端VOUT-、二极管D1回到电感L2，此过程中，依靠电感L2所累积的高压对外接负载进行升压放电。

通过控制功率管Q9-Q12在周期内的导通时长，即可控制电感L2充电时间，从而将正母线BUS+、正母线BUS+上的电压升压输出至输出端VOUT+、输出端VOUT-。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高压可调直流源，其特征在于：

包括变压器T1、三相整流滤波电路、正母线BUS+、负母线BUS-、续流二极管D1、电感L2、储能电容组、由多个功率管串联而成的第一功率管组、由多个功率管串联而成的第二功率管组、由多个导通方向相同的二极管串联而成的二极管组、输出端VOUT+、输出端VOUT-、PWM发生装置；

所述变压器T1从三相交流电中取电，并为三相整流滤波电路供电，所述三相整流滤波电路输出直流电至正母线BUS+、负母线BUS-；

所述正母线BUS+依次串联第一功率管组、电感L2、二极管组后连接至输出端VOUT+，其中二极管组中各二极管的导通方向均指向输出端VOUT+；

所述负母线BUS-与输出端VOUT-相接，续流二极管D1的阳极连接负母线BUS-，其阴极连接至第一功率管组与电感L2之间的接点；

所述电感L2与二极管组之间的接点经第二功率管组连接至负母线BUS-；

所述储能电容组跨接于输出端VOUT+与输出端VOUT-之间；

所述PWM发生装置分别与所述功率管的G极电连接。

2.根据权利要求1所述的高压可调直流源，其特征在于：所述功率管为耐压等级4kV以上的IGBT管；或所述功率管为耐压等级6kV以上的IGCT管。

3.根据权利要求2所述的高压可调直流源，其特征在于：所述二极管组中的各个二极管均为耐压等级6.5kV以上的SIC管。

4.根据权利要求1或3所述的高压可调直流源，其特征在于：所述二极管组中的各个二极管均并联有阻值相同的均压电阻。

5.根据权利要求1所述的高压可调直流源，其特征在于：所述第一功率管组与第二功率管组中的各个功率管的E极之间均并联有阻值相同的均压电阻。

6.根据权利要求5所述的高压可调直流源，其特征在于：所述第一功率管组与第二功率管组中的各个功率管的E极之间均并联有压敏电阻。

7.根据权利要求5所述的高压可调直流源，其特征在于：所述第一功率管组与第二功率管组中的各个功率管的E极之间均并联有电阻R1、电容C3相互串联所形成的支路。

8.根据权利要求1所述的高压可调直流源，其特征在于：所述储能电容组具有多个容值相同且相互串联的第一电容，每个第一电容的两端均并联有阻值相同的均压电阻及容值相同的第二电容。

9.根据权利要求1所述的高压可调直流源，其特征在于：还包括共模电感L1，变压器T1的三相输出端串联共模电感L1后连接至所述三相整流滤波电路。

10.根据权利要求1所述的高压可调直流源，其特征在于：所述PWM发生装置具体是带多条PWM通道的控制器。

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