CN216437051U - 一种精确连续调频的高压方波脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种精确连续调频的高压方波脉冲电源，由空开、调压器、工频变压器、整流滤波器、IGBT全桥逆变单元、方波脉冲变压器、人机界面、IGBT驱动单元组成；所述IGBT全桥逆变单元由4个场效应管V1‑V4组成；所述IGBT驱动单元由可编程控制器、双路死区产生电路和4个驱动器组成。可编程控制器输出一个频率连续精准可调的方波脉冲信号，并通过死区发生芯片来产生两路带有死区的互补驱动信号，互补驱动信号通过隔离驱动芯片驱动大功率IGBT组成的逆变桥，从而实现频率在1kHz～20kHz宽范围内自动连续可调或在某一固定频率下稳定输出。

Description

一种精确连续调频的高压方波脉冲电源

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体涉及一种精确连续调频的高压方波脉冲电源。

背景技术

高压方波脉冲电源将电网电压通过调压器调压、变压器隔离升压、整流、滤波成直流电压，再由四个大功率的IGBT组成逆变全桥，将直流电压逆变成方波脉冲电压，方波脉冲电压再通过方波脉冲变压器升压至所需的电压值。高压方波脉冲电源主要用于电机牵引、风力发电、新能源汽车等领域使用的变频电机绝缘结构的电寿命评定。试验时，高压方波脉冲电源由调压器从零开始升压调节，通过整流、逆变、升压达到试验所需电压值后停止调压，保持此调压位置不变，直到试样破坏或达到预先设定的试验时间后结束试验。根据试样的类别不同所需试验电压峰峰值和频率不同。然而，目前的高压方波脉冲电源却存在宽范围自动调节频率比较困难且稳定性不佳的问题，从而影响电寿命评定的实验结果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有高压方波脉冲电源宽范围自动调节频率比较困难且稳定性不佳的问题，提供一种精确连续调频的高压方波脉冲电源。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种精确连续调频的高压方波脉冲电源，由空开、调压器、工频变压器、整流滤波器、IGBT全桥逆变单元、方波脉冲变压器、人机界面、IGBT驱动单元组成；所述IGBT全桥逆变单元由4个场效应管V1-V4组成；所述IGBT驱动单元由可编程控制器、双路死区产生电路和4个驱动器组成；

外部电源经由空开与调压器的输入侧连接，调压器的输出侧连接工频变压器的输入侧，工频变压器的输出侧与整流滤波器的输入正端和输入负端连接；整流滤波器的输出正端连接场效应管V1的漏极和场效应管V3的漏极，整流滤波器的输出负端连接场效应管V4的源极和场效应管V2的源极；场效应管V3的源极和场效应管V2的漏极共同连接方波脉冲变压器的输入侧的正端，场效应管V1的源极和场效应管V4的漏极共同连接方波脉冲变压器的输入侧的负端；方波脉冲变压器的输出侧与待测试样连接；人机界面与可编程控制器连接，可编程控制器的调压控制端与调压器的控制端连接，可编程控制器的时钟控制端与双路死区产生电路的输入端连接；双路死区产生电路的Q’输出端连接第一驱动器和第二驱动器的输入端，双路死区产生电路的Q输出端连接第三驱动器和第四驱动器的输入端；第一驱动器的输入端连接场效应管V1的栅极，第二驱动器的输入端连接场效应管V2的栅极，第三驱动器的输入端连接场效应管V3的栅极，第四驱动器的输入端连接场效应管V4的栅极。

上述方案中，双路死区产生电路由6个异或非门U1A-U1D、U2A-U2B，电阻R1-R2和电容C1-C2组成；异或非门U1A的2个输入端，以及异或非门U2A的其中一个输入端相连形成与双路死区产生电路的输入端；异或非门U1A的输出端连接电阻R1的其中一端、异或非门U1B的2个输入端、以及异或非门U2B的其中一个输入端；电阻R1的另一端连接电容C1的其中一端、异或非门U2C的2个输入端；异或非门U2C的输出端连接异或非门U2A的另一个输入端；异或非门U2A的输出端形成双路死区产生电路的Q’输出端；异或非门U1B的输出端连接电阻R2的其中一端，电阻R2的另一端连接电容C2的其中一端、以及异或非门U1D的2个输入端；异或非门U1D的输出端连接异或非门U2B的另一个输入端；异或非门U2B的输出端形成双路死区产生电路的Q输出端；电容C1和电容C2的另一端接地。

与现有技术相比，本实用新型由可编程控制器输出一个频率连续精准可调的方波脉冲信号，并通过死区发生芯片来产生两路带有死区的互补驱动信号，互补驱动信号通过隔离驱动芯片驱动大功率IGBT组成的逆变桥，从而实现频率在1kHz～20kHz宽范围内自动连续可调或在某一固定频率下稳定输出。

附图说明

图1为一种精确连续调频的高压方波脉冲电源的原理框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本实用新型进一步详细说明。

参见图1，一种精确连续调频的高压方波脉冲电源，由空开、调压器、工频变压器、整流滤波器、IGBT全桥逆变单元、方波脉冲变压器、人机界面、IGBT驱动单元组成。IGBT全桥逆变单元由4个场效应管V1-V4组成。IGBT驱动单元由可编程控制器、双路死区产生电路和4个驱动器组成。

双路死区产生电路由6个异或非门U1A-U1D、U2A-U2B，电阻R1-R2和电容C1-C2组成。异或非门U1A的2个输入端，以及异或非门U2A的其中一个输入端相连形成与双路死区产生电路的输入端。异或非门U1A的输出端连接电阻R1的其中一端、异或非门U1B的2个输入端、以及异或非门U2B的其中一个输入端。电阻R1的另一端连接电容C1的其中一端、异或非门U2C的2个输入端。异或非门U2C的输出端连接异或非门U2A的另一个输入端。异或非门U2A的输出端形成双路死区产生电路的Q’输出端。异或非门U1B的输出端连接电阻R2的其中一端，电阻R2的另一端连接电容C2的其中一端、以及异或非门U1D的2个输入端。异或非门U1D的输出端连接异或非门U2B的另一个输入端。异或非门U2B的输出端形成双路死区产生电路的Q输出端。电容C1和电容C2的另一端接地。

外部电源经由空开与调压器的输入侧连接，调压器的输出侧连接工频变压器的输入侧，工频变压器的输出侧与整流滤波器的输入正端和输入负端连接。整流滤波器的输出正端连接场效应管V1的漏极和场效应管V3的漏极，整流滤波器的输出负端连接场效应管V4的源极和场效应管V2的源极。场效应管V3的源极和场效应管V2的漏极共同连接方波脉冲变压器的输入侧的正端，场效应管V1的源极和场效应管V4的漏极共同连接方波脉冲变压器的输入侧的负端。方波脉冲变压器的输出侧与待测试样连接。人机界面与可编程控制器连接，可编程控制器的调压控制端与调压器的控制端连接，可编程控制器的时钟控制端与双路死区产生电路的输入端连接。双路死区产生电路的Q’输出端连接第一驱动器和第二驱动器的输入端，双路死区产生电路的Q输出端连接第三驱动器和第四驱动器的输入端。第一驱动器的输入端连接场效应管V1的栅极，第二驱动器的输入端连接场效应管V2的栅极，第三驱动器的输入端连接场效应管V3的栅极，第四驱动器的输入端连接场效应管V4的栅极。

IGBT驱动单元由可编程控制器的高速脉冲发生器根据人机界面输入的频率数值输出对应的方波脉冲串，方波脉冲通过双路死区电路产生两路带有死区的反相的脉冲驱动信号，两路带有死区的反相的脉冲驱动信号再通过4个驱动器分别驱动IGBT全桥逆变单元的四个IGBT，从而可以将桥路上的直流电压逆变成方波脉冲电压，脉冲电压再通过大功率高压方波脉冲变压器升压至所需电压值。高压方波脉冲电源的方波电压频率要求是1kHz～20kHz连续可调，且要求有尽量快的上升沿，当输出某一个频率时要求稳定可靠。可编程控制器采用内置的晶体振荡器产生基准时钟，脉冲输出端能够产生精准单个频率点的方波脉冲，又能够非常便捷地实现在1kHz～20kHz自动连续扫频功能，解决了传统的电压调节芯片组成的振荡脉冲信号发生器随着外接RC的温度漂移而变化，以及不便自动扫频的功能。

下面通过实验对本实用新型的性能进行分析：

1、取20个相同容量和耐压等级的线圈试样平均分成A、B、C、D4组，每组额定试验电压设定为10.00kV，试验时间100h，A、B组试样采用试验频率1kHz，C、D组试样采用试验频率20kHz，A、C组试样采用SG3525产生互补驱动信号的试验装置进行试验，B、D组试样采用本系统实用新型的电源装置进行试验，其余条件一致情况下同时启动试验。

2、A组采用SG3525产生互补驱动信号的试验装置进行试验，试验启动，系统自动升压至额定电压10kV，手动调节20kΩ电位器旋钮改变SG3525产生的频率信号至1kHz，示波器实际显示值为在1kHz和1.02kHz之间波动，目测其分辨率约为0.02kHz。每隔5个小时记录一次其频率，100小时试验结束后统计频率值波动的范围为0.98kHz～1.04kHz。

3、C组采用SG3525产生互补驱动信号的试验装置进行试验，试验启动，系统自动升压至额定电压10kV，手动调节20kΩ电位器旋钮改变SG3525产生的频率信号至20kHz，实际显示值为在19.99kHz和20.03kHz之间波动，目测其分辨率约为0.02kHz。每隔5个小时记录一次其频率，100小时试验结束后统计频率值波动的范围为19.95kHz～20.12kHz。

4、B组采用本实用新型试验装置进行试验，试验启动，系统自动升压至额定电压10kV，屏幕上手动输入1kHz，示波器实际显示值1.00kHz，无波动。每隔5个小时记录一次其频率，100小时试验结束后统计频率值波动的范围为1.00kHz，无波动。

5、D组采用本实用新型试验装置进行试验，试验启动，系统自动升压至额定电压10kV，屏幕上手动输入20kHz，示波器实际显示值20.00kHz，无波动。每隔5个小时记录一次其频率，100小时试验结束后统计频率值波动的范围为20.00kHz～20.01kHz。

经过监测分析，采用传统的SG3525产生互补驱动信号的试验装置存在调节器件电阻电容温漂影响大，且调节电阻阻值的大小会影响频率的调节范围和和分辨率。而本实用新型采用可编程控制器输出的方波脉冲信号不仅在宽范围内可任意设置，精准输出，且输出的频率稳定可靠。

本实用新型是研制一台带有宽范围精确调频的高压方波脉冲电源，具有宽频率范围内连续可调且输出频率稳定的特点，其输出频率在1kHz～20kHz范围内连续可调，精度和稳定度在0.1％以内。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (2)

1.一种精确连续调频的高压方波脉冲电源，其特征是，由空开、调压器、工频变压器、整流滤波器、IGBT全桥逆变单元、方波脉冲变压器、人机界面、IGBT驱动单元组成；所述IGBT全桥逆变单元由4个场效应管V1-V4组成；所述IGBT驱动单元由可编程控制器、双路死区产生电路和4个驱动器组成；

外部电源经由空开与调压器的输入侧连接，调压器的输出侧连接工频变压器的输入侧，工频变压器的输出侧与整流滤波器的输入正端和输入负端连接；整流滤波器的输出正端连接场效应管V1的漏极和场效应管V3的漏极，整流滤波器的输出负端连接场效应管V4的源极和场效应管V2的源极；场效应管V3的源极和场效应管V2的漏极共同连接方波脉冲变压器的输入侧的正端，场效应管V1的源极和场效应管V4的漏极共同连接方波脉冲变压器的输入侧的负端；方波脉冲变压器的输出侧与待测试样连接；

人机界面与可编程控制器连接，可编程控制器的调压控制端与调压器的控制端连接，可编程控制器的时钟控制端与双路死区产生电路的输入端连接；双路死区产生电路的Q’输出端连接第一驱动器和第二驱动器的输入端，双路死区产生电路的Q输出端连接第三驱动器和第四驱动器的输入端；第一驱动器的输入端连接场效应管V1的栅极，第二驱动器的输入端连接场效应管V2的栅极，第三驱动器的输入端连接场效应管V3的栅极，第四驱动器的输入端连接场效应管V4的栅极。

2.根据权利要求1所述的一种精确连续调频的高压方波脉冲电源，其特征是，双路死区产生电路由6个异或非门U1A-U1D、U2A-U2B，电阻R1-R2和电容C1-C2组成；

异或非门U1A的2个输入端，以及异或非门U2A的其中一个输入端相连形成与双路死区产生电路的输入端；异或非门U1A的输出端连接电阻R1的其中一端、异或非门U1B的2个输入端、以及异或非门U2B的其中一个输入端；电阻R1的另一端连接电容C1的其中一端、异或非门U2C的2个输入端；异或非门U2C的输出端连接异或非门U2A的另一个输入端；异或非门U2A的输出端形成双路死区产生电路的Q’输出端；异或非门U1B的输出端连接电阻R2的其中一端，电阻R2的另一端连接电容C2的其中一端、以及异或非门U1D的2个输入端；异或非门U1D的输出端连接异或非门U2B的另一个输入端；异或非门U2B的输出端形成双路死区产生电路的Q输出端；电容C1和电容C2的另一端接地。

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