CN2369269Y - 大功率高稳定度直流稳流软开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率高稳定度直流稳流软开关电源,该电源包括软开关变换单元及其开关管驱动单元、传感器、高精度放大器单元、移相控制单元;该电源充分吸收了现有软开关电源技术的优点,但在现有的软开关电源的基础上合理地设置电容、电感的位置,并将软开关电路的输出信号采用原边并联、副边串联的变压器作电源输出放大器;另还在放大器控制单元采用放大器相频特性和电流传感器干扰信号的补偿技术和移相控制器的动态性能的补偿技术,使软开关电源技术与大功率、高稳定度稳流稳压技术有机地结合在一起。

Description

大功率高稳定度直流稳流软开关电源

本实用新型涉及一种电力电子技术，尤其是一种大功率高稳定度直流稳流软开关电源。

高稳定度直流稳流技术是在输出采样、误差放大、高精度基准等环节采取措施，使电源输出在电压或电流方面达到高稳定度。实现高稳定度电源一般采用可控硅相控技术和晶体管串联调整技术，其电路结构是由交流输入与可控硅或晶体管相连，由其输出信号至负载，并由高精度传感器将信号反馈至放大器，由放大器将其与基准比较后的误差信号放大后输出反馈驱动可控硅或晶体管；这种可控硅相控或晶体管调整技术的优点是输出功率大、技术成熟，缺点是功率因数低、效率低、体积大，特别是可控硅技术对电网有很大影响。高稳定度直流稳流还可采用硬开关技术，其开关管的主电路采用全桥或半桥式结构，主电路输出的信号经由高精度传感器反馈与放大器的基准进行比较后输出误差信号至脉宽调制器(PWM)，由脉宽调制器输出信号控制主电路的逆变桥开关管；这种硬开关技术效率高、体积小，但由于开关管工作于硬开关状态，开关管大功率工作的可靠性低、损耗大、干扰大，电源输出功率小，一般在10KW以下，输出电流稳定度不高。近年来发展起来一种新兴的高稳定度直流稳流技术，即软开关技术，其开关管主电路也采用全桥或半桥式结构，但在主电路的开关管上并联有谐振电路，在其两桥臂中点之间串联有谐振电感，采用移相控制方式，工作频率固定不变。该软开关技术具有硬开关技术的优点，同时由于在主电路中增加了谐振电容和谐振电感，从而使开关管在射极电压过零时开通，使开关管工作于软开关状态，大大减少了开关损耗。但目前应用该技术电源的功率较小，一般在10KM以下，只能在满载时工作于软开关状态，电源轻载工作时无法工作于软开关状态。

本实用新型的目的是为了提供一种使电源能够在大范围内都工作于软开关状态，同时将软开关电源技术与高稳定度稳流稳压技术有机的结合在一起，使开关电源的输出功率较高，且保持输出高稳定度、低纹波的直流电路的大功率高稳定度直流稳流软开关电源。本实用新型的次要目的在于提供一种可有效地保护电源及其余各元件的大功率高稳定度直流稳流软开关电源。

本实用新型的目的可通过如下措施来实现：

一种大功率高稳定度直流稳流软开关电源，包括软开关变换单元及其开关管驱动单元、传感器、高精度放大器单元、移相控制单元；其中软开关变换单元输出的信号由传感器反馈输出与高精度放大器单元相连，由放大器单元输出的误差放大信号与移相控制单元相连，移相控制单元输出信号与开关管驱动单元相连，由开关管驱动单元输出的驱动信号驱动软开关变换单元的逆变桥开关管的基极；在所述的软开关变换单元2的逆变桥的领先桥臂中间与输入滤波电容C11、C12中点之间串接有谐振电感Lr，逆变桥开关管集射极间并接有谐振电容Cr；软开关变换单元的逆变桥输出的信号与变压器B1、B2并联的原边相连，变压器B1、B2的副边串联后输出大功率电源；由传感器将变压器B1、B2的副边输出的信号反馈至高精度放大器单元，在传感器输出信号上并联有电阻R1、电容C1后与比较放大器IC2的反向端相连，另在比较放大器IC2的与基准IC1相连的正向端与输出端之间串接有电阻R34、电容C34；由比较放大器IC2输出的误差放大信号与移相控制单元的移相控制器IC3的5脚相连；在IC3的2、3脚之间串联有电阻R9、电容C10。

本实用新型的次要目的还可通过如下措施来实现：

所述的大功率高稳定度直流稳流软开关电源中还设有继电控制单元，由开关管驱动单元的光电管BG1、2、3、4输出的信号与移相控制单元的移相控制器IC3的5脚相连，并与锁存器IC4的13脚相连，由锁存器IC4输出信号经光电管BG输出与继电器控制单元的继电器线圈KM相连。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1、本实用新型吸收了现有软开关电源技术的优点，同时利用软开关电路中的开关管集射极上并接的谐振电容，及其软开关电路的领先桥臂中间与输入滤波电容之间串接的谐振电感产生谐振；这样谐振电容电压为输入电压的一半，主回路电流不流过谐振电感，谐振电感在管子轮流导通的转换期内仍流过较大的谐振电流，但谐振电流与主回路电流相比还是小的很多，因此谐振电感可以做的很小，电感值可以取的很大；从而可容易地满足零电压开通条件，这样即便主回路电流很小时，也能保证谐振电路满足零开通的条件，使开关管从轻载至满载工作时均保持零电压开通工作状态，降低了开关损耗，使电源输出大功率成为可能。

2、本实用新型为了输出大功率，将软开关电路输出的信号与两台原边并联的变压器的原边相连，该两台变压器的付边串联，这样可保证原边可以流过足够大的电流，而付边串联可保证输出有足够高的电压，降低了各变压器耐压，因此降低了尺寸对变压器的要求，因而可使本实用新型输出大功率，而成本降低。

3、本实用新型在传感器反馈信号与放大器反向端相连处，还设有电阻、电容，在与基准相连的放大器正向端与输出端之间串设电阻、电容，可分制用来补偿电流传感器的干优信号和补偿放大器相频特性；另在移相控制器的两管脚上也串接有电阻、电容，可用来补偿移相控制器输入放大器的动态性能，从而提高和改善本实用新型的动态工作性能，提高了输出电流稳定度和工作可靠性。

4、本实用新型在开关管驱动单元中输出保护信号，当开关管过流时能够快速关断开关管，并向移相控制器发出故障信号，同时发出跳闸信号给继电器控制单元，使其交流输入的继电器发生跳闸，从而可保护软开关管变换单元的开关管。

本实用新的具体结构由以下附图给出

图1是本实用新型的电路原理框图

1-整流滤波单元    2-软开关变换单元    3-滤波整形单元

4-传感器          5-高精度放大器单元  6-移相控制单元

7-开关管驱动单元  8-继电控制单元

图2是本实用新型的软开关变换单元电路原理图

图3是本实用新型的高精度放大单元电路原理图

图4是本实用新型移相控制单元电路原理图

图5是本实用新型开关管驱动单元原理图

本实用新型还将结合附图1、2、3、4、5实施例作进一步详述：

参照图1、2、3、4、5，一种大功率高稳定度直流稳流软开关电源，包括软开变换单元2及其开关管驱动单元7、传感器4、高精度放大器单元5、移相控制单元6；交流电压经过三相整流桥整流、经电容滤波后由继电控制单元的继电器开关与软开关变换单元6相连，软开关变换单元6输出的信号由传感器4反馈输出与高精度放大器单元5相连，由放大器单元5输出的误差放大信号与移相控制单元6相连，移相控制单元6输出的信号与开关管驱动单元7相连，由开关管驱动单元7输出的驱动信号驱动软开关变换单元2的逆变桥开关管的基极；所述的软开关变换单元2由四个开关管及其电容、电感构成全桥，在每一开关管的集射极上并联有电容Cr，另在领先桥臂中间与输入滤波电容的中点之间串接有谐振电感Lr；其中电容Cr为等效电容，包括开关管输出结电容、电路分布电容、外加电容等，电感Lr包括外加电感、变压器漏感及分布电感等；软开关变换单元2的逆变桥输出的信号与变压器B1、B2并联的原边相连，变压器B1、B2的副边串联后输出大功率电源；传感器4将变压器B1、B2的副边输出的信号c/s反馈至高精度放大器单元5，高精度放大器单元5是由比较放大器IC2和基准IC1构成，传感器4输出的信号与比较放大器IC2的反向端相连，并在传感器4的输出信号上并联有电阻R1、电容C1；基准IC1与比较放大器IC2的正向端相连，在放大器正向端与输出端之间串接有电阻R34、电容C34；由比较放大器IC2输出的误差放大信号FA与移相控制单元6的移相控制器IC3的5脚相连；移相控制单元6由移相控制器Uc3875构成，在控制器IC3的2、3脚之间串联有电阻R9、电容C10；由移相控制器IC3的8、9、13、14脚输出的移相控制信号FB1、FB2、FB3、FB4与开关管驱动单元7的输入端相连，开关管驱动单元7由四路相同的驱动电路构成，由开关管驱动单元7输出的驱动信号FD1、FD2、FD3、FD4驱动软开关变换单元2的开关管基极；开关管驱动单元7的光电管BG1、2、3、4还输出的保护信号FC与移相控制单元6的移相控制器IC3的5脚相连，并与锁存器IC4的13脚相连，由锁存器IC4输出信号FJ经光电管BG输出与继电器控制单元8的继电器线圈KM相连。

Claims (2)

1、一种大功率高稳定度直流稳流软开关电源，包括软开关变换单元(2)及其开关管驱动单元(7)、传感器(4)、高精度放大器单元(5)、移相控制单元(6)；其中软开关变换单元(2)输出的信号由传感器(4)反馈输出与高精度放大器单元(5)相连，由放大器单元(5)输出的误差放大信号与移相控制单元(6)相连，移相控制单元(6)输出信号与开关管驱动单元(7)相连，由开关管驱动单元(7)输出的驱动信号驱动软开关变换单元(2)的逆变桥开关管的基极；其特征在于在软开关变换单元2的逆变桥的领先桥臂中间与输入滤波电容C11、C12中点之间串接有谐振电感Lr，逆变桥开关管集射极接有谐振电容Cr；另软开关变换单元(2)的逆变桥输出的信号与变压器B1、B2并联的原边相连，变压器B1、B2的副边串联后输出大功率电源；由传感器(4)将变压器B1、B2的副边输出的信号反馈至高精度放大器单元(5)，在传感器(4)输出信号上并联有电阻R1、电容C1后与比较放大器IC2的反向端相连，另在比较放大器IC2的与基准IC1相连的正向端与输出端之间串接有电阻R34、电容C34；由比较放大器IC2输出的误差放大信号与移相控制单元(6)的移相控制器IC3的5脚相连；在IC3的2、3脚之间串联有电阻R9、电容C10。

2、如权利要求1所述的大功率高稳定度直流稳流软开关电源，其特征在于还设有继电控制单元(8)，由开关管驱动单元(7)的光电管BG1、2、3、4输出的信号与移相控制单元(6)的移相控制器IC3的5脚相连，并与锁存器IC4的13脚相连，由锁存器IC4输出信号经光电管BG输出与继电器控制单元(8)的继电器线圈KM相连。

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