具有宽范围直流电压输出特性的高频开关整流电源转让专利
申请号 : CN201010019537.4
文献号 : CN101789704A
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 丁小松 , 陈建全
申请人 : 广州擎天实业有限公司
摘要 :
本发明公开了一种具有宽范围直流电压输出特性的高频开关整流电源，包括整流桥、直流母线、高频开关管、高频变压器、高频整流管、高频开关管控制器，交流输入经整流桥整流后接入直流母线，直流母线上的电压经过高频开关管进行逆变，逆变后交流电压接入高频变压器，再经高频变压器变压，最后高频整流管整流输出直流电能；所述整流桥采用可控型的晶闸管整流桥，并增设相应的晶闸管控制器；晶闸管控制器采用调节晶闸管相控角调节输入整流的晶闸管整流桥，改变整流输出到直流母线的电压，完成粗调；高频开关管控制器采用调节占空比调节高频开关管完成细调；粗调和细调相配合，使得高频开关管、高频变压器、高频整流管始终工作在大占空比的状态。
权利要求 :
1.一种具有宽范围直流电压输出特性的高频开关整流电源，包括整流桥、直流母线、高频开关管、高频变压器、高频整流管、高频开关管控制器，交流输入经整流桥整流后接入直流母线，直流母线上的电压经过高频开关管进行逆变，逆变后交流电压接入高频变压器，再经高频变压器变压，最后高频整流管整流输出直流电能；其特征在于：所述整流桥采用可控型的晶闸管整流桥，并增设相应的晶闸管控制器；晶闸管控制器采用调节晶闸管相控角调节输入整流的晶闸管整流桥，改变整流输出到直流母线的电压，完成粗调；高频开关管控制器采用调节占空比调节高频开关管完成细调；粗调和细调相配合，使得高频开关管、高频变压器、高频整流管始终工作在大占空比的状态。
2.根据权利要求1所述的高频开关整流电源，其特征在于：在整流电源上电初始阶段，晶闸管控制器采用逐渐增加晶闸管整流桥的相控角，使直流母线的电压逐渐增加，以避免了对整流电源内元器件的浪涌冲击。
3.根据权利要求1所述的高频开关整流电源，其特征在于：还设置总控制器，在整流电源的开、停机阶段，总控制器协调晶闸管控制器和高频开关管控制器的工作时序，控制高频开关管上主电压和触发电压的时序，以提高高频开关管的可靠性。
4.根据权利要求1所述的高频开关整流电源，其特征在于：所述晶闸管控制器中设有故障保护电路，当整流电源内高频部分发生故障时，晶闸管控制器切除晶闸管整流桥的控制脉冲，停止整流器的输入。
说明书 :
技术领域
本发明涉及电力电子设备技术领域，具体涉及一种具有宽范围直流电压输出特性的高频开关整流电源。
背景技术
整流电源是将电网中交流电能变为直流电能的装置，其要求是输出直流电压、电流可以在额定范围内连续可调。由于电路拓扑和元器件性能的，整流电源都有一定的调压范围限制，即必须在输出直流电压超过一定的值后，才能允许额定电流的输出。在低电压、大电流的运行工况下，可能导致器件损坏，并且运行效率下降。
常规高频整流电源如图1所示，首先将工频的交流电网电源整流为直流电，再通过高频开关管逆变为高频交流电，输入高频变压器进行电压变换，最后整流成为一定电压的直流电。具体的实施过程为：在交流输入后采用不控型的工频二极管整流桥6，整流后的直流母线1的电压为定值，一般为510V；直流母线1经过高频开关管2进行逆变，逆变后交流电压的峰峰值为510V；高频变压器3一次侧交流电压峰峰值也为510V；高频变压器3二次侧电压值根据其变比也为一定值；最后高频整流管4整流输出直流电能；直流电的电压值调节依靠高频开关管控制系统5调节高频开关管2的占空比来完成；占空比越小时，高频开关管2、高频变压器3、高频整流管4所承受的电流应力就越大，其可靠性迅速下降，损耗上升；因此，当直流电压接近额定值(≥70％额定)时，可以实现额定电流输出；当直流电压过小时(＜70％额定)时，必须降电流使用。因此其调压范围窄，一般需要在额定电压的70％以上，才能够到达额定电流输出。
常规高频整流电源如图1所示，首先将工频的交流电网电源整流为直流电，再通过高频开关管逆变为高频交流电，输入高频变压器进行电压变换，最后整流成为一定电压的直流电。具体的实施过程为：在交流输入后采用不控型的工频二极管整流桥6，整流后的直流母线1的电压为定值，一般为510V；直流母线1经过高频开关管2进行逆变，逆变后交流电压的峰峰值为510V；高频变压器3一次侧交流电压峰峰值也为510V；高频变压器3二次侧电压值根据其变比也为一定值；最后高频整流管4整流输出直流电能；直流电的电压值调节依靠高频开关管控制系统5调节高频开关管2的占空比来完成；占空比越小时，高频开关管2、高频变压器3、高频整流管4所承受的电流应力就越大，其可靠性迅速下降，损耗上升；因此，当直流电压接近额定值(≥70％额定)时，可以实现额定电流输出；当直流电压过小时(＜70％额定)时，必须降电流使用。因此其调压范围窄，一般需要在额定电压的70％以上，才能够到达额定电流输出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有宽范围直流电压输出特性的高频开关整流电源，其调压范围宽，而且节能、节材。
本发明的目的可以通过以下的技术措施来实现，一种具有宽范围直流电压输出特性的高频开关整流电源，包括整流桥、直流母线、高频开关管、高频变压器、高频整流管、高频开关管控制器，交流输入经整流桥整流后接入直流母线，直流母线上的电压经过高频开关管进行逆变，逆变后交流电压接入高频变压器，再经高频变压器变压，最后高频整流管整流输出直流电能；所述整流桥采用可控型的晶闸管整流桥，并增设相应的晶闸管控制器；晶闸管控制器采用调节晶闸管相控角调节输入整流的晶闸管整流桥，改变整流输出到直流母线的电压，完成粗调；高频开关管控制器采用调节占空比调节高频开关管完成细调；粗调和细调相配合，使得高频开关管、高频变压器、高频整流管始终工作在大占空比的状态。
作为对本发明的进一步改进，在整流电源上电初始阶段，晶闸管控制器采用逐渐增加晶闸管整流桥的相控角，使直流母线的电压逐渐增加，以避免了对整流电源内元器件的浪涌冲击。
作为对本发明的进一步改进，还设置总控制器，在整流电源的开、停机阶段，协调控制器协调晶闸管控制器和高频开关管控制器的工作时序，控制高频开关管上主电压和触发电压的时序，以提高高频开关管的可靠性。
作为对本发明的进一步改进，所述晶闸管控制器中设有故障保护电路，当整流电源内高频部分发生故障时，晶闸管控制器切除晶闸管整流桥的控制脉冲，停止整流器的输入。
本发明比较常用的整流电源，具有以下优点：
1、兼备了高频整流电源节能、节材的优点和晶闸管整流电源电压调节范围宽的优点。
2、高频开关管始终工作在大占空比、小电流应力的状态，提高了电源的可靠性。
3、晶闸管作为整流输入可以实现整流电源直流母线的软启动，避免了电流冲击造成的器件损坏和电磁干扰，提高了电源的可靠性。
4、晶闸管作为整流输入可以实现整流电源一次回路和二次回路的时序控制，提高了高频开关管的可靠性。
5、晶闸管作为整流输入可以实现一定的主回路保护功能，在故障情况下可以隔离故障点。
附图说明：
图1是常规高频开关整流电源的系统图；
图2是具有宽范围电压输出特性的高频开关整流电源系统图；
图示说明：
1-直流母线；2-高频开关管；3-高频变压器；4-高频整流管；
5-高频开关管控制器；6-工频二极管整流桥；7-晶闸管控制器；
8-总控制器；9-晶闸管整流桥。
具体实施方式：
如图2，本发明中包括可控型的晶闸管整流桥9、晶闸管控制器7、直流母线1、高频开关管2、高频变压器3、高频整流管4、高频开关管控制器5。高频整流电源在交流输入后经可控型的晶闸管整流桥9整流，晶闸管控制器7可以通过相控的方法控制整流后的直流母线电压，采用调节晶闸管相控角调节输入整流的晶闸管整流桥，改变整流输出到直流母线的电压；这样整流后的直流母线1电压为可变值，实际输出值依靠晶闸管的相控角可调，范围是0～510V；直流母线1经过高频开关管2进行逆变，因此，逆变后交流电压的峰峰值为0～510V的可变值；高频变压器3一次侧交流电压峰峰值也为0～510V的可变值；高频变压器3二次侧电压值根据其变比也为可变值；最后高频整流管4整流输出直流电能。输出直流电的电压值调节依靠晶闸管控制器7和高频开关管控制器5共同完成，晶闸管控制器7跟据输出电压的实际值先进行粗调，通过调节晶闸管相控角，使直流母线电压略高于所需要的值；高频开关管控制器5再调节占空比细调，高频开关管的脉冲宽度调节参与闭环调节；这样粗调和细调相结合，此时高频开关管2、高频变压器3、高频整流管4始终工作在最大占空比的状态，电流应力始终最小，因此实现了宽范围内的额定电流输出。
例如用户设置在1/2额定电压状态下输出额定电流时，晶闸管控制器7发出指令，使直流母线1的电压输出为280V(510V的55％)，完成粗调；接着高频开关管控制器发出逆变调节指令，整流器输出1/2额定电压，并闭环控制，完成细调。此时，高频开关管2、高频变压器3、高频整流管4的占空比约为90％。
本发明的具体实施中，在整流电源上电初始阶段，可以逐渐增加晶闸管整流桥9的相控角，使直流母线1的电压逐渐增加，避免了对整流电源内元器件的浪涌冲击，提高了整流电源的可靠性。
本发明的具体实施中，还可在晶闸管控制器增设有故障保护功能电路，当整流电源内高频部分发生故障时，晶闸管控制器切除晶闸管整流桥的控制脉冲，停止整流器的输入。
当整流电源内高频部分发生故障时，晶闸管控制器7可以迅速切除晶闸管整流桥9的控制脉冲，停止整流器的输入，隔离故障点，避免故障扩大。
如图2，本发明中还可增设总控制器8，在整流电源的开、停机阶段，总控制器8协调晶闸管控制器7和高频开关管控制器5的工作时序。在开机阶段，总控制器8首先使高频开关管控制器5正常输出触发脉冲，1～2秒后，总控制器8再逐步使晶闸管控制器7开通晶闸管整流桥9，直流母线1上的电压逐步升高；在停机阶段，先关闭晶闸管控制器7，直流母线1电压降为0后，再关闭高频开关管控制器5。这样可以保证高频开关管2有主电压时，也一定有了正常的触发电压，提高了高频开关管2的可靠性。另外，总控制器8也可在上述粗调、细调过程中协调晶闸管控制器7和高频开关管控制器5的指令输出，由总控制器8对晶闸管控制器7发出指令，完成粗调；接着对高频开关管控制器发出逆变调节指令，完成细调。
本发明的目的可以通过以下的技术措施来实现，一种具有宽范围直流电压输出特性的高频开关整流电源，包括整流桥、直流母线、高频开关管、高频变压器、高频整流管、高频开关管控制器，交流输入经整流桥整流后接入直流母线，直流母线上的电压经过高频开关管进行逆变，逆变后交流电压接入高频变压器，再经高频变压器变压，最后高频整流管整流输出直流电能；所述整流桥采用可控型的晶闸管整流桥，并增设相应的晶闸管控制器；晶闸管控制器采用调节晶闸管相控角调节输入整流的晶闸管整流桥，改变整流输出到直流母线的电压，完成粗调；高频开关管控制器采用调节占空比调节高频开关管完成细调；粗调和细调相配合，使得高频开关管、高频变压器、高频整流管始终工作在大占空比的状态。
作为对本发明的进一步改进，在整流电源上电初始阶段，晶闸管控制器采用逐渐增加晶闸管整流桥的相控角，使直流母线的电压逐渐增加，以避免了对整流电源内元器件的浪涌冲击。
作为对本发明的进一步改进，还设置总控制器，在整流电源的开、停机阶段，协调控制器协调晶闸管控制器和高频开关管控制器的工作时序，控制高频开关管上主电压和触发电压的时序，以提高高频开关管的可靠性。
作为对本发明的进一步改进，所述晶闸管控制器中设有故障保护电路，当整流电源内高频部分发生故障时，晶闸管控制器切除晶闸管整流桥的控制脉冲，停止整流器的输入。
本发明比较常用的整流电源，具有以下优点：
1、兼备了高频整流电源节能、节材的优点和晶闸管整流电源电压调节范围宽的优点。
2、高频开关管始终工作在大占空比、小电流应力的状态，提高了电源的可靠性。
3、晶闸管作为整流输入可以实现整流电源直流母线的软启动，避免了电流冲击造成的器件损坏和电磁干扰，提高了电源的可靠性。
4、晶闸管作为整流输入可以实现整流电源一次回路和二次回路的时序控制，提高了高频开关管的可靠性。
5、晶闸管作为整流输入可以实现一定的主回路保护功能，在故障情况下可以隔离故障点。
附图说明：
图1是常规高频开关整流电源的系统图；
图2是具有宽范围电压输出特性的高频开关整流电源系统图；
图示说明：
1-直流母线；2-高频开关管；3-高频变压器；4-高频整流管；
5-高频开关管控制器；6-工频二极管整流桥；7-晶闸管控制器；
8-总控制器；9-晶闸管整流桥。
具体实施方式：
如图2，本发明中包括可控型的晶闸管整流桥9、晶闸管控制器7、直流母线1、高频开关管2、高频变压器3、高频整流管4、高频开关管控制器5。高频整流电源在交流输入后经可控型的晶闸管整流桥9整流，晶闸管控制器7可以通过相控的方法控制整流后的直流母线电压，采用调节晶闸管相控角调节输入整流的晶闸管整流桥，改变整流输出到直流母线的电压；这样整流后的直流母线1电压为可变值，实际输出值依靠晶闸管的相控角可调，范围是0～510V；直流母线1经过高频开关管2进行逆变，因此，逆变后交流电压的峰峰值为0～510V的可变值；高频变压器3一次侧交流电压峰峰值也为0～510V的可变值；高频变压器3二次侧电压值根据其变比也为可变值；最后高频整流管4整流输出直流电能。输出直流电的电压值调节依靠晶闸管控制器7和高频开关管控制器5共同完成，晶闸管控制器7跟据输出电压的实际值先进行粗调，通过调节晶闸管相控角，使直流母线电压略高于所需要的值；高频开关管控制器5再调节占空比细调，高频开关管的脉冲宽度调节参与闭环调节；这样粗调和细调相结合，此时高频开关管2、高频变压器3、高频整流管4始终工作在最大占空比的状态，电流应力始终最小，因此实现了宽范围内的额定电流输出。
例如用户设置在1/2额定电压状态下输出额定电流时，晶闸管控制器7发出指令，使直流母线1的电压输出为280V(510V的55％)，完成粗调；接着高频开关管控制器发出逆变调节指令，整流器输出1/2额定电压，并闭环控制，完成细调。此时，高频开关管2、高频变压器3、高频整流管4的占空比约为90％。
本发明的具体实施中，在整流电源上电初始阶段，可以逐渐增加晶闸管整流桥9的相控角，使直流母线1的电压逐渐增加，避免了对整流电源内元器件的浪涌冲击，提高了整流电源的可靠性。
本发明的具体实施中，还可在晶闸管控制器增设有故障保护功能电路，当整流电源内高频部分发生故障时，晶闸管控制器切除晶闸管整流桥的控制脉冲，停止整流器的输入。
当整流电源内高频部分发生故障时，晶闸管控制器7可以迅速切除晶闸管整流桥9的控制脉冲，停止整流器的输入，隔离故障点，避免故障扩大。
如图2，本发明中还可增设总控制器8，在整流电源的开、停机阶段，总控制器8协调晶闸管控制器7和高频开关管控制器5的工作时序。在开机阶段，总控制器8首先使高频开关管控制器5正常输出触发脉冲，1～2秒后，总控制器8再逐步使晶闸管控制器7开通晶闸管整流桥9，直流母线1上的电压逐步升高；在停机阶段，先关闭晶闸管控制器7，直流母线1电压降为0后，再关闭高频开关管控制器5。这样可以保证高频开关管2有主电压时，也一定有了正常的触发电压，提高了高频开关管2的可靠性。另外，总控制器8也可在上述粗调、细调过程中协调晶闸管控制器7和高频开关管控制器5的指令输出，由总控制器8对晶闸管控制器7发出指令，完成粗调；接着对高频开关管控制器发出逆变调节指令，完成细调。