高压变频电源

摘要

本发明提供了一种高压变频电源，包括：一一对应的电源变压器和线性变频单元，其中，各个电源变压器用于为与其对应的线性变频单元独立供电，各个线性变频单元均具有首尾两个输出端，各个线性变频单元之间的输出端依次首尾串连；中央处理单元，分别与各个线性变频单元相连接，用于对线性变频单元进行通信控制。根据本发明提供的技术方案，可以输出工频以下的低频电压，且输出电压的大小不受限制。

权利要求

1.一种高压变频电源，其特征在于，包括：

一一对应的电源变压器和线性变频单元，其中，各个所述电源变压器用于为与其对应的线性变频单元独立供电，各个所述线性变频单元均具有首尾两个输出端，其中第一个线性变频单元的首输出端和最后一个线性变频单元的尾输出端构成了高压变频电源的输出端，各个所述线性变频单元之间的其余输出端依次首尾串连；

中央处理单元，分别与各个所述线性变频单元相连接，用于对所述线性变频单元进行通信控制；

其中，所述中央处理单元通过光纤组分别与各个所述线性变频单元相连接；

所述中央处理单元包括：微处理器，用于获取预定的正弦信号信息，其中，所述正弦信号信息包括：幅值信息，频率信息，相位信息；第一光纤收发模块，与所述微处理器相连接，用于将所述预定的正弦信号信息通过所述光纤组发送至各个所述线性变频单元，并将来自于各个所述线性变频单元的信息通过所述光纤组反馈至所述微处理器；

各个所述线性变频单元均包括：电源变换模块，与所述电源变压器相连接，用于根据所述电源变压器的输出产生直流电压为线性功率放大模块供电；第二光纤收发模块，用于通过所述光纤组接收来自于所述中央处理单元的所述预定的正弦信号信息，并发送至数字频率合成模块；所述数字频率合成模块，与所述第二光纤收发模块相连接，用于将所述预定的正弦信号信息转换为与该正弦信号信息对应的正弦信号；所述线性功率放大模块，与所述数字频率合成模块相连接，用于对所述对应的正弦信号进行放大并输出。

2.根据权利要求1所述的高压变频电源，其特征在于，各个所述电源变压器相互隔离。

3.根据权利要求1所述的高压变频电源，其特征在于，所述光纤组包括多个光纤，所述中央处理单元通过所述多个光纤中的至少一个与各个所述线性变频单元相连接。

4.根据权利要求3所述的高压变频电源，其特征在于，所述中央处理单元通过两个光纤与各个所述线性变频单元相连接。

5.根据权利要求1所述的高压变频电源，其特征在于，所述微处理器为单片机或数字信号处理器DSP。

6.根据权利要求1所述的高压变频电源，其特征在于，所述中央处理单元还包括：用户接口模块，与所述微处理器相连接，用于接收用户输入的所述预定的正弦信号信息；

显示模块，与所述微处理器相连接，用于显示所述预定的正弦信号信息。

说明书

高压变频电源

技术领域

[0001] 本发明涉及仪器仪表领域，具体而言，涉及一种高压变频电源。

背景技术

[0002] 高精度、高稳定的高压变频电源一直是个世界性难题。目前，高压变频电源一般采用低压变频电源外接升压变压器的方式来实现。低压变频电源分为模拟变频电源和数字变频电源两种形式，模拟变频电源的输出功率管工作在线性状态通过调整功率管的阻抗来调节输出电压，数字变频电源其输出功率管工作在开关状态通过调整功率管的占空比来调节输出电压。模拟变频电源的调节精度高、稳定度好，输出交流电压的失真小，但是效率低。数字变频电源的效率很高，但是输出波形失真大，精度和稳定度都难以做到很高。由于输出功率管的耐压限制，因此不论是模拟变频电源还是数字变频电源都不能实现很高电压的输出。

[0003] 相关技术中，可以把多个输出功率管串联起来提高耐压。然而，如果串联的功率管只有两到三个还比较容易实现，但当串联的功率管多于三个时，功率管的不一致性就充分体现出来了，通常造成串联的功率管分压不均，从而大大影响了系统的可靠性。而且太多串联的功率管的隔离驱动无法实现，所以不能依靠无限制的串联功率管来输出任意高的电压。

[0004] 采用外接升压变压器的方案，虽然可以把电压抬升得很高，但是由于升压变压器的频率特性，限制了输出电压的频率。尤其是当输出50Hz以下的低频电压时升压变压器很容易饱和，所以无法通过升压变压器输出低频高电压。而随着电力电子设备尤其是变频设备大量使用，对0～50Hz的低频高电压需求迫切。市场迫切需要能够在变频范围尤其是工频以下范围输出高精度高稳定度交流高电压的电源。

发明内容

[0005] 针对相关技术中高压变频电源输出电压不够高，输出频率不够宽尤其是不能输出工频以下低频电压等问题，本发明提供了一种高压变频电源，以解决上述问题至少之一。

[0006] 根据本发明，提供了一种高压变频电源。

[0007] 根据本发明的高压变频电源包括：一一对应的电源变压器和线性变频单元，其中，各个电源变压器用于为与其对应的线性变频单元独立供电，各个线性变频单元均具有首尾两个输出端，各个线性变频单元之间的输出端依次首尾串连；中央处理单元，分别与各个线性变频单元相连接，用于对线性变频单元进行通信控制。

[0008] 通过本发明，采用电源变压器T1～Tn为n个线性变频单元C1～Cn分别隔离供电，将n个线性变频单元的输出A1、B1～An、Bn依次首尾相连。解决了相关技术中高压变频电源输出电压不够高，输出频率不够宽尤其是不能输出工频以下低频电压等问题，进而可以输出工频以下的低频电压，且输出电压的大小不受限制。

附图说明

[0009] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0010] 图1是根据本发明实施例的高压变频电源的电路原理图；

[0011] 图2是根据本发明优选实施例的中央处理单元的结构框图；

[0012] 图3是根据本发明优选实施例的线性变频单元的结构框图；

[0013] 图4是根据本发明实例的高压变频电源的电路原理图。

具体实施方式

[0014] 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0015] 图1是根据本发明实施例的高压变频电源的电路原理图。如图1所示，该高压变频电源包括：一一对应的电源变压器T1、T2、T3...Tn和线性变频单元C1、C2、C3...Cn(其中，电源变压器T1对应线性变频单元C1，电源变压器T2对应线性变频单元C2，电源变压器T3对应线性变频单元C3，...，电源变压器Tn对应线性变频单元Cn)；以及一个中央处理单元D。

[0016] 其中，各个电源变压器用于为与其对应的线性变频单元独立供电(例如，电源变压器T1对应的线性变频单元C1供电，电源变压器T2对应的线性变频单元C2供电，...，电源变压器Tn对应的线性变频单元Cn供电)，各个线性变频单元均具有首尾两个输出端(例如，线性变频单元C1的首输出端A1，尾输出端B1；线性变频单元C2的首输出端A2，尾输出端B2；...；线性变频单元Cn的首输出端An，尾输出端Bn)，各个线性变频单元之间的输出端依次首尾串连(例如，线性变频单元C1的尾输出端B1与线性变频单元C2的首输出端A2串连，线性变频单元C2的尾输出端B2与线性变频单元C3的首输出端A3串连，以此类推，直至线性变频单元C(n-1)的尾输出端B(n-1)与线性变频单元Cn的首输出端An串连)。

[0017] 上述中央处理单元D，分别与各个线性变频单元相连接，用于对线性变频单元C1、C2、C3...Cn进行通信控制。

[0018] 相关技术中，把多个输出功率管串联起来提高耐压，当串联的功率管多于三个时，功率管的不一致性就充分体现出来了，通常造成串联的功率管分压不均，从而大大影响了系统的可靠性，所以不能依靠无限制的串联功率管来输出任意高的电压。采用外接升压变压器的方案，虽然可以把电压抬升得很高，但是由于升压变压器的频率特性，限制了输出电压的频率。在如图1所示的高压变频电源中，将n个线性变频单元的输出A1、B1～An、Bn依次首尾相连，解决了相关技术中高压变频电源输出电压不够高，输出频率不够宽尤其是不能输出工频以下低频电压等问题，进而可以输出工频以下的低频电压，且输出电压的大小不受限制。

[0019] 优选地，各个电源变压器相互隔离。在具体实施过程中，通常采用隔离度较高的电源变压器为与其一一对应的线性变频单元独立供电，所以各个线性变频单元的输出之间彼此隔离，然后将n个线性变频单元的输出A1、B1～An、Bn首尾相连。中央处理单元D通过光纤组F与n个线性变频单元相连，对n个线性变频单元进行通讯控制，将同一个正弦基准信号的幅值、频率和相位信息发送给n个线性变频单元。所以n个线性变频单元输出同频同相等值的正弦电压，n个线性变频单元首尾相连后在A1Bn总的输出是各单元输出的线性叠加。

[0020] 通过上述处理，上述高频变频电源的输出电压大小不受限制，输出信号频率范围比较宽，尤其可以输出工频以下的低频频率，输出信号稳定性好、精度高、失真小，而且采用单元结构生产维护方便。

[0021] 优选地，上述中央处理单元D可以通过光纤组分别与各个线性变频单元C1、C2、C3...Cn相连接。

[0022] 其中，上述光纤组包括多个光纤，中央处理单元通过多个光纤中的至少一个与各个线性变频单元C1、C2、C3...Cn相连接。

[0023] 在优选实施过程中，中央处理单元D分别通过两个光纤与各个线性变频单元相连接。其中，一个光纤用于将来自中央处理单元D的信号传输至一个线性变频单元，另一个光纤用于将来自该线性变频单元的信号传输至中央处理单元D。具体可以参见图4。

[0024] 优选地，如图2所示，中央处理单元D可以进一步包括：微处理器20，用于获取预定的正弦信号信息，其中，正弦信号信息包括：幅值信息，频率信息，相位信息；第一光纤收发模块22，与微处理器相连接，用于将预定的正弦信号信息通过光纤组发送至各个线性变频单元，并将来自于各个线性变频单元的信息通过光纤组反馈至微处理器。

[0025] 优选地，微处理器D1可以为单片机或数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称为DSP)等通用微处理芯片，只要具备基本的计算和串行通讯功能即可。

[0026] 优选地，如图2所示，上述中央处理单元D还可以包括：用户接口模块24，与微处理器相连接，用于接收用户输入的上述预定的正弦信号信息；以及显示模块26，与微处理器相连接，用于显示上述预定的正弦信号信息。

[0027] 优选地，如图3所示，各个线性变频单元均可以包括：电源变换模块30，与电源变压器相连接，用于根据电源变压器的输出产生直流电压为线性功率放大模块供电；第二光纤收发模块32，用于通过光纤组接收来自于中央处理单元的预定的正弦信号信息，并发送至数字频率合成模块；数字频率合成模块34，与第二光纤收发模块相连接，用于将预定的正弦信号信息转换为与该正弦信号信息对应的正弦信号；线性功率放大模块36，与数字频率合成模块34相连接，用于对对应的正弦信号进行放大并输出。

[0028] 以下结合图4描述上述优选实施方式。

[0029] 图4是根据本发明实例的高压变频电源的电路原理图。如图4所示，T1～Tn表示具有绝缘强度较高的电源变压器，C1～Cn表示内部电路结构完全相同的线性变频单元，A1、B1、A2、B2～An、Bn是各个线性变频单元的两极输出，其中，图4中以n＝10为例进行说明。中央处理单元D可以由微处理器20、光纤收发模块22、显示模块26、用户接口模块24等构成，微处理器20的串行总线发送端TXD和接收端RXD分别连接光纤发送模块DT1～DT10和光纤接收模块DR1～DR10。线性变频单元通过光纤组F连接到中央处理单元D，每个线性变频单元通过至少一个光纤连接至中央处理单元D。本实例中，每个线性变频单元通过两根光纤连接到中央处理单元D，分别是F11、F12～F101、F102。

[0030] 本实例中，线性变频单元C1由电源变换模块30，数字频率合成模块34、线性功率放大模块36和光纤收发模块32(可以进一步包括：光纤接收模块UR1以及光纤发送模块UT1)等部分构成。其他线性变频单元(C2、C3...C10)的内部电路结构可以和线性变频单元C1完全相同，当然，在具体实施过程中，也可以采用具有线性变频功能的其他电路结构。

[0031] 图4所示的高压变频电源，由10个结构相同的线性变频单元C1～C10输出首尾串联得到。因此该高压变频电源可以输出线性变频单元输出电压的十倍电压。通过用户接口模块，用户可以向微处理器20输入预定输出电压的频率、幅值和相位等信息，并且可以通过显示模块26显示相关信息。

[0032] 在具体实施过程中，微处理器20可以采用单片机或DSP等通用微处理器芯片，只要具备基本的计算和串行通讯功能即可。微处理器20的串行总线发送端TXD和接收端RXD分别连接光纤发送模块DT1～DT10和光纤接收模块DR1～DR10，通过光纤组F向各个线性变频单元发送同一个输出电压的频率、幅值和相位信息。

[0033] 由于线性变频单元结构完全相同，以下仅以线性变频单元C1举例说明：T1隔离变压器输入为AC220V，输出双绕组连接到电源变换模块V1，产生±100V的直流电压。±100V的直流电压为线性功率放大模块36(例如，APEX公司的高压高速功率运算放大器PA78)供电。线性功率放大模块36的输入信号由数字频率合成模块34(例如，AD公司的AD9854)产生。数字频率合成模块34通过光纤收发模块32(UR1、UT1)连接到光纤通讯总线F11、F12上。通过光纤总线F11、F12与中央处理单元D相连。中央处理单元D把需要输出电压的频率、幅值和相位信息通过光纤总线F11、F12传递给数字频率合成模块34，数字频率合成模块34将接收到的数字信息转化成模拟信号，该模拟信号为上述频率信息、幅值信息和相位信息对应的正弦信号，线性功率放大模块36又将这个正弦信号进一步放大输出。于是线性变频单元C1就可以输出0～100V以内的规定频率和相位的正弦电压。将线性变频单元C1至C10首尾串联，即可输出0～1000V以内的规定频率和相位的正弦电压，而且输出正弦电压的失真度很低，带载能力也很强。

[0034] 从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：简化了高压变频电源的结构，只需简单串联相应数目的线性变频单元就可以输出任意高的电压，几乎没有最高电压限制，大大提高了产品的可靠性，降低了生产维护成本。由于变频电源输出没有变压器或滤波器，而是线性功放输出，所以输出波形品质好、失真低，频率范围宽、可以输出工频50Hz以下的超低频率，响应快、带载能力强，易于实现高精度高稳定的变频输出。在变频测试、变频计量等方面大有可为。

[0035] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

[0036] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。