專利名稱：串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源，尤其涉及一種串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源。
背景技術(shù)：
高壓SVG(即高壓靜止無功發(fā)生器)通過注入與補(bǔ)償電流大小相等、方向相反的電流，來實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償和高次諧波消除，從而能大大提高電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，是柔性輸電系統(tǒng)的重要裝置之一。現(xiàn)在高壓SVG占有了市場的主導(dǎo)地位，目前市面上大部分高壓SVG產(chǎn)品都采用模塊串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此，每個模塊的驅(qū)動電源設(shè)計(jì)是整個系統(tǒng)中重要的一部分，制作一種多路輸出的高壓高頻隔離電源是驅(qū)動電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前，解決高壓高頻隔離電源問題主要是采用原、副邊之間高壓絕緣的工頻變壓器進(jìn)行隔離。由于采用高壓絕緣的工頻變壓器，導(dǎo)致驅(qū)動電源體積龐大、價格昂貴，因此，尋找一種體積較小價、格便宜的隔離變壓器及與其適應(yīng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是高壓隔離電源研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種體積較小價、格便宜的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，其特征在于，包括整流及變換電路，首先將AC220V通過變壓器變換成ACMV，之后通過整流管將 AC24V變換成直流電，再將所述直流電變換成周期性交替的方波電壓，最后將所述方波電壓變換成高頻母線電壓；多路磁環(huán)變壓器，用于將所述高頻母線電壓變換成頻率相同的高頻電壓；多路整流穩(wěn)壓電路，與所述多路磁環(huán)變壓器的路數(shù)對應(yīng)，用于將所述高頻電壓進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓處理，然后輸出直流電壓；全橋驅(qū)動電路，用于控制所述整流及變換電路的輸出。本發(fā)明的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，所述整流及變換電路包括依次相連的降壓變壓器、整流器、逆變器，其中，降壓變壓器，用于將所述交流220V變換成交流24V ；整流器，用于將所述交流24V變換成直流28V ；逆變器，用于控制多路高頻開關(guān)器件將直流28V變成周期性交替的方波電壓；本發(fā)明的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，所述多路磁環(huán)變壓器的工作頻率設(shè)定為50KHz，其磁芯材料為高導(dǎo)磁率鐵氧磁芯。本發(fā)明的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，所述全橋驅(qū)動電路包括脈寬調(diào)制電路，用于發(fā)出兩路互補(bǔ)輸出的脈沖信號；兩路電源驅(qū)動器，用于接收所述脈寬調(diào)制電路輸出的兩路互補(bǔ)輸出的脈沖信號，產(chǎn)生四路互相隔離的驅(qū)動信號輸出控制所述多路高頻開關(guān)器件。本發(fā)明的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，所述多路高頻開關(guān)器件為四個P溝道耗盡型場效應(yīng)管Q1、Q2、Q3和Q4，其中，場效應(yīng)管Ql和場效應(yīng)管Q3的漏極與所述整流器的輸出端的正極相連，場效應(yīng)管Q2和場效應(yīng)管Q4的源極與所述整流器的輸出端的負(fù)極相連，場效應(yīng)管Q1、場效應(yīng)管Q2、場效應(yīng)管Q3和場效應(yīng)管Q4的柵極分別對應(yīng)接收所述兩路電源驅(qū)動器輸出的四路驅(qū)動信號，場效應(yīng)管Ql的源極和場效應(yīng)管Q2的漏極并接后與所述多路磁環(huán)變壓器的原邊的一端相連，場效應(yīng)管Q3的源極和場效應(yīng)管Q4的漏極并接后與所述多路磁環(huán)變壓器的原邊的另一端相連。本發(fā)明的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，所述脈寬調(diào)制電路包括型號為TL494的脈寬調(diào)制芯片及其外圍電路，每路所述電源驅(qū)動器包括型號為頂2110的電源驅(qū)動芯片及其外圍電路。本發(fā)明的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，每路所述電源驅(qū)動器的兩個輸出端之一接有一個自舉電路。本發(fā)明的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，所述多路整流穩(wěn)壓電路中每一路整流穩(wěn)壓電路包括橋式整流濾波電路、開關(guān)驅(qū)動電路和穩(wěn)壓電路，其中所述驅(qū)動電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、三端穩(wěn)壓芯片Zl、 二極管DlO和PNP型三極管Q5，電阻Rl的一端、電阻R2的一端、三端穩(wěn)壓芯片Zl的比較端連在一起，電阻Rl的另一端與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連、電阻R2的另一端與所述橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連，三端穩(wěn)壓芯片Zl的輸出端和二極管DlO 的輸出端并聯(lián)后通過電阻R3與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，三端穩(wěn)壓芯片Zl的輸入端與二極管DlO的輸入端均與所述橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連，三極管Q5的基極通過電阻R4與三端穩(wěn)壓芯片Zl的輸出端和二極管DlO的輸出端相連，三極管Q5的集電極與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，三極管Q5的發(fā)射極與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，三極管Q5的集電極通過電阻R5與所述橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連；所述穩(wěn)壓電路包括P溝道耗盡型場效應(yīng)管Q6、電容C5、電容C6和電阻R22，場效應(yīng)管Q6的柵極通過電阻R5與所述橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連，場效應(yīng)管Q6的漏極與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，場效應(yīng)管Q6的源極通過電阻R22與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，電容C5和電容C6與所述場效應(yīng)管Q6并連。本發(fā)明的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源包括整流及變換電路用于首先將AC220V通過變壓器變換成ACMV，之后通過整流管將AC24V變換成直流電，再將直流電變換成周期性交替的方波電壓，最后將方波電壓變換成高頻母線電壓；多路磁環(huán)變壓器用于將高頻母線電壓變換成頻率相同的高頻電壓；多路整流穩(wěn)壓電路用于將高頻電壓進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓處理，然后輸出直流電壓；全橋驅(qū)動電路用于控制整流及變換電路的輸出。由于采用了價格低廉、體積較小、效率較高的磁環(huán)變壓器，使得整個隔離電源的體積變小重量減輕。并且，采用磁環(huán)變壓器更容易實(shí)現(xiàn)原副邊高壓隔離，電壓隨輸出匝數(shù)的改變而改變，電壓容易控制，而且由于多路磁環(huán)變壓器串聯(lián)在母線上就會在副邊輸出電壓，因此更加適合電源輸出路數(shù)的增加。此外，由于多路整流穩(wěn)壓電路中各路的輸出電源獨(dú)立工作，一路損壞不會對其他路造成影響，可靠性高。


圖1為本發(fā)明一個實(shí)施例的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源的電路框圖；圖2為圖1中串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源的主回路部分的電路原理圖；圖3為圖1中串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源的全橋驅(qū)動電路部分的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述參考圖1所示，本實(shí)施例的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源包括由整流及變換電路1、多路磁環(huán)變壓器2和與多路磁環(huán)變壓器2的路數(shù)對應(yīng)的多路整流穩(wěn)壓電路 3構(gòu)成的主回路以及全橋驅(qū)動電路4。其中，整流及變換電路1用于首先將AC220V通過變壓器變換成ACMV，之后通過整流管將AC24V變換成直流電，再將直流電變換成周期性交替的方波電壓，最后將方波電壓變換成高頻母線電壓。多路磁環(huán)變壓器2用于將高頻母線電壓變換成頻率相同的高頻電壓，該多路磁環(huán)變壓器2的工作頻率設(shè)定在50kHz，因此必須選用工作頻率較高的磁芯材料，又由于方便做隔離每個磁環(huán)變壓器的原邊繞組僅有一匝，副邊電壓可以隨匝數(shù)的多少來調(diào)整，因此在設(shè)計(jì)中要選擇高導(dǎo)磁率的磁芯材料，而且磁環(huán)的磁路長度必須盡可能地短，截面積則要求盡可能地大，以獲得良好的電磁耦合效果，降低激磁電流。對于鐵氧體磁芯來說，磁導(dǎo)率越高，鐵芯能量傳遞效率越高，損耗主要由磁滯效應(yīng)引起，渦流損耗較小；對于非晶鐵芯，雖然具有較大的激磁電感，但由于非晶鐵心具有很低的電阻率，在開關(guān)頻率較高的情況下，渦流損耗較大，同等大小情況下，沒有高磁導(dǎo)率鐵氧體磁芯的效率高，因此多路磁環(huán)變壓器2的磁芯材料選為高導(dǎo)磁率鐵氧磁芯。多路整流穩(wěn)壓電路3與多路磁環(huán)變壓器2的路數(shù)對應(yīng)，用于將高頻電壓進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓處理，然后輸出直流電壓。全橋驅(qū)動電路4用于控制整流及變換電路的輸出。結(jié)合2所示，整流及變換電路1包括依次相連的降壓變壓器T7、型號為KBPC50的整流器Ul、由電容Cl和電容C2構(gòu)成的逆變器和由四個P溝道耗盡型場效應(yīng)管Ql、Q2、Q3和 Q4構(gòu)成的多路高頻開關(guān)器件。降壓變壓器用于將交流220V變換成交流24V ；整流器用于將交流24V變換成直流^V ；逆變器用于在多路高頻開關(guān)器件的控制下將直流28V變成周期性交替的方波電壓；多路高頻開關(guān)器件其通斷受控于全橋驅(qū)動電路。其中，場效應(yīng)管Ql和場效應(yīng)管Q3的漏極與整流器的輸出端的正極相連，場效應(yīng)管Q2和場效應(yīng)管Q4的源極與整流器的輸出端的負(fù)極相連，場效應(yīng)管Q1、場效應(yīng)管Q2、場效應(yīng)管Q3和場效應(yīng)管Q4的柵極分別對應(yīng)接收兩路電源驅(qū)動器輸出的四路驅(qū)動信號，場效應(yīng)管Ql的源極和場效應(yīng)管Q2的漏極并接后與多路磁環(huán)變壓器的原邊的一端相連，場效應(yīng)管Q3的源極和場效應(yīng)管Q4的漏極并接后與多路磁環(huán)變壓器的原邊的另一端相連。結(jié)合2所示，多路輸出電源實(shí)際輸出路數(shù)可以根據(jù)需要增加或減少，在2中多路磁環(huán)變壓器2內(nèi)設(shè)有6路磁環(huán)變壓器，則對應(yīng)的，多路整流穩(wěn)壓電路3也應(yīng)當(dāng)有6路，由于這6 路整流穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)相同，因此圖2中僅畫出一路，如圖2所示，每一路整流穩(wěn)壓電路包括橋式整流濾波電路、開關(guān)驅(qū)動電路和穩(wěn)壓電路。其中，驅(qū)動電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、型號為TL431的三端穩(wěn)壓芯片Z1、二極管DlO和PNP型三極管Q5， 電阻Rl的一端、電阻R2的一端、三端穩(wěn)壓芯片Zl的比較端連在一起，電阻Rl的另一端與橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連、電阻R2的另一端與橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連，三端穩(wěn)壓芯片Zl的輸出端和二極管DlO的輸出端并聯(lián)后通過電阻R3與橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，三端穩(wěn)壓芯片Zl的輸入端與二極管DlO的輸入端均與橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連，三極管Q5的基極通過電阻R4與三端穩(wěn)壓芯片Zl 的輸出端和二極管DlO的輸出端相連，三極管Q5的集電極與橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，三極管Q5的發(fā)射極與橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，三極管Q5的集電極通過電阻R5與橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連。而開關(guān)驅(qū)動電路則用于控制場效應(yīng)管Q6的通斷。穩(wěn)壓電路包括P溝道耗盡型場效應(yīng)管Q6、電容C5、電容C6和電阻R22。 其中，場效應(yīng)管Q6的柵極通過電阻R5與橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連，場效應(yīng)管 Q6的漏極與橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，場效應(yīng)管Q6的源極通過電阻R22與橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，電容C5和電容C6與場效應(yīng)管Q6并連。結(jié)合圖3所示，全橋驅(qū)動電路包括由型號為TL494的脈寬調(diào)制芯片及其外圍電路構(gòu)成的脈寬調(diào)制電路用于發(fā)出兩路互補(bǔ)輸出的脈沖信號。由兩個型號為頂2110的電源驅(qū)動芯片及其外圍電路構(gòu)成的兩路電源驅(qū)動器用于接收脈寬調(diào)制電路輸出的兩路互補(bǔ)輸出的脈沖信號，產(chǎn)生四路互相隔離的驅(qū)動信號輸出控制多路高頻開關(guān)器件，每路電源驅(qū)動器的兩個輸出端之一分別對應(yīng)接有一個自舉電路(如圖3中，自舉電路41和自舉電路42)，從而可使電源驅(qū)動器通過自舉電路生成自身的驅(qū)動電源，減少了驅(qū)動電源的數(shù)量，并且兼有光耦隔離體積小和電磁隔離速度快的優(yōu)點(diǎn)，在中小功率變換裝置中大量應(yīng)用。此外，在工作時，輸出電壓通過多路整流穩(wěn)壓電路3中電阻Rl和電阻R2進(jìn)行分壓，從而與脈寬調(diào)制芯片內(nèi)部的2. 5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，形成負(fù)反饋電路來調(diào)整輸出電壓的大小。以上的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，其特征在于，包括整流及變換電路，首先將AC220V通過變壓器變換成ACMV，之后通過整流管將AC24V變換成直流電，再將所述直流電變換成周期性交替的方波電壓，最后將所述方波電壓變換成高頻母線電壓；多路磁環(huán)變壓器，用于將所述高頻母線電壓變換成頻率相同的高頻電壓；多路整流穩(wěn)壓電路，與所述多路磁環(huán)變壓器的路數(shù)對應(yīng)，用于將所述高頻電壓進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓處理，然后輸出直流電壓；全橋驅(qū)動電路，用于控制所述整流及變換電路的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，其特征在于， 所述整流及變換電路包括依次相連的降壓變壓器、整流器、逆變器，其中，降壓變壓器，用于將所述交流220V變換成交流MV ；整流器，用于將所述交流24V變換成直流^V ；逆變器，用于控制多路高頻開關(guān)器件將直流28V變成周期性交替的方波電壓；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，其特征在于， 所述多路磁環(huán)變壓器的工作頻率設(shè)定為50KHz，其磁芯材料為高導(dǎo)磁率鐵氧磁芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，其特征在于， 所述全橋驅(qū)動電路包括脈寬調(diào)制電路，用于發(fā)出兩路互補(bǔ)輸出的脈沖信號；兩路電源驅(qū)動器，用于接收所述脈寬調(diào)制電路輸出的兩路互補(bǔ)輸出的脈沖信號，產(chǎn)生四路互相隔離的驅(qū)動信號，控制所述多路高頻開關(guān)器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，其特征在于， 所述多路高頻開關(guān)器件為四個P溝道耗盡型場效應(yīng)管Ql、Q2、Q3和Q4，其中，場效應(yīng)管Ql 和場效應(yīng)管Q3的漏極與所述整流器的輸出端的正極相連，場效應(yīng)管Q2和場效應(yīng)管Q4的源極與所述整流器的輸出端的負(fù)極相連，場效應(yīng)管Q1、場效應(yīng)管Q2、場效應(yīng)管Q3和場效應(yīng)管 Q4的柵極分別對應(yīng)接收所述兩路電源驅(qū)動器輸出的四路驅(qū)動信號，場效應(yīng)管Ql的源極和場效應(yīng)管Q2的漏極并接后與所述多路磁環(huán)變壓器的原邊的一端相連，場效應(yīng)管Q3的源極和場效應(yīng)管Q4的漏極并接后與所述多路磁環(huán)變壓器的原邊的另一端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，其特征在于， 所述脈寬調(diào)制電路包括型號為TL494的脈寬調(diào)制芯片及其外圍電路，每路所述電源驅(qū)動器包括型號為頂2110的電源驅(qū)動芯片及其外圍電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，其特征在于， 每路所述電源驅(qū)動器的兩個輸出端之一接有一個自舉電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，其特征在于， 所述多路整流穩(wěn)壓電路中每一路整流穩(wěn)壓電路包括橋式整流濾波電路、開關(guān)驅(qū)動電路和穩(wěn)壓電路，其中所述驅(qū)動電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、三端穩(wěn)壓芯片Z1、二極管DlO和PNP型三極管Q5，電阻Rl的一端、電阻R2的一端、三端穩(wěn)壓芯片Zl的比較端連在一起，電阻Rl的另一端與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連、電阻R2的另一端與所述橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連，三端穩(wěn)壓芯片Zl的輸出端和二極管DlO的輸出端并聯(lián)后通過電阻R3與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，三端穩(wěn)壓芯片Zl 的輸入端與二極管DlO的輸入端均與所述橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連，三極管 Q5的基極通過電阻R4與三端穩(wěn)壓芯片Zl的輸出端和二極管DlO的輸出端相連，三極管Q5 的集電極與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，三極管Q5的發(fā)射極與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，三極管Q5的集電極通過電阻R5與所述橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連；所述穩(wěn)壓電路包括P溝道耗盡型場效應(yīng)管Q6、電容C5、電容C6和電阻R22，場效應(yīng)管 Q6的柵極通過電阻R5與所述橋式整流濾波電路的輸出端的負(fù)極相連，場效應(yīng)管Q6的漏極與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，場效應(yīng)管Q6的源極通過電阻R22與所述橋式整流濾波電路的輸出端的正極相連，電容C5和電容C6與所述場效應(yīng)管Q6并連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串聯(lián)母線型多路直流輸出高壓高頻隔離電源，該裝置包括整流及變換電路、多路磁環(huán)變壓器、多路整流穩(wěn)壓電路、全橋驅(qū)動電路。在整流及變換電路中，首先將AC220V通過變壓器變換成AC24V，之后通過整流管將AC24V變換成直流電，再將直流電變換成周期性交替的方波電壓，最后將方波電壓變換成高頻母線電壓；多路磁環(huán)變壓器用于將高頻母線電壓變換成頻率相同的高頻電壓；多路整流穩(wěn)壓電路用于將高頻電壓進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓處理，然后輸出直流電壓；全橋驅(qū)動電路用于控制整流及變換電路的輸出。該裝置價格低廉、體積較小、容易實(shí)現(xiàn)原副邊高壓隔離、可輸出多路電源、可靠性高。
文檔編號H02M5/458GK102291010SQ201110226079
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者萬道金, 周娜娜, 閆炳均 申請人:山東藍(lán)天電能科技有限公司