[發明專利]一種數字化高壓直流電源

有效

• 申請號: 200710099498.1
• 申請日: 2007-05-23
• 公開（公告）號: CN101127484A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 嚴萍;張春林;高迎慧;袁偉群
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M3/335;H02M1/08;H02M1/14;H02M7/5387;H02M7/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 關玲;李新華

1.一種數字化高壓直流電源，其特征在于：包括功率主電路，基于DSP的數字化控制電路和基于PC機的上位機控制程序；功率主電路包括三相整流單元[1]、軟啟動單元[2]、濾波單元[3]、諧振逆變單元[4]、高頻高壓變壓器[5]、倍壓電路[6]、二級分壓器[7]；基于DSP的數字化控制電路包括IPM驅動信號接口電路、高壓反饋單元、諧振過流保護單元、軟啟動電路、串行通訊接口電路；功率主電路的三相整流單元[1]、軟啟動單元[2]、濾波單元[3]、諧振逆變單元[4]、高頻高壓變壓器[5]、倍壓電路[6]之間按輸入/輸出依次串接，二級分壓器[7]跨接倍壓電路的高壓輸出端和大地之間；基于DSP的數字化控制電路的軟啟動電路控制接口和驅動信號接口分別接軟啟動單元[2]的控制端和諧振逆變單元[4]的控制端；高壓反饋單元的輸入為二級分壓器的取樣輸出，輸出通過光纖接DSP的反饋輸入腳；諧振過流保護單元檢測端接諧振回路的Rogowski檢測線圈[8]，輸出接DSP的AD輸入口；基于PC機的上位機控制程序通過RS232串口與基于DSP的數字化控制電路相接通訊；工頻電網電壓經三相整流電路[1]、軟啟動電路[2]和濾波單元[3]后得到平滑的直流作為母線電壓；然后經過諧振逆變電路[4]得到高頻的準正弦交流電，該輸出電壓接高頻高壓變壓器[5]，得到高頻(20kHz)高壓正弦電壓，再由倍壓電路[6]倍壓后得到低脈動高壓直流作為輸出；基于DSP的數字化控制電路根據二級分壓器[7]取樣的反饋電壓計算諧振逆變單元[4]的前后橋臂相位差來控制輸出電壓，得到0-100kV的任意調節的高壓輸出；基于PC機的上位機控制程序通過RS232串口控制DSP，從而控制整個電源裝置的工作。

2.按照權利要求1所述的數字化高壓直流電源，其特征在于所述的功率主電路的三相整流單元[1]由六只二極管連接成全波整流電路；軟啟動單元[2]由一個限流電阻R0和一個固態繼電器T0并聯組成；濾波單元[3]由濾波電容C0和放電電阻R0并聯組成；諧振逆變單元[4]由兩只雙單元功率模塊IPM連接成全橋結構，諧振回路由諧振電感Lr和諧振電容Cr串聯組成；倍壓電路[6]由4只高壓電容和4只高壓硅堆組成4倍壓結構；二級分壓器[7]由高壓臂電阻和低壓臂電阻組成，其中低壓臂電阻又分出第二級分壓器，同樣由高低壓臂電阻組成。

3.按照權利要求2所述的數字化高壓直流電源，其特征在于所述的諧振逆變單元[4]中，由諧振電感Lr和諧振電容Cr串聯組成的諧振回路的諧振頻率低于開關頻率；通過控制前后橋臂的相位差，得到準正弦高頻交流電壓，Cr接高頻高壓變壓器[5]，得到高頻高壓正弦電壓，再由倍壓電路[6]倍壓后得到低脈動高壓直流作為輸出，二級分壓器7取樣輸出電壓做反饋閉環，穩定輸出。

4.按照權利要求1所述的數字化高壓直流電源裝置，其特征在于所述的基于DSP的數字化控制電路的高壓反饋單元，電壓信號由二級分壓器[7]取樣，進入壓頻轉換芯片AD652；壓頻轉換芯片AD652將反饋電壓轉成頻率信號，由HFBR-1521轉成光信號傳輸，接收端由HFBR-2521轉成電信號進DSP的TCLKINB引腳，通過定時計脈沖數的方式計算反饋電壓。

5.按照權利要求1所述的數字化高壓直流電源裝置，其特征在于基于DSP的數字化控制電路的IPM驅動信號接口電路中，DSP的PWM發出引腳經過LVTH245緩沖后經限流電阻R3接快速光耦HCPL4504的2、3腳，驅動光耦的通斷，J3經濾波電容穩壓后作為驅動電源；J13插IPM的驅動管腳，其中5腳為故障信號腳，當IPM內部故障檢測電路檢測到過流、短路、欠壓或者過熱等故障時，產生一個脈寬為1.8ms的脈沖信號Fo，此信號由低速光耦PC817隔離，輸出接DSP的PDPINTA管腳，程序上設置為當連續產生3個Fo故障信號時認為是真實故障，DSP停止輸出PWM驅動并置高阻，系統停機，而不采用故障中斷保護，以防止干擾誤動作。

6.按照權利要求1所述的數字化高壓直流電源裝置，其特征在于系統上電時，三相整流得到的540V電壓將直接加在濾波電容兩端，為限制大電流，通過一330Ω/100W的功率電阻給電容充電，當穩定時由DSP的IO口發出高電平控制信號，經三極管驅動放大后觸發固態繼電器，短接電阻，實現軟啟動。