[發(fā)明專(zhuān)利]模塊化結(jié)構(gòu)的大功率高壓開(kāi)關(guān)直流電源

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610113231.2
• 申請(qǐng)日: 2016-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105553302A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭可;郭啟明;邵添;吳思聰;李蔚霞;劉緒紅;蘆飛;雷佳豪;陳源;顏建強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南師范大學(xué);湖南陽(yáng)東磁電股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02M7/217
• 分類(lèi)號(hào): H02M7/217;H02M7/06;H02M3/335;H02M1/32;H02M1/14;H02H7/125
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模塊化結(jié)構(gòu)的大功率高壓開(kāi)關(guān)直流電源的實(shí)現(xiàn)方法，該電源主要應(yīng)用于 需要高壓直流驅(qū)動(dòng)的大功率工業(yè)磁控管等相關(guān)設(shè)備中，尤其是需要供給高壓大電流，并長(zhǎng)時(shí) 間運(yùn)行的微波加熱及燒結(jié)設(shè)備。

背景技術(shù)

在陶瓷燒結(jié)、化工萃取、航天航空等工業(yè)應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)大功率磁控管陽(yáng)極工作的直流電 源需要有較高的輸出電壓和較大的輸出功率。傳統(tǒng)方法多采用工頻變壓器產(chǎn)生高壓輸出，這 種電源結(jié)構(gòu)不僅體積龐大、制造困難、成本較高，而且損耗比較嚴(yán)重、降低了電源工作效率。 直流開(kāi)關(guān)電源由于能夠極大減少電源的體積，顯著提高工作效率，且其數(shù)字化的可調(diào)控性能 更好，目前已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但由于器件所受耐受電壓、耐受電流和高頻變壓器 絕緣及散熱性能的限制，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的單個(gè)開(kāi)關(guān)直流電源無(wú)法實(shí)現(xiàn)所需的10kV電壓以上、且 功率10kW以上的輸出等級(jí)。若簡(jiǎn)單地將多個(gè)開(kāi)關(guān)電源串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)，則需要分別對(duì)每個(gè) 電源進(jìn)行獨(dú)立控制且還需整體的同步控制，這不僅增加了系統(tǒng)控制端的實(shí)現(xiàn)難度，增加了硬 件開(kāi)銷(xiāo)及成本，而且還存在難于實(shí)現(xiàn)精確同步控制、易于產(chǎn)生諧振及分流等問(wèn)題。

針對(duì)上述情況，本發(fā)明提出了一種模塊化結(jié)構(gòu)的大功率高壓開(kāi)關(guān)直流電源的實(shí)現(xiàn)方法。 通過(guò)采用以單輸出模塊閉環(huán)為基準(zhǔn)、多輸出模塊跟隨的控制結(jié)構(gòu)，并結(jié)合由多個(gè)輸出模塊構(gòu) 成的串聯(lián)、并聯(lián)或多組串并聯(lián)組合的輸出陣列結(jié)構(gòu)，能夠較好解決傳統(tǒng)方案中控制方式復(fù)雜、 開(kāi)關(guān)器件耐壓和過(guò)流要求高、變壓器絕緣及散熱實(shí)現(xiàn)困難、整體系統(tǒng)穩(wěn)定性差等一系列問(wèn)題， 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的大功率高壓開(kāi)關(guān)直流電源能夠?qū)崿F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)等復(fù)雜、高溫環(huán)境下的長(zhǎng)時(shí)間 穩(wěn)定工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種模塊化結(jié)構(gòu)的大功率高壓開(kāi)關(guān)直流電源的實(shí)現(xiàn)方法，它由輸入整流濾 波模塊、移相全橋調(diào)控模塊、信號(hào)采樣及調(diào)理模塊、輸出模塊陣列以及反饋控制模塊組成。 所述電源的所有輸出模塊均依照2500V/3A進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)、參數(shù)完全一致，并 且采用了以單輸出模塊閉環(huán)為基準(zhǔn)、多輸出模塊跟隨的控制結(jié)構(gòu)，即輸入整流濾波、移相全 橋調(diào)控、信號(hào)采樣及調(diào)理、反饋控制等模塊都只有一個(gè)，而輸出模塊為多個(gè)且形成串聯(lián)、并 聯(lián)或多組串并聯(lián)組合的輸出陣列結(jié)構(gòu)，但輸出信號(hào)僅從一個(gè)作為基準(zhǔn)的輸出模塊采樣獲得； 因而降低了傳感采樣和控制調(diào)節(jié)的復(fù)雜度、以及整流、變壓等硬件的性能要求與實(shí)現(xiàn)難度。 同時(shí)，通過(guò)在各個(gè)散熱敏感區(qū)安裝能閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的分布式獨(dú)立控制節(jié)點(diǎn)，并將各 獨(dú)立控制節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的超溫信號(hào)以線與方式產(chǎn)生整個(gè)電源的溫控?cái)嚯姳Ｗo(hù)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了分 布式的局部散熱自動(dòng)調(diào)節(jié)及整體線與結(jié)構(gòu)的限溫保護(hù)功能。

為了達(dá)到以上所述目的，本發(fā)明所提出的大功率高壓開(kāi)關(guān)直流電源實(shí)現(xiàn)方案的技術(shù)特征 如下：

1.根據(jù)本發(fā)明所述的大功率高壓開(kāi)關(guān)直流電源是由輸入整流濾波模塊、移相全橋調(diào)控模 塊、信號(hào)采樣及調(diào)理模塊、輸出模塊陣列以及反饋控制模塊組成；

所述輸入整流濾波模塊由一個(gè)三相或單相整流電路、一個(gè)濾波網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)功率因數(shù)校正 電路組成；

所述移相全橋調(diào)控模塊為由全控型開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的移相全橋及其保護(hù)電路，通過(guò)加在開(kāi)關(guān) 管柵極上的PWM信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)超前與滯后臂之間的開(kāi)啟重疊時(shí)間，進(jìn)而控制輸出電壓的幅值；

所述信號(hào)采樣及調(diào)理模塊包括輸入電壓采樣及調(diào)理電路、輸出電流采樣及調(diào)理電路、輸 出電壓采樣及調(diào)理電路、過(guò)電壓采樣及調(diào)理電路、熱敏電阻采樣及調(diào)理電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)反饋 控制模塊所需的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、保護(hù)信號(hào)進(jìn)行采樣及其相應(yīng)調(diào)理；

所述輸出模塊陣列是由多個(gè)參數(shù)一致的輸出模塊通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)或多組串并聯(lián)組合后而 形成的輸出陣列，且所述單個(gè)輸出模塊是由高頻變壓器、高壓整流濾波電路、RCD吸收電路 以及硬件保護(hù)電路構(gòu)成；

所述反饋控制模塊在接收到采樣信號(hào)后，通過(guò)與設(shè)定的電壓、電流、功率值進(jìn)行比較和 運(yùn)算，最終輸出對(duì)應(yīng)的PWM調(diào)控信號(hào)至移相全橋調(diào)控模塊以調(diào)節(jié)電源的輸出值，它主要包 括內(nèi)部控制處理器、按鍵輸入接口、通訊接口、顯示接口。

2.根據(jù)本發(fā)明所述的大功率高壓開(kāi)關(guān)直流電源，所述輸出模塊陣列是依據(jù)負(fù)載需求的電 壓等級(jí)選擇所串聯(lián)的輸出模塊數(shù)量，并依據(jù)負(fù)載需求的電流等級(jí)選擇所并聯(lián)的輸出模塊組數(shù)， 進(jìn)而通過(guò)構(gòu)成串并聯(lián)混合模式的矩陣結(jié)構(gòu)以滿足整體系統(tǒng)的電壓和電流等級(jí)要求；所述輸出 模塊陣列中的全部輸出模塊的電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)、電氣性能均完全相同，以保證所有輸出 模塊的電氣一致性和對(duì)稱(chēng)性。