[發明專利]一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置

有效

• 申請號: 201611247102.9
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106877701B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 章建峰;王文彬;陳清;林巍;戴君煜;王一帆;張雙刀;顧思琪
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七〇四研究所
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M7/10;H02M3/158;H02M1/42
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 郭國中

本發明公開了一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，包括單相PFC功率單元、雙管正激DC?DC功率變換單元、高頻變壓器、倍壓整流功率單元、基于ARM的監控單元，能夠產生可整定、限電壓、限電流的10kV直流高壓輸出以凈化空氣，同時滿負荷工作時三相輸入電源的功率因數可達0.99以上，有效地降低了網側輸入無功損耗及諧波干擾；當高壓負載側發生短路時，該高壓電源裝置能夠在微秒級時間內自動切斷保護，并在短路故障消失后自動重啟。此外，該高壓電源裝置亦能夠對各功率單元的運行狀態進行實時監測，并通過CAN網絡向上級監控系統傳輸運行參數、故障信息等，同時接收上級監控系統發送的開關命令。

技術領域

本發明涉及船用單相220V輸入高壓靜電凈化電源技術領域，具體是一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置。

背景技術

船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，是一種新穎的智能化高壓電源裝置，具有高輸入功率因數、高功率密度、無低頻噪聲、電磁干擾小、可靠性高、便于計算機遠程控制等優越性能。

船舶單相220V輸入高壓靜電凈化領域目前仍主要采用變壓器低頻升壓整流、高頻不控整流等傳統電源技術，雖然技術成熟，但體積重量較大，功率密度低，低頻噪聲較大，網側功率因數較低，對電網污染嚴重，且不適應船舶電氣智能化發展的需求。因此，研制高性能、智能化、“綠色”船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置勢在必行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，用于替代變壓器低頻升壓整流、高頻不控整流等傳統高壓電源裝置，以實現船舶單相220V輸入高壓靜電凈化領域高功率因數、高性能、智能化的發展需求。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，包括單相PFC功率單元、雙管正激DC-DC功率變換單元、高頻變壓器、倍壓整流功率單元、基于ARM的監控單元；

所述單相PFC功率單元，用于將220V單相輸入電源變換成穩定的直流400V電源輸出，供后級雙管正激DC-DC功率變換單元使用，同時使220V網側電源的輸入功率因數達0.99以上，有效降低網側輸入無功損耗及諧波干擾；

所述雙管正激DC-DC功率變換單元，用于將前級單相PFC功率單元輸出直流400V電源變換成高頻功率脈沖波，供高頻變壓器升壓使用；采用碳化硅功率元件的該功率變換單元，是目前船用領域中小功率等級DC-DC隔離變換綜合性能最優、最新穎的電路結構之一。

所述高頻變壓器，用于將雙管正激DC-DC功率變換單元輸出的高頻功率脈沖波升壓至1.7kV左右的高頻脈沖波，供后級倍壓整流功率單元倍壓使用；

所述倍壓整流功率單元，用于將高頻變壓器輸出的1.7kV左右的高頻脈沖波倍壓整流成10kV直流電壓，供高壓空氣凈化使用。

所述基于ARM的監控單元，用于對各功率組成單元的運行狀態進行實時監測，并通過CAN網絡向上級監控系統傳輸運行參數、故障信息，同時接收上級監控系統向該高壓電源裝置發送的開關命令。

其中，所述單相PFC功率單元由一個Boost高頻電感、六個功率二極管、一個碳化硅高頻功率管及控制電路組成；控制電路采用ICE3PCS系列專用集成控制芯片進行PWM脈寬信號的產生和調理，其無需直接來自交流電源的正弦波參考信號，采用電流平均值控制方法，使得功率因數可以達到0.99。

其中，所述雙管正激DC-DC功率變換單元由兩個碳化硅高頻功率管、兩個碳化硅快恢復二極管、RCD緩沖電路及控制電路構成；控制電路設計成基于電流型PWM控制芯片UC1845的恒流恒壓雙閉環控制模式；電路采集電流反饋信號和電壓反饋信號進行PI調節，兩個控制環的輸出控制信號同時輸入到UC1845的COMP腳，實現兩路控制信號的低有效；采樣元件將流經高頻功率管的瞬時電流信號輸入到UC1845的ISENSE腳，同時電路設計成軟啟動功能。