專利名稱：高壓變頻電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及儀器儀表領(lǐng)域，具體而言，涉及一種高壓變頻電源。
背景技術(shù)：
高精度、高穩(wěn)定的高壓變頻電源一直是個世界性難題。目前，高壓變頻電源一般采用低壓變頻電源外接升壓變壓器的方式來實現(xiàn)。低壓變頻電源分為模擬變頻電源和數(shù)字變頻電源兩種形式，模擬變頻電源的輸出功率管工作在線性狀態(tài)通過調(diào)整功率管的阻抗來調(diào)節(jié)輸出電壓，數(shù)字變頻電源其輸出功率管工作在開關(guān)狀態(tài)通過調(diào)整功率管的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓。模擬變頻電源的調(diào)節(jié)精度高、穩(wěn)定度好，輸出交流電壓的失真小，但是效率低。 數(shù)字變頻電源的效率很高，但是輸出波形失真大，精度和穩(wěn)定度都難以做到很高。由于輸出功率管的耐壓限制，因此不論是模擬變頻電源還是數(shù)字變頻電源都不能實現(xiàn)很高電壓的輸出ο相關(guān)技術(shù)中，可以把多個輸出功率管串聯(lián)起來提高耐壓。然而，如果串聯(lián)的功率管只有兩到三個還比較容易實現(xiàn)，但當串聯(lián)的功率管多于三個時，功率管的不一致性就充分體現(xiàn)出來了，通常造成串聯(lián)的功率管分壓不均，從而大大影響了系統(tǒng)的可靠性。而且太多串聯(lián)的功率管的隔離驅(qū)動無法實現(xiàn)，所以不能依靠無限制的串聯(lián)功率管來輸出任意高的電壓。采用外接升壓變壓器的方案，雖然可以把電壓抬升得很高，但是由于升壓變壓器的頻率特性，限制了輸出電壓的頻率。尤其是當輸出50Hz以下的低頻電壓時升壓變壓器很容易飽和，所以無法通過升壓變壓器輸出低頻高電壓。而隨著電力電子設(shè)備尤其是變頻設(shè)備大量使用，對0 50Hz的低頻高電壓需求迫切。市場迫切需要能夠在變頻范圍尤其是工頻以下范圍輸出高精度高穩(wěn)定度交流高電壓的電源。

實用新型內(nèi)容針對相關(guān)技術(shù)中高壓變頻電源輸出電壓不夠高，輸出頻率不夠?qū)捰绕涫遣荒茌敵龉ゎl以下低頻電壓等問題，本實用新型提供了一種高壓變頻電源，以解決上述問題至少之
ο根據(jù)本實用新型，提供了一種高壓變頻電源。根據(jù)本實用新型的高壓變頻電源包括一一對應的電源變壓器和線性變頻單元， 其中，各個電源變壓器用于為與其對應的線性變頻單元獨立供電，各個線性變頻單元均具有首尾兩個輸出端，各個線性變頻單元之間的輸出端依次首尾串連；中央處理單元，分別與各個線性變頻單元相連接，用于對線性變頻單元進行通信控制。通過本實用新型，采用電源變壓器Tl Tn為η個線性變頻單元Cl Cn分別隔離供電，將η個線性變頻單元的輸出Α1、Β1 Αη、&ι依次首尾相連。解決了相關(guān)技術(shù)中高壓變頻電源輸出電壓不夠高，輸出頻率不夠?qū)捰绕涫遣荒茌敵龉ゎl以下低頻電壓等問題， 進而可以輸出工頻以下的低頻電壓，且輸出電壓的大小不受限制。
此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分， 本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中圖1是根據(jù)本實用新型實施例的高壓變頻電源的電路原理圖；圖2是根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例的中央處理單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例的線性變頻單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是根據(jù)本實用新型實例的高壓變頻電源的電路原理圖。
具體實施方式
下文中將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本實用新型。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。圖1是根據(jù)本實用新型實施例的高壓變頻電源的電路原理圖。如圖1所示，該高壓變頻電源包括一一對應的電源變壓器T1、T2、T3. . . Tn和線性變頻單元C1、C2、C3. . . Cn (其中，電源變壓器Tl對應線性變頻單元Cl，電源變壓器T2對應線性變頻單元C2，電源變壓器 T3對應線性變頻單元C3，...，電源變壓器Tn對應線性變頻單元Cn)；以及一個中央處理單元D0其中，各個電源變壓器用于為與其對應的線性變頻單元獨立供電(例如，電源變壓器Tl對應的線性變頻單元Cl供電，電源變壓器T2對應的線性變頻單元C2供電，...，電源變壓器Tn對應的線性變頻單元Cn供電)，各個線性變頻單元均具有首尾兩個輸出端(例如，線性變頻單元Cl的首輸出端Al，尾輸出端Bl ；線性變頻單元C2的首輸出端A2，尾輸出端B2 ..；線性變頻單元Cn的首輸出端An，尾輸出端&ι)，各個線性變頻單元之間的輸出端依次首尾串連(例如，線性變頻單元Cl的尾輸出端Bl與線性變頻單元C2的首輸出端A2 串連，線性變頻單元C2的尾輸出端B2與線性變頻單元C3的首輸出端A3串連，以此類推， 直至線性變頻單元C (n-1)的尾輸出端B(n-l)與線性變頻單元Cn的首輸出端An串連)。上述中央處理單元D，分別與各個線性變頻單元相連接，用于對線性變頻單元Cl、 C2、C3. ..Cn進行通信控制。相關(guān)技術(shù)中，把多個輸出功率管串聯(lián)起來提高耐壓，當串聯(lián)的功率管多于三個時， 功率管的不一致性就充分體現(xiàn)出來了，通常造成串聯(lián)的功率管分壓不均，從而大大影響了系統(tǒng)的可靠性，所以不能依靠無限制的串聯(lián)功率管來輸出任意高的電壓。采用外接升壓變壓器的方案，雖然可以把電壓抬升得很高，但是由于升壓變壓器的頻率特性，限制了輸出電壓的頻率。在如圖1所示的高壓變頻電源中，將η個線性變頻單元的輸出Al、Bl An、Bn 依次首尾相連，解決了相關(guān)技術(shù)中高壓變頻電源輸出電壓不夠高，輸出頻率不夠?qū)捰绕涫遣荒茌敵龉ゎl以下低頻電壓等問題，進而可以輸出工頻以下的低頻電壓，且輸出電壓的大小不受限制。優(yōu)選地，各個電源變壓器相互隔離。在具體實施過程中，通常采用隔離度較高的電源變壓器為與其一一對應的線性變頻單元獨立供電，所以各個線性變頻單元的輸出之間彼此隔離，然后將η個線性變頻單元的輸出Al、Bl An、Bn首尾相連。中央處理單元D通過光纖組F與η個線性變頻單元相連，對η個線性變頻單元進行通訊控制，將同一個正弦基準信號的幅值、頻率和相位信息發(fā)送給η個線性變頻單元。所以η個線性變頻單元輸出同頻同相等值的正弦電壓，η個線性變頻單元首尾相連后在Al&i總的輸出是各單元輸出的線性疊加。通過上述處理，上述高頻變頻電源的輸出電壓大小不受限制，輸出信號頻率范圍比較寬，尤其可以輸出工頻以下的低頻頻率，輸出信號穩(wěn)定性好、精度高、失真小，而且采用單元結(jié)構(gòu)生產(chǎn)維護方便。優(yōu)選地，上述中央處理單元D可以通過光纖組分別與各個線性變頻單元Cl、C2、 C3... Cn相連接。其中，上述光纖組包括多個光纖，中央處理單元通過多個光纖中的至少一個與各個線性變頻單元Cl、C2、C3. . . Cn相連接。在優(yōu)選實施過程中，中央處理單元D分別通過兩個光纖與各個線性變頻單元相連接。其中，一個光纖用于將來自中央處理單元D的信號傳輸至一個線性變頻單元，另一個光纖用于將來自該線性變頻單元的信號傳輸至中央處理單元D。具體可以參見圖4。優(yōu)選地，如圖2所示，中央處理單元D可以進一步包括微處理器20，用于獲取預定的正弦信號信息，其中，正弦信號信息包括幅值信息，頻率信息，相位信息；第一光纖收發(fā)模塊22，與微處理器相連接，用于將預定的正弦信號信息通過光纖組發(fā)送至各個線性變頻單元，并將來自于各個線性變頻單元的信息通過光纖組反饋至微處理器。優(yōu)選地，微處理器Dl可以為單片機或數(shù)字信號處理器(Digital Signal ft~OCeSSOr，簡稱為DSP)等通用微處理芯片，只要具備基本的計算和串行通訊功能即可。優(yōu)選地，如圖2所示，上述中央處理單元D還可以包括用戶接口模塊對，與微處理器相連接，用于接收用戶輸入的上述預定的正弦信號信息；以及顯示模塊沈，與微處理器相連接，用于顯示上述預定的正弦信號信息。優(yōu)選地，如圖3所示，各個線性變頻單元均可以包括電源變換模塊30，與電源變壓器相連接，用于根據(jù)電源變壓器的輸出產(chǎn)生直流電壓為線性功率放大模塊供電；第二光纖收發(fā)模塊32，用于通過光纖組接收來自于中央處理單元的預定的正弦信號信息，并發(fā)送至數(shù)字頻率合成模塊；數(shù)字頻率合成模塊34，與第二光纖收發(fā)模塊相連接，用于將預定的正弦信號信息轉(zhuǎn)換為與該正弦信號信息對應的正弦信號；線性功率放大模塊36，與數(shù)字頻率合成模塊34相連接，用于對對應的正弦信號進行放大并輸出。以下結(jié)合圖4描述上述優(yōu)選實施方式。圖4是根據(jù)本實用新型實例的高壓變頻電源的電路原理圖。如圖4所示，Tl Tn 表示具有絕緣強度較高的電源變壓器，Cl Cn表示內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)完全相同的線性變頻單元，Al、Bi、A2、B2 An、Bn是各個線性變頻單元的兩極輸出，其中，圖4中以η = 10為例進行說明。中央處理單元D可以由微處理器20、光纖收發(fā)模塊22、顯示模塊沈、用戶接口模塊M等構(gòu)成，微處理器20的串行總線發(fā)送端T)(D和接收端RXD分別連接光纖發(fā)送模塊 DTl DTlO和光纖接收模塊DRl DR10。線性變頻單元通過光纖組F連接到中央處理單元D，每個線性變頻單元通過至少一個光纖連接至中央處理單元D。本實例中，每個線性變頻單元通過兩根光纖連接到中央處理單元D，分別是Fll、F12 F101、F102。本實例中，線性變頻單元Cl由電源變換模塊30，數(shù)字頻率合成模塊34、線性功率放大模塊36和光纖收發(fā)模塊32 (可以進一步包括光纖接收模塊URl以及光纖發(fā)送模塊 UTl)等部分構(gòu)成。其他線性變頻單元(C2、C3...C10)的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可以和線性變頻單元Cl完全相同，當然，在具體實施過程中，也可以采用具有線性變頻功能的其他電路結(jié)構(gòu)。圖4所示的高壓變頻電源，由10個結(jié)構(gòu)相同的線性變頻單元Cl ClO輸出首尾串聯(lián)得到。因此該高壓變頻電源可以輸出線性變頻單元輸出電壓的十倍電壓。通過用戶接口模塊，用戶可以向微處理器20輸入預定輸出電壓的頻率、幅值和相位等信息，并且可以通過顯示模塊沈顯示相關(guān)信息。在具體實施過程中，微處理器20可以采用單片機或DSP等通用微處理器芯片，只要具備基本的計算和串行通訊功能即可。微處理器20的串行總線發(fā)送端T)(D和接收端RXD 分別連接光纖發(fā)送模塊DTl DTlO和光纖接收模塊DRl DR10，通過光纖組F向各個線性變頻單元發(fā)送同一個輸出電壓的頻率、幅值和相位信息。由于線性變頻單元結(jié)構(gòu)完全相同，以下僅以線性變頻單元Cl舉例說明T1隔離變壓器輸入為AC220V，輸出雙繞組連接到電源變換模塊VI，產(chǎn)生士 100V的直流電壓。士 100V 的直流電壓為線性功率放大模塊36 (例如，APEX公司的高壓高速功率運算放大器PA78)供電。線性功率放大模塊36的輸入信號由數(shù)字頻率合成模塊34(例如，AD公司的AD9854)產(chǎn)生。數(shù)字頻率合成模塊34通過光纖收發(fā)模塊32 (URl、UTl)連接到光纖通訊總線Fll、F12 上。通過光纖總線F11、F12與中央處理單元D相連。中央處理單元D把需要輸出電壓的頻率、幅值和相位信息通過光纖總線Fl 1、F12傳遞給數(shù)字頻率合成模塊34，數(shù)字頻率合成模塊；34將接收到的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化成模擬信號，該模擬信號為上述頻率信息、幅值信息和相位信息對應的正弦信號，線性功率放大模塊36又將這個正弦信號進一步放大輸出。于是線性變頻單元Cl就可以輸出0 100V以內(nèi)的規(guī)定頻率和相位的正弦電壓。將線性變頻單元Cl 至ClO首尾串聯(lián)，即可輸出0 1000V以內(nèi)的規(guī)定頻率和相位的正弦電壓，而且輸出正弦電壓的失真度很低，帶載能力也很強。從以上的描述中，可以看出，本實用新型實現(xiàn)了如下技術(shù)效果簡化了高壓變頻電源的結(jié)構(gòu)，只需簡單串聯(lián)相應數(shù)目的線性變頻單元就可以輸出任意高的電壓，幾乎沒有最高電壓限制，大大提高了產(chǎn)品的可靠性，降低了生產(chǎn)維護成本。由于變頻電源輸出沒有變壓器或濾波器，而是線性功放輸出，所以輸出波形品質(zhì)好、失真低，頻率范圍寬、可以輸出工頻 50Hz以下的超低頻率，響應快、帶載能力強，易于實現(xiàn)高精度高穩(wěn)定的變頻輸出。在變頻測試、變頻計量等方面大有可為。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該明白，上述的本實用新型的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本實用新型不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。以上僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)， 所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高壓變頻電源，其特征在于，包括一一對應的電源變壓器和線性變頻單元，其中，各個所述電源變壓器用于為與其對應的線性變頻單元獨立供電，各個所述線性變頻單元均具有首尾兩個輸出端，各個所述線性變頻單元之間的輸出端依次首尾串連；中央處理單元，分別與各個所述線性變頻單元相連接，用于對所述線性變頻單元進行通信控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻電源，其特征在于，各個所述電源變壓器相互隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻電源，其特征在于，所述中央處理單元通過光纖組分別與各個所述線性變頻單元相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓變頻電源，其特征在于，所述光纖組包括多個光纖，所述中央處理單元通過所述多個光纖中的至少一個與各個所述線性變頻單元相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓變頻電源，其特征在于，所述中央處理單元通過兩個光纖與各個所述線性變頻單元相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的高壓變頻電源，其特征在于，所述中央處理單元包括微處理器，用于獲取預定的正弦信號信息，其中，所述正弦信號信息包括幅值信息， 頻率信息，相位信息；第一光纖收發(fā)模塊，與所述微處理器相連接，用于將所述預定的正弦信號信息通過所述光纖組發(fā)送至各個所述線性變頻單元，并將來自于各個所述線性變頻單元的信息通過所述光纖組反饋至所述微處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓變頻電源，其特征在于，所述微處理器為單片機或數(shù)字信號處理器DSP。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓變頻電源，其特征在于，所述中央處理單元還包括用戶接口模塊，與所述微處理器相連接，用于接收用戶輸入的所述預定的正弦信號信息；顯示模塊，與所述微處理器相連接，用于顯示所述預定的正弦信號信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的高壓變頻電源，其特征在于，各個所述線性變頻單元均包括電源變換模塊，與所述電源變壓器相連接，用于根據(jù)所述電源變壓器的輸出產(chǎn)生直流電壓為線性功率放大模塊供電；第二光纖收發(fā)模塊，用于通過所述光纖組接收來自于所述中央處理單元的所述預定的正弦信號信息，并發(fā)送至數(shù)字頻率合成模塊；所述數(shù)字頻率合成模塊，與所述第二光纖收發(fā)模塊相連接，用于將所述預定的正弦信號信息轉(zhuǎn)換為與該正弦信號信息對應的正弦信號；所述線性功率放大模塊，與所述數(shù)字頻率合成模塊相連接，用于對所述對應的正弦信號進行放大并輸出。
專利摘要本實用新型提供了一種高壓變頻電源，包括一一對應的電源變壓器和線性變頻單元，其中，各個電源變壓器用于為與其對應的線性變頻單元獨立供電，各個線性變頻單元均具有首尾兩個輸出端，各個線性變頻單元之間的輸出端依次首尾串連；中央處理單元，分別與各個線性變頻單元相連接，用于對線性變頻單元進行通信控制。根據(jù)本實用新型提供的技術(shù)方案，可以輸出工頻以下的低頻電壓，且輸出電壓的大小不受限制。
文檔編號H02M7/02GK202043046SQ20112012445
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者廖仲篪, 徐偉專, 王寧 申請人:湖南銀河電氣有限公司