用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源的制作方法
【專利摘要】用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，包括前級逆變器、級聯(lián)變壓器組、多個分布式變壓器和多個本地變壓器；所述級聯(lián)變壓器組由多個級聯(lián)變壓器級聯(lián)而成，首個級聯(lián)變壓器原邊與前級逆變器的輸出級連接，所述級聯(lián)變壓器副邊由輸出邊和饋能邊組成，饋能邊與分布式變壓器原邊連接，輸出邊與下一級聯(lián)變壓器的原邊連接，分布式變壓器輸出級繞組與本地變壓器原邊連接，所述本地變壓器還包括與其輸出級繞組連接的整流穩(wěn)壓電路。本實用新型可以為固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥等提供高電壓隔離的多路供電，具有隔離電壓高，輸出路數(shù)多，穩(wěn)定性與抗干擾性強(qiáng)、效率高等特點，特別適合于200kV以上懸浮電壓裝置或多個器件的隔離供電。
【專利說明】用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力電子領(lǐng)域，涉及一種用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展和成熟，尤其是耐壓與功率容量的提升，使其在脈沖功率領(lǐng)域與高壓電力電子領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，在裝置的電路結(jié)構(gòu)拓?fù)渲?，一般會使用多個半導(dǎo)體器件串聯(lián)使用，這樣很多半導(dǎo)體開關(guān)的地電位將會懸浮在很高的點位下，其驅(qū)動與外圍電路的電源必須懸浮隔離，并且各路之間也需要相互隔離。
實用新型內(nèi)容
[0003]為滿足離散分布的大量高壓半導(dǎo)體器件或其他高壓設(shè)備的多路高壓隔離供電需求，本實用新型公開了一種用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源。
[0004]本實用新型所述用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，包括前級逆變器、級聯(lián)變壓器組、多個分布式變壓器和多個本地變壓器；所述級聯(lián)變壓器組由多個級聯(lián)變壓器級聯(lián)而成，首個級聯(lián)變壓器原邊與前級逆變器的輸出級連接，所述級聯(lián)變壓器副邊由輸出邊和饋能邊組成，所述饋能邊與分布式變壓器原邊連接，輸出邊與下一級聯(lián)變壓器的原邊連接，所述分布式變壓器輸出級繞組與本地變壓器原邊連接，所述本地變壓器還包括與其輸出級繞組連接的整流穩(wěn)壓電路。
[0005]優(yōu)選的，所述整流穩(wěn)壓電路由第四支路、第五支路、濾波電容和直流轉(zhuǎn)換器組成，所述第四支路和第五支路并聯(lián)在本地變壓器的輸出級繞組之間，所述第四支路串聯(lián)有一對正極互連的快恢復(fù)二極管；第五支路串聯(lián)有一對負(fù)極互聯(lián)的快恢復(fù)二極管；所述快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間小于100納秒；所述濾波電容為極性電容，正、負(fù)極分別連接第五支路和第四支路的二極管公共節(jié)點，濾波電容的正、負(fù)極還分別與直流轉(zhuǎn)換器的正、負(fù)輸入端連接。
[0006]進(jìn)一步的，所述整流穩(wěn)壓電路還包括共模變壓器，所述共模變壓器由串聯(lián)在直流轉(zhuǎn)換器正、負(fù)輸入端和濾波電容正、負(fù)極之間的兩個采用同相繞法，大小相等的電感組成。
[0007]進(jìn)一步的，所述濾波電容的正負(fù)極之間還連接有穩(wěn)壓二極管。
[0008]優(yōu)選的，所述前級逆變器由全橋整流電路、LC濾波級和逆變級組成，所述LC濾波級由串聯(lián)在全橋整流電路正向輸出端的前級電感和并聯(lián)在全橋整流電路兩個輸出端之間的第二電容組成，所述逆變級由逆變橋和控制逆變橋開關(guān)順序的控制電路組成。
[0009]優(yōu)選的，所述前級逆變器還包括串聯(lián)在LC濾波器的電感和全橋整流電路正向輸出端之間的軟啟動電路，所述軟啟動電路由電阻、與電阻并聯(lián)的開關(guān)器件及控制該開關(guān)器件的計時器芯片組成。
[0010]優(yōu)選的，所述分布式變壓器和/或本地變壓器的輸出級有多個繞組
[0011]本實用新型可以為脈沖功率裝置、電力電子裝置、換流閥等提供高電壓隔離的多路供電，具有耐壓強(qiáng)度高，輸出路數(shù)多，穩(wěn)定性與抗干擾性強(qiáng)等特點，特別適合于200kV以上懸浮電壓裝置或多個器件的隔離供電。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型所述用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源的一種【具體實施方式】拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2示出本實用新型所述前級逆變器的一種【具體實施方式】示意圖；
[0014]圖3示出本實用新型所述整流穩(wěn)壓電路的一種【具體實施方式】示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0016]本實用新型所述的用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，包括前級逆變器、級聯(lián)變壓器組、多個分布式變壓器和多個本地變壓器；所述級聯(lián)變壓器組由多個級聯(lián)變壓器級聯(lián)而成，首個級聯(lián)變壓器原邊與前級逆變器的輸出級連接，所述級聯(lián)變壓器副邊由輸出邊和饋能邊組成，所述饋能邊與分布式變壓器原邊連接，輸出邊與下一級聯(lián)變壓器的原邊連接，所述分布式變壓器輸出級繞組與本地變壓器原邊連接，所述本地變壓器還包括與其輸出級繞組連接的整流穩(wěn)壓電路。
[0017]本實用新型利用前級逆變器將工頻市電變成高頻的交流電壓，通過級聯(lián)變壓器組、分布式變壓器與本地變壓器，完成電壓多路分配與隔離，各個本地變壓器得到的交流信號經(jīng)整流穩(wěn)壓電路整流濾波后，得到直流電。
[0018]前級逆變器可以采用全橋或半橋或其他形式將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，本實施例中，如圖2所示，前級逆變器由全橋整流電路、LC濾波級和逆變級組成，所述LC濾波級由串聯(lián)在全橋整流電路正向輸出端的前級電感和并聯(lián)在全橋整流電路兩個輸出端之間的第二電容組成，所述逆變級由逆變橋和控制逆變橋開關(guān)順序的控制電路組成。全橋整流電路，前級電感和第二電容實現(xiàn)工頻市電的整流濾波，其中第二電容可以由極性電容Cl和非極性電容C2組成；
[0019]其中極性電容采用極性電容，不僅體積小而且電容量大，非極性電容具有充放電能力強(qiáng)、適應(yīng)高頻工作的優(yōu)點，采用極性電容和非極性電容配合使用，既能獲得大容值，同時具備強(qiáng)充放電能力。
[0020]可以在前級逆變器中增加用于上電啟動階段的軟啟動電路，所述軟啟動電路由電阻、與電阻并聯(lián)的開關(guān)器件及控制該開關(guān)器件的計時器芯片組成，如圖1所示，電阻和開關(guān)器件并聯(lián)后連接在全橋整流電路的正向輸出端和前級電感LI之間，計時器芯片用于控制該開關(guān)器件的開啟和關(guān)斷，在啟動階段，通過計時器設(shè)定一定時長，斷開開關(guān)器件J1，全橋整流電路輸出端對第二電容的充電只能通過電阻Rl進(jìn)行，由于Rl的存在，使得充電電流被限制，在上電啟動階段，由于電容電壓偏低，充電電流容易出現(xiàn)大幅快速增加，容易產(chǎn)生具有破壞作用的高壓及大電流，采用軟啟動電路，使充電電流幅值被限制，直到第二電容上的電壓到達(dá)相當(dāng)值，此時閉合開關(guān)J1，充電電流仍然在安全范圍內(nèi)進(jìn)行充電，不會產(chǎn)生破壞作用。
[0021]級聯(lián)變壓器組、分布式變壓器和本地變壓器均為常規(guī)變壓器，采用層層相聯(lián)的連接方式實現(xiàn)電壓分布饋能，可以將級聯(lián)變壓器的輸出電壓隔離后分成多路，級聯(lián)變壓器的輸出邊包含多個繞組，每一繞組連接一個分布式變壓器，分布式變壓器的輸出邊同樣包含多個繞組，每一繞組連接一個本地變壓器。
[0022]整流穩(wěn)壓電路的作用是跟隨本地變壓器，將本地變壓器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)化為可供用電設(shè)備直接使用的直流電，并對直流電的電壓值進(jìn)行設(shè)定。如圖4所示給出整流穩(wěn)壓電路的一種【具體實施方式】，所述整流穩(wěn)壓電路由第四支路、第五支路、濾波電容和直流轉(zhuǎn)換器組成，所述第四支路和第五支路并聯(lián)在本地變壓器的輸出級繞組之間，所述第四支路串聯(lián)有一對正極互連的快恢復(fù)二極管DK2和DK4 ;第五支路串聯(lián)有一對負(fù)極互聯(lián)的快恢復(fù)二極管DKl和DK3 ;所述濾波電容為極性電容，正、負(fù)極分別連接第五支路和第四支路的二極管公共節(jié)點，濾波電容的正、負(fù)極還分別與直流轉(zhuǎn)換器的正、負(fù)輸入端連接。
[0023]第四和第五支路構(gòu)成橋堆將交流電整流為半波直流，濾波電容的作用是將交流電中的高頻雜波濾除，通過后續(xù)的直流轉(zhuǎn)換器將半波直流電轉(zhuǎn)換為電壓值恒定的直流電源，直流轉(zhuǎn)換器可以采用現(xiàn)有的集成電路芯片，例如LTC3825，將輸入200V以上高頻直流電轉(zhuǎn)化為低壓直流電輸出。
[0024]還可以設(shè)置共模變壓器Gl，所述共模變壓器由串聯(lián)在直流轉(zhuǎn)換器正、負(fù)輸入端和濾波電容正、負(fù)極之間的兩個采用同相繞法，大小相等的電感組成。當(dāng)交流信號有共模雜波時，兩個電感產(chǎn)生相反的磁通量，互相抵消，從而消除雜波。為進(jìn)一步提高安全性，所述濾波電容的正負(fù)極之間還連接有穩(wěn)壓二極管Dl，將輸入到直流轉(zhuǎn)換器的電壓幅值限定在一定范圍內(nèi)，避免高壓破壞直流轉(zhuǎn)換器。
[0025]前文所述的為本實用新型的各個優(yōu)選實施例，各個優(yōu)選實施例中的優(yōu)選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實施方式為前提，各個優(yōu)選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述實用新型人的實用新型驗證過程，并非用以限制本實用新型的專利保護(hù)范圍，本實用新型的專利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本實用新型的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，包括前級逆變器、級聯(lián)變壓器組、多個分布式變壓器和多個本地變壓器；所述級聯(lián)變壓器組由多個級聯(lián)變壓器級聯(lián)而成，首個級聯(lián)變壓器原邊與前級逆變器的輸出級連接，所述級聯(lián)變壓器副邊由輸出邊和饋能邊組成，所述饋能邊與分布式變壓器原邊連接，輸出邊與下一級聯(lián)變壓器的原邊連接，所述分布式變壓器輸出級繞組與本地變壓器原邊連接，所述本地變壓器還包括與其輸出級繞組連接的整流穩(wěn)壓電路。
2.如權(quán)利要求1所述的用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，其特征在于，所述整流穩(wěn)壓電路由第四支路、第五支路、濾波電容和直流轉(zhuǎn)換器組成，所述第四支路和第五支路并聯(lián)在本地變壓器的輸出級繞組之間，所述第四支路串聯(lián)有一對正極互連的快恢復(fù)二極管；第五支路串聯(lián)有一對負(fù)極互聯(lián)的快恢復(fù)二極管；所述快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間小于100納秒； 所述濾波電容為極性電容，正、負(fù)極分別連接第五支路和第四支路的二極管公共節(jié)點，濾波電容的正、負(fù)極還分別與直流轉(zhuǎn)換器的正、負(fù)輸入端連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，其特征在于，所述整流穩(wěn)壓電路還包括共模變壓器，所述共模變壓器由串聯(lián)在直流轉(zhuǎn)換器正、負(fù)輸入端和濾波電容正、負(fù)極之間的兩個采用同相繞法，大小相等的電感組成。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，其特征在于，所述濾波電容的正負(fù)極之間還連接有穩(wěn)壓二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，其特征在于，所述前級逆變器由全橋整流電路、LC濾波級和逆變級組成，所述LC濾波級由串聯(lián)在全橋整流電路正向輸出端的前級電感和并聯(lián)在全橋整流電路兩個輸出端之間的第二電容組成，所述逆變級由逆變橋和控制逆變橋開關(guān)順序的控制電路組成。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，其特征在于，所述前級逆變器還包括串聯(lián)在LC濾波器的電感和全橋整流電路正向輸出端之間的軟啟動電路，所述軟啟動電路由電阻、與電阻并聯(lián)的開關(guān)器件及控制該開關(guān)器件的計時器芯片組成。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于固態(tài)脈沖發(fā)生器、調(diào)制器與換流閥的高壓隔離電源，其特征在于，所述分布式變壓器和/或本地變壓器的輸出級有多個繞組。
【文檔編號】H02M7/12GK203708123SQ201420083016
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王凌云, 王傳偉, 李洪濤, 劉宏偉, 劉金鋒, 袁建強(qiáng), 姜蘋, 丁勝, 黃宇鵬, 馮傳軍 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所