專利名稱：新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于大功率直流電源領域，尤其是一種新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精 度電源。
背景技術(shù)：
大功率直流電源是電力電子裝置的一類設備，其作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟?能，供給直流用電設備。例如，直流電動機調(diào)速裝置、電解電鍍電源、同步電機勵磁、通訊發(fā) 射系統(tǒng)電源等等，因此，大功率直流電源具有十分廣泛的用途。隨著時代的發(fā)展，越來越多 的領域需要高精度高動態(tài)性能的大功率直流電源，但是傳統(tǒng)的大功率直流電源通常采用斬 波器的方式，其存在的問題是電壓穩(wěn)定性及精度不高且動態(tài)響應速度慢等問題，難以滿足 實際需要。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電壓穩(wěn)定、精度高且動態(tài) 響應速度快的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源。本實用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，由輸入平波電抗器(1)、整流橋O)、 預充電回路(3)、共模抑制電抗器G)、輸入電解電容與放電裝置(5)、輸入電壓檢測模塊 VM1、功率單元組(6)、輸出電解電容與放電裝置(7)和輸出電壓檢測模塊VM2依次連接構(gòu) 成，輸入電解電容與放電裝置(5)、輸入電壓檢測模塊VM1、功率單元組(6)、輸出電解電容 與放電裝置(7)及輸出電壓檢測模塊VM2還分別與控制器模塊⑶相連接。而且，所述的功率單元組(6)由多個功率單元(9)并聯(lián)組成且各個功率單元錯相 并聯(lián)運行，通過功率單元組(6)上的功率擴展端口(10)和控制器模塊(8)上的控制擴展端 口(11)擴展功率輸出容量。而且，所述的功率單元組(6)還并聯(lián)有冗余功率單元。而且，所述的功率單元由絕緣柵型場效應管IGBT、隔直電容、變壓器、霍爾電流傳 感器、二極管兩相全波整流橋、濾波電抗器、薄膜電容連接構(gòu)成。而且，所述的霍爾電流傳感器采用LA100-P傳感器。而且，所述的控制器模塊⑶由FPGA芯片、與輸入電壓檢測模塊VMl相連接的電 壓采集芯片、與功率單元組(6)相連接的電流采集芯片、與輸出電壓檢測模塊VM2相連接的 電壓采集芯片及與輸出電路相連接的電流采集芯片組成，F(xiàn)PGA芯片還分別通過放電脈沖與 輸入電解電容與放電裝置(5)中的輸入放電單元相連接及輸出電解電容與放電裝置(7)中 的輸出放電單元相連接。而且，所述的FPGA芯片采用的是CYCL0NEIII系列EP3C10，所述與輸入電壓檢 測模塊VMl相連接的電壓采集芯片使用的是高速AD芯片ADS1204，所述與輸出電壓檢測 模塊VM2相連接的電壓采集芯片使用的是高精度快速AD7691采樣芯片，所述與功率單元組(6)相連接的電流采集芯片和與輸出電路相連接的電流采集芯片采用的是高速AD芯片 AD7276。而且，所述的整流橋O)由主接觸器和二極管三相全波整流橋連接構(gòu)成；所述的 預充電回路(3)由預充電接觸器、預充二極管三相全波整流橋和限流電阻連接構(gòu)成；所述 的共模抑制電抗器由共模抑制電感和濾波電容連接構(gòu)成。而且，所述的輸入電解電容與放電裝置(5)由輸入電解電容、均壓電阻、輸入放電 單元和放電電阻連接構(gòu)成。而且，所述的輸出電解電容與放電裝置(7)由輸出電解電容、輸出放電單元和放 電電阻連接構(gòu)成。本實用新型的優(yōu)點和積極效果是1、本大功率高精度電源采用移相全橋控制技術(shù)，實現(xiàn)了輸出電壓與輸入電壓的隔 離功能，采用大規(guī)模門陣列FPGA作為控制器模塊核心并配置高精度的AD采樣芯片，能夠同 時對多路功率單元的移相全橋控制，使得工作頻率達到14 20kHz，實現(xiàn)了電壓連續(xù)可調(diào) 功能，降低了器件損耗，提高了系統(tǒng)效率與可靠性，具有系統(tǒng)集成度高、處理速度快、控制方 式靈活的特點，并可非常方便地調(diào)節(jié)保護值等參數(shù)。2、本大功率高精度電源采用功率單元并聯(lián)構(gòu)成功率單元組，具有功率級別的可擴 展性，通過預留擴展接口可以很容易地實現(xiàn)功率等級的提升。3、本大功率高精度電源采用功率單元錯相控制策略以及每個單元中較小的輸出 電抗電感值，使得輸出電壓精度高、動態(tài)響應快，同時具有高動態(tài)、靜態(tài)指標。4、本大功率高精度電源的功率單元組還設置一組冗余功率單元，當某個功率單元 出現(xiàn)故障，此功率單元自動退出，整機系統(tǒng)仍可正常運行，保證了電源的可靠性。5、本大功率高精度電源在輸入端加入共模抑制電抗器，能有效地抑制線路的共模 干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，同時也減小了 IGBT的開關動作對電網(wǎng)其他用電設備的干 擾。

圖1是本實用新型的電路原理圖；圖2是功率單元的電路原理圖；圖3是本實用新型的控制原理圖；圖4是錯相控制觸發(fā)脈沖圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型實施例做進一步詳述一種新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，如圖1所示，由輸入平波電抗器(1)、 整流橋( 、預充電回路C3)、共模抑制電抗器(4)、輸入電解電容與放電裝置( 、輸入電壓 檢測模塊VM1、功率單元組(6)、輸出電解電容與放電裝置(7)和輸出電壓檢測模塊VM2依 次連接構(gòu)成，輸入電解電容與放電裝置(5)、輸入電壓檢測模塊VM1、功率單元組(6)、輸出 電解電容與放電裝置(7)及輸出電壓檢測模塊VM2分別與控制器模塊(8)相連接。功率單 元組(6)由若干功率單元(9)并聯(lián)組成，各個功率單元錯相并聯(lián)運行，功率單元組(6)設置有功率擴展端口，控制器模塊(8)還設置有控制擴展端口，通過增加功率單元數(shù)并使用控 制擴展端口(10)和功率擴展端口(11)擴展功率輸出容量，也可以通過減少功率單元數(shù)降 低功率輸出容量。功率單元組功率還包括冗余功率單元，當某個功率單元出現(xiàn)故障，由控制 器模塊封鎖該功率單元，保證整個電源仍可正常運行。輸入平波電抗器(1)采用平波電抗器IL并與三相380V交流電源相連接，其采用 空冷形式來抑制電流變化率。整流橋O)由主接觸器IK和二極管三相全波整流橋IZL連接構(gòu)成。預充電回路C3)由預充電接觸器1K1、預充二極管三相全波整流橋3ZL和限流電阻 1RU1R2連接構(gòu)成。共模抑制電抗器由共模抑制電感3L和濾波電容ICl 1C6連接構(gòu)成，采用 共模抑制電抗器能夠有效地抑制線路的共模干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，同時也減小了 IGBT的開關動作對電網(wǎng)其他用電設備的干擾。輸入電解電容與放電裝置(5)由輸入電解電容1CQ1、1CQ2、均壓電阻1R3、1R4、輸入 放電單元IV和放電電阻IR連接構(gòu)成。輸出電解電容與放電裝置(7)由輸出電解電容Co、輸出放電單元2V和放電電阻 2R連接構(gòu)成。所述的控制器模塊⑶由FPGA芯片、與輸入電壓檢測模塊相連接的電壓采集芯 片、與功率單元組相連接的電流采集芯片、與輸出電壓檢測模塊相連接的電壓采集芯片及 與輸出電路相連接的電流采集芯片組成，F(xiàn)PGA芯片還通過放電脈沖與輸入電解電容與放電 裝置(5)中的輸入放電單元相連接，對輸入電解電容與放電裝置(5)進行放電控制，F(xiàn)PGA芯 片還通過放電脈沖與輸出電解電容與放電裝置(7)中的輸出放電單元相連接，對輸出電解 電容與放電裝置(7)進行放電控制。在本實施例中，F(xiàn)PGA芯片采用ALTERA公司CYCL0NEIII 系列EP3C10，與輸入電壓檢測模塊相連接的電壓采集芯片使用的是高速AD芯片ADS1204， 與輸出電壓檢測模塊相連接的電壓采集芯片使用的是高精度快速AD7691采樣芯片，與功 率單元組相連接的電流采集芯片和與輸出電路相連接的電流采集芯片采用的是高速AD芯 片AD7276，該電流采集芯片的采樣速率高達2MSPS，能夠很好地滿足電流的快速響應特性。 控制器模塊(8)與功率單元(9)采用電纜進行連接，期間傳輸?shù)男盘柊刂破髂K(8) 發(fā)出的功率單元驅(qū)動信號和功率單元(9)中反饋的霍爾電流信號等。功率單元組(6)中的功率單元(9)，如圖2所示，由四個絕緣柵型場效應管IGBT Vl V4、隔直電容C3、霍爾電流傳感器II、薄膜濾波電容Cl、變壓器T、二極管兩相全波 整流橋、濾波電抗器L和輸出薄膜電容C2連接構(gòu)成，二極管兩相全波整流橋由四個二極管 Dl D4及濾波電阻R和濾波電容C連接構(gòu)成。其中薄膜濾波電容Cl用于濾除高頻電壓 紋波；輸出薄膜電容C2采用440uF薄膜電容濾波，其與0. IF電解電容Co并聯(lián)，很好地濾掉 了輸出電壓紋波；變壓器輸入側(cè)的隔直電容C3選用200uF薄膜電容，能夠濾除掉變壓器激 磁電流中的直流分量，可有效地防止變壓器飽和偏磁，使系統(tǒng)穩(wěn)定的運行；霍爾電流傳感器 Il采用LEM公司LA100-P進行電流檢測，其響應時間小于luF，具有較高的響應速度。功率 單元采用移相全橋控制方式，工作頻率為14 20kHz，實現(xiàn)了 IGBT的軟開關，降低了器件損 耗，提高了系統(tǒng)效率與可靠性，并實現(xiàn)了輸出電壓與輸入電壓的隔離，保護了輸入電網(wǎng)的安 全。功率單元組采用移相全橋多單元錯相并聯(lián)技術(shù)，如圖4所示的錯相控制觸發(fā)脈沖圖，在圖中η個功率單元，每個功率單元錯相360° /n電角度。由于采用了錯相并聯(lián)技術(shù)，總電流 紋波減小，功率單元所需輸出濾波電感值降低，從而有效地降低輸出電壓紋波，這樣大大地 提高了電流的響應速度，增強了系統(tǒng)動態(tài)性能。采用如上的這些技術(shù)后，本電源輸出電壓為0 360V，最大輸出電流850A，紋波電 壓小于0. 1%，電壓調(diào)整率小于2%。本實用新型的工作原理為三相380V電壓輸入，首先閉合預充電接觸器IKl為輸 入端電容1Co1、1CO2充電，輸入電壓信號通過輸入電壓檢測模塊送到控制器(8)中AD芯片 ADS1204, ADS1204通過轉(zhuǎn)換把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并送到FPGA中；當電容電壓達到480V 后，F(xiàn)PGA控制主接觸器IK吸合完成上電過程。輸入電壓上電過程結(jié)束后，調(diào)節(jié)電壓給定值 的大小后，實際的輸出電壓(圖1的Co)通過AD7691芯片把數(shù)據(jù)采集到FPGA中，F(xiàn)PGA用 給定值減去反饋值(如圖3所示)，然后把差值送到PI調(diào)節(jié)器中，調(diào)節(jié)器輸出的結(jié)果加上前 饋值得出電流給定值，電流給定值與單元電流反饋值作比較，形成移相角，控制輸出電流的 大小。需要強調(diào)的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實 用新型并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的 技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。
權(quán)利要求1.一種新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于由輸入平波電抗器(1)、整 流橋⑵、預充電回路⑶、共模抑制電抗器⑷、輸入電解電容與放電裝置(5)、輸入電壓檢 測模塊VM1、功率單元組(6)、輸出電解電容與放電裝置(7)和輸出電壓檢測模塊VM2依次 連接構(gòu)成，輸入電解電容與放電裝置(5)、輸入電壓檢測模塊VM1、功率單元組(6)、輸出電 解電容與放電裝置(7)及輸出電壓檢測模塊VM2還分別與控制器模塊⑶相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于所述的 功率單元組(6)由多個功率單元(9)并聯(lián)組成且各個功率單元錯相并聯(lián)運行，通過功率單 元組(6)上的功率擴展端口(10)和控制器模塊(8)上的控制擴展端口(11)擴展功率輸出 容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于所述的 功率單元組(6)還并聯(lián)有冗余功率單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于所 述的功率單元由絕緣柵型場效應管IGBT、隔直電容、變壓器、霍爾電流傳感器、二極管兩相 全波整流橋、濾波電抗器、薄膜電容連接構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于所述的 霍爾電流傳感器采用LA100-P傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于所述的 控制器模塊(8)由FPGA芯片、與輸入電壓檢測模塊VMl相連接的電壓采集芯片、與功率單 元組(6)相連接的電流采集芯片、與輸出電壓檢測模塊VM2相連接的電壓采集芯片及與輸 出電路相連接的電流采集芯片組成，F(xiàn)PGA芯片還分別通過放電脈沖與輸入電解電容與放電 裝置( 中的輸入放電單元相連接及輸出電解電容與放電裝置(7)中的輸出放電單元相連 接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于所述的 FPGA芯片采用的是CYCL0NEIII系列EP3C10，所述與輸入電壓檢測模塊VMl相連接的電壓 采集芯片使用的是高速AD芯片ADS1204，所述與輸出電壓檢測模塊VM2相連接的電壓采集 芯片使用的是高精度快速AD7691采樣芯片，所述與功率單元組(6)相連接的電流采集芯片 和與輸出電路相連接的電流采集芯片采用的是高速AD芯片AD7276。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于所述的 整流橋O)由主接觸器和二極管三相全波整流橋連接構(gòu)成；所述的預充電回路(3)由預充 電接觸器、預充二極管三相全波整流橋和限流電阻連接構(gòu)成；所述的共模抑制電抗器(4) 由共模抑制電感和濾波電容連接構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于所述的 輸入電解電容與放電裝置(5)由輸入電解電容、均壓電阻、輸入放電單元和放電電阻連接 構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其特征在于所述的 輸出電解電容與放電裝置(7)由輸出電解電容、輸出放電單元和放電電阻連接構(gòu)成。
專利摘要本實用新型涉及一種新型電壓連續(xù)可調(diào)大功率高精度電源，其技術(shù)特點是由輸入平波電抗器(1)、整流橋(2)、預充電回路(3)、共模抑制電抗器(4)、輸入電解電容與放電裝置(5)、輸入電壓檢測模塊VM1、功率單元組(6)、輸出電解電容與放電裝置(7)和輸出電壓檢測模塊VM2依次連接構(gòu)成，輸入電解電容與放電裝置(5)、輸入電壓檢測模塊VM1、功率單元組(6)、輸出電解電容與放電裝置(7)及輸出電壓檢測模塊VM2還分別與控制器模塊(8)相連接。本實用新型實現(xiàn)了電壓連續(xù)可調(diào)功能，降低了器件損耗，提高了系統(tǒng)效率與可靠性，具有系統(tǒng)集成度高、處理速度快、控制方式靈活的特點，并可非常方便地調(diào)節(jié)保護值等參數(shù)。
文檔編號H02M3/335GK201904729SQ20102068468
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者尤軼, 徐道恒, 李釗 申請人:天津天傳電氣有限公司, 天津電氣傳動設計研究所