本發(fā)明涉及船用單相220V輸入高壓靜電凈化電源技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種船用單相220V輸入高功率因數(shù)高壓電源裝置。

背景技術(shù)：

船用單相220V輸入高功率因數(shù)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(shù)、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(yōu)越性能。

船舶單相220V輸入高壓靜電凈化領(lǐng)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(tǒng)電源技術(shù)，雖然技術(shù)成熟，但體積重量較大，功率密度低，低頻噪聲較大，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較低，對電網(wǎng)污染嚴(yán)重，且不適應(yīng)船舶電氣智能化發(fā)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(shù)高壓電源裝置勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種船用單相220V輸入高功率因數(shù)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(tǒng)高壓電源裝置，以實現(xiàn)船舶單相220V輸入高壓靜電凈化領(lǐng)域高功率因數(shù)、高性能、智能化的發(fā)展需求。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種船用單相220V輸入高功率因數(shù)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(jiān)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(wěn)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(wǎng)側(cè)電源的輸入功率因數(shù)達0.99以上，有效降低網(wǎng)側(cè)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(lǐng)域中小功率等級DC-DC隔離變換綜合性能最優(yōu)、最新穎的電路結(jié)構(gòu)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(jiān)控單元，用于對各功率組成單元的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并通過CAN網(wǎng)絡(luò)向上級監(jiān)控系統(tǒng)傳輸運行參數(shù)、故障信息，同時接收上級監(jiān)控系統(tǒng)向該高壓電源裝置發(fā)送的開關(guān)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(chǎn)生和調(diào)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(shù)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(fù)二極管、RCD緩沖電路及控制電路構(gòu)成；控制電路設(shè)計成基于電流型PWM控制芯片UC1845的恒流恒壓雙閉環(huán)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(diào)節(jié)，兩個控制環(huán)的輸出控制信號同時輸入到UC1845的COMP腳，實現(xiàn)兩路控制信號的低有效；采樣元件將流經(jīng)高頻功率管的瞬時電流信號輸入到UC1845的ISENSE腳，同時電路設(shè)計成軟啟動功能。

其中，所述高頻變壓器采用符合船用條件的非晶及納米晶軟磁合金材料，并采用多股并繞工藝，實現(xiàn)將雙管正激DC-DC功率變換單元輸出的高頻脈沖波升壓至1.7kV左右高頻脈沖波的目的。

其中，所述倍壓整流功率單元由12個高壓二極管、9個高壓電容組成，高壓二極管選用低導(dǎo)通壓降型號，高壓電容選用低漏電流規(guī)格。

其中，所述基于ARM的監(jiān)控單元由ARM、信號調(diào)理電路、狀態(tài)隔離電路、CAN通訊電路組成，實現(xiàn)電源裝置運行狀態(tài)的實時監(jiān)測及與上級監(jiān)控系統(tǒng)的通訊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明能夠產(chǎn)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(shù)可達0.99以上，有效地降低了網(wǎng)側(cè)輸入無功損耗及諧波干擾；此外，該高壓電源裝置亦能夠?qū)Ω鞴β蕟卧倪\行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并通過CAN網(wǎng)絡(luò)向上級監(jiān)控系統(tǒng)傳輸運行參數(shù)、故障信息等，同時接收上級監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的開關(guān)命令。相較于傳統(tǒng)的變壓器低頻升壓整流、高頻不控整流等船用高壓電源裝置，具有明顯優(yōu)勢，因此在船舶領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所介紹單相PFC功率單元；

圖2為本發(fā)明所介紹雙管正激DC-DC功率變換單元主電路；

圖3為本發(fā)明所介紹雙管正激DC-DC功率變換單元電流控制環(huán)；

圖4為本發(fā)明所介紹雙管正激DC-DC功率變換單元電壓控制環(huán)；

圖5為本發(fā)明所介紹雙管正激DC-DC功率變換單元UC1845控制電路；

圖6為本發(fā)明所介紹倍壓整流功率單元。

圖7為本發(fā)明實施例一種船用單相220V輸入高功率因數(shù)高壓電源裝置的系統(tǒng)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

如圖7所示，本發(fā)明實施例提供了一種船用單相220V輸入高功率因數(shù)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(jiān)控單元。

本發(fā)明所述單相PFC功率單元如圖1所示，整流電路為單相橋式不可控整流，主電路采用DC-DC Boost變換電路，基于ICE3PCS系列專用集成控制芯片的控制電路，內(nèi)部包含有一個電壓環(huán)電路、一個電流環(huán)電路及PWM控制器，采用電壓、電流雙閉環(huán)控制方式，電流反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣信號是升壓變換器的電感電流，電壓反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣信號是變換電路的輸出電壓。電壓環(huán)電路正常工作時，輸出電壓基本保持恒定，該CCM升壓型PFC控制電路的高頻功率管關(guān)斷占空比Doff正比于Vin，電流環(huán)電路調(diào)整電感電流的平均值，使它正比于關(guān)斷占空比Doff，從而電使感電流的平均值正比于輸入電壓Vin，實現(xiàn)了功率因數(shù)校正的功能。

圖2為本發(fā)明所述雙管正激DC-DC功率變換單元主電路，主要由兩個碳化硅高頻功率管、兩個碳化硅快恢復(fù)二極管、高頻功率管RCD緩沖電路構(gòu)成?？刂齐娐冯娏骺刂骗h(huán)和電壓控制環(huán)，分別如圖3和圖4所示，采集電流反饋信號和電壓反饋信號進行PI調(diào)節(jié)，兩個控制環(huán)的輸出控制信號VB同時輸入到控制芯片UC1845的COMP腳，實現(xiàn)兩路控制信號的低有效；使用高精度采樣元件采樣主電路流經(jīng)碳化硅高頻功率管的電流，將瞬時采樣信號輸入到UC1845的ISENSE腳，同時電路設(shè)計成軟啟動功能，UC1845控制電路如圖5所示。采用碳化硅功率元件的雙管正激DC-DC功率變換單元，是目前船用領(lǐng)域中小功率等級DC-DC隔離變換綜合性能最優(yōu)、最新穎的電路結(jié)構(gòu)之一。

本發(fā)明所述倍壓整流功率單元如圖6所示，主要由12個高壓二極管和9個高壓電容組成，形成高頻變壓器副邊六倍壓的整流能力。需要注意的是，為了保證穩(wěn)定的、高質(zhì)量10kV直流輸出，高壓二極管應(yīng)選用低導(dǎo)通壓降型號，高壓電容應(yīng)選用低漏電流規(guī)格。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。