本發(fā)明屬于電力電子變換中電源供電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高頻交流電源供配電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著用電設(shè)備規(guī)模的不斷增大，以及對(duì)供配電電源系統(tǒng)功率密度和轉(zhuǎn)換效率要求的日益增加，使得傳統(tǒng)的直流配電系統(tǒng)越來(lái)越顯現(xiàn)出局限。

在用電設(shè)備完成功能增加的情況下，供電系統(tǒng)需要提供更大的能量，因此在傳輸過(guò)程中母線上傳輸?shù)碾娏鲿?huì)隨之增加，根據(jù)i2r的關(guān)系，其電力電纜上傳輸?shù)膿p耗也相應(yīng)加大。傳統(tǒng)的直流48v供電，在大功率傳輸過(guò)程中損耗過(guò)大，而為了減小損耗則需要增加導(dǎo)線的橫截面積，進(jìn)而導(dǎo)致配電系統(tǒng)整體重量加大。當(dāng)負(fù)載需要大電流情況時(shí)，采用直流方式為用電設(shè)備供電很難在效率提高與尺寸減小兩方面上取得權(quán)衡。而目前一些場(chǎng)合則采用高壓直流進(jìn)行傳輸如520v或者300v，這種方式盡管可以大幅度降低損耗，但在轉(zhuǎn)換成負(fù)載所需電壓過(guò)程中，由于是高壓到低壓情況下的轉(zhuǎn)換，因此效率不高。而另一個(gè)問(wèn)題是在出現(xiàn)故障時(shí)，直流供電系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)帶電關(guān)斷，從而有損壞電氣設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

傳統(tǒng)交流50hz、400hz的電源系統(tǒng)，由于無(wú)源器件(變壓器、電感)體積和重量的因素，使得為設(shè)備供電的電源系統(tǒng)尺寸過(guò)大，附圖1為傳統(tǒng)的直流供配電方案框圖。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所提出的高頻交流供配電系統(tǒng)可以在傳輸損耗、功率密度以及可靠性方面達(dá)到一個(gè)很好的權(quán)衡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決傳統(tǒng)低壓、高壓直流以及低頻交流供配電系統(tǒng)的一些不足之處，本發(fā)明為用電設(shè)備提供了一種功率密度高、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，傳輸損耗低的高頻交流電源系統(tǒng)。本發(fā)明的內(nèi)容主要針對(duì)以下幾個(gè)方面：

(1)高頻交流供配電方案的設(shè)計(jì)，在供電電源和負(fù)載電源之間的主電路母線是以高頻交流形式傳輸能量。該方案簡(jiǎn)化傳統(tǒng)直流供電方案的功率轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，同時(shí)相對(duì)于低頻交流供電系統(tǒng)其體積大幅降低。

(2)基于諧振網(wǎng)絡(luò)電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)傳輸高頻交流電能的正弦形式。從而降低傳輸過(guò)程中的電磁干擾，避免影響其他設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)在負(fù)載端實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，通過(guò)電源控制器將高頻交流電壓轉(zhuǎn)換成各路負(fù)載所需要的直流電壓。其中可以通過(guò)一級(jí)變換實(shí)現(xiàn)為多路相同輸入電壓的負(fù)載供電，也可以進(jìn)行獨(dú)立變換控制，為不同電壓、功率等級(jí)負(fù)載進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。

(4)在負(fù)載端的電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，增加了無(wú)源濾波環(huán)節(jié)，從而減小諧波電流含量，避免后級(jí)整流產(chǎn)生的諧波注入到高頻交流母線。

附圖說(shuō)明

圖1是傳統(tǒng)直流供配電電源系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明的高頻交流電源系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是傳統(tǒng)高壓直流供配電中，負(fù)載側(cè)電源采用兩級(jí)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)；

圖4是傳統(tǒng)高壓直流供配電中，負(fù)載側(cè)電源采用一級(jí)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)；

圖5是傳統(tǒng)低壓直流供配電中，負(fù)載側(cè)電源采用一級(jí)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)；

圖6是本發(fā)明提出的三相市電輸入下高頻交流電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；

圖7是本發(fā)明提出的三相市電輸入下高頻交流電源系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于高功率密度場(chǎng)合的高頻交流電源供配電系統(tǒng)方案，如附圖2所示，包括三部分：第一部分ac/hfac或dc/hfac電源，將交流市電或直流電變換成高頻交流，針對(duì)輸入為交流市電時(shí)該電源具有功率因數(shù)校正功能，同時(shí)該電源環(huán)節(jié)包括一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)用于凈化高頻電壓，消除能量在傳輸過(guò)程中的電磁干擾和輻射。第二部分為傳輸高頻能量到負(fù)載端環(huán)節(jié)，其中通過(guò)高頻線纜將hfac電能傳輸?shù)截?fù)載端，高頻線纜采用利茲線繞制，具有抑制集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的作用。第三部分為hfac/dc環(huán)節(jié)，將高頻交流形式的能量通過(guò)功率變換成各負(fù)載需要的直流電壓。

附圖3為傳統(tǒng)的高壓直流方案，即供電側(cè)電源向負(fù)載側(cè)電源傳遞的功率為高壓直流形式，但由于負(fù)載側(cè)電源的輸入電壓為高壓，因此在負(fù)載側(cè)的功率變換就需要兩級(jí)的dc/dc變換(如附圖3所示)，如果只采用一級(jí)的dc/dc變換(如附圖4所示)，那么由高壓轉(zhuǎn)換到低壓負(fù)載所需要的電壓，轉(zhuǎn)換效率較低。

附圖5所示為傳統(tǒng)的低壓直流方案，即供電側(cè)電源向負(fù)載側(cè)電源傳遞的功率為低壓直流形式(如通信設(shè)備的電壓等級(jí)為48v)，該方案負(fù)載側(cè)電源可以很好地將低壓配電電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)載需要的電壓。

附圖6所示為本發(fā)明提出的高頻交流供配電電源系統(tǒng)(傳輸?shù)哪芰浚妷簽?15vac，頻率為30khz，但并不作為限定本發(fā)明的條件)在交流市電條件下為多路用電設(shè)備供電的框圖。

附圖7所示為本發(fā)明提出的高頻交流供配電電源系統(tǒng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中包括兩類電源從三相市電變換為高頻交流的供電側(cè)電源和從高頻交流轉(zhuǎn)換為各路負(fù)載所需要電壓的負(fù)載側(cè)電源。需要強(qiáng)調(diào)，在兩電源之間傳遞的功率為高頻交流形式。

針對(duì)供電側(cè)電源，包括采用三相功率因數(shù)校正電路的三相市電整流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，以及采用橋式電路加諧振網(wǎng)絡(luò)將直流電壓變換成高頻交流環(huán)節(jié)。并通過(guò)交流母線將高頻形式能量傳輸?shù)接秒娫O(shè)備端；其中第一階段整流采用有源功率因數(shù)校正將交流市電變換成穩(wěn)定的直流電壓。如果輸入為直流則直接經(jīng)過(guò)第二階段將直流電變換成高頻交流電。

針對(duì)負(fù)載側(cè)電源，其中包括一級(jí)帶有無(wú)源功率因數(shù)校正的整流電路，以及一級(jí)滿足各路負(fù)載需求的dc/dc變換，而為了提高轉(zhuǎn)換效率本發(fā)明采用帶有軟開(kāi)關(guān)的同步buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

與傳統(tǒng)直流供配電方案對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出的高頻交流在相同輸入條件下，其功率轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)相對(duì)少。優(yōu)點(diǎn)主要可體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先高頻運(yùn)行情況下，可使無(wú)源器件(例如：電感和變壓器)體積大大降低，功率密度更高并具有更快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其次，相對(duì)于低壓直流(如48vdc)方式配電，其傳輸損耗可以得到顯著降低。另外，相對(duì)于高壓直流配送功率，在出現(xiàn)故障時(shí)采用高頻交流方式更容易實(shí)現(xiàn)故障切除。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種用于高功率密度場(chǎng)合的高頻交流電源供配電系統(tǒng)，采用高頻交流（HFAC）方式配送電能的思路。所述高頻交流供配電系統(tǒng)包括三部分：第一部分AC/HFAC或DC/HFAC電源，將交流市電或直流電變換成高頻交流，針對(duì)輸入為交流市電時(shí)該電源具有功率因數(shù)校正功能，同時(shí)該電源環(huán)節(jié)包括一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)用于凈化高頻電壓，消除能量在傳輸過(guò)程中的電磁干擾和輻射。第二部分為傳輸高頻能量到負(fù)載端環(huán)節(jié)，其中通過(guò)高頻線纜將HFAC電能傳輸?shù)截?fù)載端，高頻線纜采用利茲線繞制，具有抑制集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的作用。第三部分為HFAC/DC環(huán)節(jié)，將高頻交流形式的能量通過(guò)功率變換成各負(fù)載需要的直流電壓。本發(fā)明的供配電系統(tǒng)具有功率密度高，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，模塊化，可熱插拔等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王亮;張東來(lái);朱洪雨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳航天科技創(chuàng)新研究院;深圳市航天新源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.27
技術(shù)公布日：2017.10.20