CN104836496A - 一种直流发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于多路串并联非隔离式开关电源电路技术的直流发电机组，包括永磁发电机和整流控制器；所述永磁发电机具有三相或三相以上绕组，其极数多于两极；所述整流控制器包括全桥整流电路、非隔离式降压开关电源电路；所述全桥整流电路用于将所述永磁发电机发出的交流电转换成直流电并输出；所述非隔离式降压开关电源电路用于对所述全桥整流电路输出的直流电进行降压处理，实现稳定的直流输出。不但可以提高整机发电效率、降低油耗和提高输出电压的稳定性，同时可实现不同输出电压机组全功率输出，降低***的复杂度，降低成本的同时提高***的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及直流发电机组及其输出稳压电路，特别涉及由柴油或汽油引擎驱动的直流发电机组。
背景技术
在一些以蓄电池作为主要储能单元的供电***中，通常备有柴油或汽油发电机组。当蓄电池中储存电量不足，而其它能源又不能及时对其充电的情况下，启动柴油或汽油发电机组对蓄电池充电。比较典型的就是通讯基站，特别无市电供电的通讯基站，柴油发电机组可以直接作为主要的充电供电设备。
以前，通讯基站多采用传统交流发电机组，通过通信电源将其输出的交流电转换成直流电供给通讯设备或者给蓄电池充电。这种供电方式中，传统交流发电机组多采用电励磁的电机，所以整个***效率偏低，特别是在一些负载比较轻的场合，由于发电机组要保持相对稳定的频率，机组的油耗偏高。
近几年，随着技术的进步，一些通讯基站开始使用直流发电机组。目前市场上的直流发电机组的输出部分大体有两种结构：
第一种采用多相电励磁发电机，输出低压交流电，再经过大功率整流装置，直接供给负载。这种机组由于直接输出直流电，而不需要通信电源模块降压转换，整体效率有了一定的提升，但由于输出电压没有专用的稳压装置，电压波动偏大，多用在要求不高的一些蓄电池充电场合。
第二种采用多极永磁发电机，输出200V左右的交流电，再由带高频变压器的降压开关电源模块将电压转换为48V左右直流电供给***。这种发电机组其实是永磁发电机和通信开关电源的一种直接组合，该类发电机组与前面介绍的采用多相低压交流电直接整流技术的发电机组相比，除了具有其能提高整个***的发电效率和降低油耗的优点外，由于采用了通信开关电源模块，其输出电压稳定性问题得到了很好的解决，可以直接用于通信基站的充电和供电。
综合上面两种机构的直流发电机组，第一种输出电压稳定性偏低，但结构简单；第二种输出电压精度得到了很好的保证，但由于通信电源多采用带高频变压器隔离的开关电源技术，其电路拓扑结构相对复杂，特别是对振动较大的柴油发电机组，其成本和可靠性都存在一定挑战。另外，这两种发电机组对负载的适应性不够，比如有些基站需要24V和48V可切换供电，这两种结构的直流发电机组只能在保证一种输出电压的情况下，降低最大功率提供第二种输出电压，比如48V/5kW的发电机组当输出24V时，只能提供2.5kW左右输出功率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，针对现有直流发电机组输出电压稳定性、***复杂性和不同负载电压机组全功率输出等问题，提供基于多路串并联非隔离式开关电源(BUCK)电路技术的直流发电机组，不但可以提高整机发电效率、降低油耗和提高输出电压的稳定性，同时可以实现不同输出电压机组全功率输出，降低***的复杂度，降低成本的同时提高***的可靠性。
本发明提供的直流发电机组，其特征在于：包括永磁发电机和整流控制器；所述永磁发电机具有三相或三相以上绕组，其极数多于两极；所述整流控制器包括全桥整流电路、非隔离式降压开关电源电路；所述全桥整流电路用于将所述永磁发电机发出的交流电转换成直流电并输出；所述非隔离式降压开关电源电路用于对所述全桥整流电路输出的直流电进行降压处理，实现稳定的直流输出。本发明采用多极多相永磁同步发电机和基于非隔离式降压开关电源(BUCK)电路的整流控制器，提高整机的效率、降低稳压电路的复杂性，降低成本提高***可靠性。
本发明还提供一种直流发电机组，包括永磁发电机和整流控制器；所述永磁发电机具有三相或三相以上绕组，其极数多于两极，该永磁发电机具有两套或两套以上完全隔离的绕组；所述整流控制器具有两路或两路以上可隔离的全桥整流稳压电路，所述全桥整流稳压电路与所述永磁发电机组的绕组一一对应；所述全桥整流稳压电路包括全桥整流电路和非隔离式降压开关电源电路；所述全桥整流电路用于将所述永磁发电机发出的交流电转换成直流电并输出；所述非隔离式降压开关电源电路用于对所述全桥整流电路输出的直流电进行降压处理，实现稳定的直流输出。
优选地，所述整流控制器包括两相或两相以上的非隔离式降压开关电源电路，该两相或两相以上的非隔离式降压开关电源电路交错并联。通过调节非隔离式降压开关电源电路的功率开关器件的PWM脉宽，实现稳定的直流输出。
优选地，所述全桥整流稳压电路包括两相或两相以上的非隔离式降压开关电源电路，该两相或两相以上的非隔离式降压开关电源电路交错并联。
优选地，每套绕组发出的交流电转换成直流电并降压处理后，串联或并联输出。两路或两路以上隔离的稳定的直流输出串联可以实现输出电压相加；如果输出电压相等，两路输出并联可以实现输出电流相加，即对应不同的电压需求，都能实现负载满功率输出。
优选地，所述全桥整流电路包括多个功率二极管和/或可控硅晶闸管。所述全桥整流电路可采用同步整流技术，即所述多个功率二极管和/或可控硅晶闸管部分或全部替换为金属-氧化物半导体场效应晶体管，实现降低损耗的目的。
优选地，所述非隔离式降压开关电源电路包括续流二极管、电容、功率开关器件和电感。为降低损耗，所述功率开关器件使用金属-氧化物半导体场效应晶体管。所述非隔离式降压开关电源电路采用同步整流技术，即所述续流二极管替换金属-氧化物半导体场效应晶体管，实现降低损耗的目的。
优选地，所述整流控制器还包括控制单元，该控制单元通过检测外部负载的电压或电流反馈信号，调节功率开关器件的PWM脉宽，实现稳定的直流输出。
本发明的有益效果是：采用多极多相永磁同步发电机和基于非隔离式降压开关电源(BUCK)电路的整流控制器，提高整机的效率、降低稳压电路的复杂性，降低成本提高***可靠性，同时通过对隔离的整流控制器器串联或并联实现不同输出电压情况下机组的满功率输出。
附图说明
图1是本发明实施例1；
图2是本发明实施例2；
图3是本发明实施例3；
图4是本发明实施例4；
图5(a)、图5(b)是两种采用同步整流技术的全桥整流电路原理示意图；
图6是采用同步整流技术的非隔离式降压开关电源电路原理示意图。
图中：1，永磁发电机；2，整流控制器；11a、11b，永磁发电机组两套独立三相绕组；20-25、20a-25a、20b-25b，功率二极管；26、26a、26b、26c、26d，续流二极管；27、27a、27b、27c、27d，功率开关器件；28、28a、28b、28c、28d，电感；29、29a、29b，电容；21’-27’，金属-氧化物半导体场效应晶体管。
具体实施方式
下面结合实施例作进一步说明：
实施例1
如图1所示，直流发电机组包括永磁发电机1和整流控制器2，永磁发电机1具有两套三相绕组，整流控制器2具有两路可隔离的全桥整流稳压电路，全桥整流稳压电路包括全桥整流电路和两相非隔离式降压开关电源电路；第一套三相绕组11a发出三相交流电经过功率二极管20a-25a组成的全桥整流电路转换成直流电输出。该直流电输出一路经过由续流二极管26a、功率开关器件27a、电感28a、电容29a组成的一相非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)；另一路经过由续流二极管26b、功率开关器件27b、电感28b、电容29a组成另一相非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)。两相降压电路交错并联，可通过控制单元(图中未示出)控制两相降压电路的移相交错并联，该控制单元还检测输出电压或电流反馈信号，调节功率开关器件27a、27b的PWM脉宽，实现一路稳定的直流输出。
同理，永磁发电机1的第二套三相绕组11b发出三相交流电经过功率二极管组成20b-25b的全桥整流电路转换成直流电输出。该直流电输出一路经过由续流二极管26c、功率开关器件27c、电感28c、电容29b组成的一相非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)，另一路经过由26d续流二极管、功率开关器件27d、电感28d、电容29b组成另一相非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)，两相降压电路交错并联，可通过控制单元(图中未示出)控制两相降压电路的移相交错并联，该控制单元还检测输出电压或电流反馈信号，调节功率开关器件27c、27d的PWM脉宽，实现另一路稳定的直流输出。
上述两路隔离的稳定的直流输出电路串联可以实现输出电压相加；如果输出电压相等，两路输出并联可以实现输出电流相加，即对应不同的电压需求，都能实现负载满功率输出。
实施例2
如图2所示，直流发电机组包括永磁发电机1和整流控制器2，永磁发电机1具有两套三相绕组，整流控制器2具有两路可隔离的全桥整流稳压电路，全桥整流稳压电路包括全桥整流电路和非隔离式降压开关电源电路；永磁发电机1的第一套三相绕组11a发出三相交流电经过功率二极管20a-25a组成的全桥整流电路转换成直流电输出。该直流电输出经过由续流二极管26a、功率开关器件27a、电感28a、电容29a组成的一路非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)，该降压电路通过检测输出电压或电流反馈信号，调节功率开关器件27a的PWM脉宽，实现一路稳定的直流输出。
同理，永磁发电机1的第二套三相绕组11b发出三相交流电经过功率二极管20b-25b组成的全桥整流电路转换成直流电输出。该直流电输出一路经过由续流二极管26c、功率开关器件27c、电感28c、电容29b组成的另一路非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)，该降压电路同样通过检测输出电压或电流反馈信号，调节功率开关器件27c的PWM脉宽，实现另一路稳定的直流输出。
上述两路隔离的稳定的直流输出电路串联可以实现输出电压相加；如果输出电压相等，两路输出并联可以实现输出电流相加，即对应不同的电压需求，都能实现负载满功率输出。
实施例3
如图3所示，直流发电机组包括永磁发电机1和整流控制器2，永磁发电机1具有一套三相绕组，整流控制器2具有全桥整流电路和两相非隔离式降压开关电源电路；永磁发电机1具有一个三相绕组，发出的三相交流电经功率二极管20-25整流成直流电；续流二极管26a、功率开关器件27a、电感28a、电容29a组成一相非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)，同理续流二极管26b、功率开关器件27b、电感28b、电容29a组成另一相非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)，上述两相BUCK降压电路交错并联，可通过控制单元(图中未示出)实现移相并联控制，控制单元通过检测负载电压或电流反馈信号，调节功率开关器件27a、27b的PWM脉宽，实现稳定的直流输出。
实施例4
如图4所示，直流发电机组包括永磁发电机1和整流控制器2，永磁发电机1具有一套三相绕组，整流控制器2具有全桥整流电路和非隔离式降压开关电源电路；永磁发电机1具有一个三相绕组，发出的三相交流电经功率二极管20-25组成的全桥整流电路整流成直流电，该直流电经过由续流二极管26、功率开关器件27、电感28、电容29组成的非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)降压输出比较稳定的直流电供给负载。
全桥整流电路与BUCK降压电路构成整流控制器，整流控制器还包括控制单元，当负载变化，或永磁发电机转速变化造成整流桥输出电压变化时，该控制单元根据负载电压或电流反馈自动调整功率开关器件27的PWM脉宽，来实现输出电压或电流稳定。
实施例5
如图5(a)所示，全桥整流电路采用同步整流技术，其中下桥臂采用金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(23’-25’)取代功率二极管，实现降低损耗的目的。
实施例6
如图5(b)所示，全桥整流电路采用同步整流技术，采用金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(20’-25’)取代功率二极管，实现降低损耗的目的。
实施例7
如图6所示，非隔离式降压开关电源电路(BUCK降压电路)采用同步整流技术，采用金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(26’)来取代续流二极管续流，实现降低损耗的目的；功率开关器件也采用金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(27’)。
全桥整流电路中的功率二极管也可以使用可控硅晶闸管代替，当然，为降低损耗，可控硅晶闸管也可以部分或全部地使用金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET替代。
Claims (10)
1.一种直流发电机组，其特征在于：包括永磁发电机和整流控制器；所述永磁发电机具有三相或三相以上绕组，其极数多于两极；所述整流控制器包括全桥整流电路、非隔离式降压开关电源电路；所述全桥整流电路用于将所述永磁发电机发出的交流电转换成直流电并输出；所述非隔离式降压开关电源电路用于对所述全桥整流电路输出的直流电进行降压处理，实现稳定的直流输出。
2.一种直流发电机组，其特征在于：包括永磁发电机和整流控制器；所述永磁发电机具有三相或三相以上绕组，其极数多于两极，该永磁发电机具有两套或两套以上完全隔离的绕组；所述整流控制器具有两路或两路以上可隔离的全桥整流稳压电路，所述全桥整流稳压电路与所述永磁发电机组的绕组一一对应；所述全桥整流稳压电路包括全桥整流电路和非隔离式降压开关电源电路；所述全桥整流电路用于将所述永磁发电机发出的交流电转换成直流电并输出；所述非隔离式降压开关电源电路用于对所述全桥整流电路输出的直流电进行降压处理，实现稳定的直流输出。
3.如权利要求1所述的直流发电机组，其特征在于：所述整流控制器包括两相或两相以上的非隔离式降压开关电源电路，该两相或两相以上的非隔离式降压开关电源电路交错并联。
4.如权利要求2所述的直流发电机组，其特征在于：所述全桥整流稳压电路包括两相或两相以上的非隔离式降压开关电源电路，该两相或两相以上的非隔离式降压开关电源电路交错并联。
5.如权利要求2或4所述的直流发电机组，其特征在于：每套绕组发出的交流电转换成直流电并降压处理后，串联或并联输出。
6.如权利要求1或2所述的直流发电机组，其特征在于：所述全桥整流电路包括多个功率二极管和/或可控硅晶闸管。
7.如权利要求6所述的直流发电机组，其特征在于：所述全桥整流电路采用同步整流技术，即所述多个功率二极管和/或可控硅晶闸管部分或全部替换为金属-氧化物半导体场效应晶体管。
8.如权利要求1或2所述的直流发电机组，其特征在于：所述非隔离式降压开关电源电路包括续流二极管、电容、功率开关器件和电感。
9.如权利要求8所述的直流发电机组，其特征在于：所述非隔离式降压开关电源电路采用同步整流技术，即所述续流二极管替换为金属-氧化物半导体场效应晶体管。
10.如权利要求8所述的直流发电机组，其特征在于：所述整流控制器还包括控制单元，该控制单元通过检测外部负载的电压或电流反馈信号，调节功率开关器件的PWM脉宽，实现稳定的直流输出。
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