CN202026242U - 基于电流源模式的高频高压直流开关电源 - Google Patents

Abstract

一种基于电流源模式的高频高压直流开关电源，包括电压源模块、电感电路单元、逆变模块和整流模块；电压源模块包括三相交流电源、三相相控整流桥、第一电感和第一电容，电感电路单元包括第一功率电阻、第二功率电阻、二极管、第二电容和第二电感，逆变模块包括逆变桥和逆变变压器，整流模块包括整流桥和第三电容。本实用新型的高压输出端动态特性呈近似恒流源特性，去除了传统的高频高压输出滤波电感，降低了其故障率和开关损耗，彻底解决了电压源模式中逆变变压器的偏磁问题；具备软启动能力，可以建立控制反馈环路实现自动稳压功能；引入了电感开路续流保护电路，解决了电流源模式开关电源的逆变桥开路后的电感续流问题。

Description

基于电流源模式的高频高压直流开关电源

技术领域

本实用新型涉及一种开关电源装置，具体地说是一种基于电流源模式的高频高压直流开关电源。

背景技术

电流源(Current Source)模式的逆变电路在超大功率应用领域获得广泛应用，例如在交流传动、感应加热、电厂无功补偿与直流电机驱动等。在超大功率应用领域，电流源模式的逆变电路大多采用可关断晶闸管(GTO)或大功率晶体管(GTR)之类的低速自关断开关器件作为开关。

中小功率直流开关电源的主电路大多采用以绝缘栅双极性晶体管(IGBT)或场效应晶体管(MOSFET)为开关的电压源模式的逆变电路。这种结构的直流开关电源有如下问题，限制了其在直流高电压大功率领域的应用：

1)逆变器输出侧需要滤波电感，在输出电压很高时，输出电感工艺复杂、体积大、成本高；

2)输出侧整流电路的快恢复二极管或高压硅堆的反向恢复特性很差，很容易造成二极管或高压硅堆击穿；

3)随功率变大，逆变变压器的磁不对称问题很难解决，容易造成逆变桥开关过流烧毁。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型提供了一种基于电流源模式的高频高压直流开关电源，其主要用作中大功率高压直流开关电源，不仅体积小、成本低，而且性能好。

本实用新型解决其技术问题采取的技术方案是：基于电流源模式的高频高压直流开关电源，包括电压源模块、逆变模块和整流模块，其特征是，还包括电感电路单元；

所述电压源模块包括三相交流电源、三相相控整流桥、第一电感和第一电容，所述电感电路单元包括第一功率电阻、第二功率电阻、二极管、第二电容和第二电感，所述逆变模块包括逆变桥和逆变变压器，所述整流模块包括整流桥和第三电容；

其中，所述三相相控整流桥输入侧的A端、B端和C端分别与三相交流电源输出侧的A端、B端和C端相连接，三相相控整流桥的正极输出端与第一电感的一端相连接，负极输出端与第一电容的一端和逆变桥的负极输入端相连接；所述第一电感的另一端与第一电容的另一端、第一功率电阻的一端和第二电感的一端相连接；所述二极管的一端与第一功率电阻的另一端相连接，另一端与第二功率电阻的一端和第二电容的正极端相连接；所述逆变桥的正极输入端与第二电感的另一端、第二功率电阻的另一端和第二电容的负极端相连接；所述逆变变压器的输入侧分别与逆变桥输出侧的A端和B端相连接，输出侧分别与整流桥输入侧的A端和B端相连接；；所述整流桥的正极输出端与第三电容的一端和负载的正极相连接，负极输出端与第三电容的另一端和负载的负极相连接。

所述三相相控整流桥的开关元器件采用可关断晶闸管。

所述逆变桥的开关元器件采用绝缘栅双极性晶体管或场效应晶体管。

所述整流桥的开关元器件采用高压硅堆。

所述的第一电感与第一电容构成低通滤波器。

所述的第一功率电阻和二极管以及第二功率电阻与第二电容并联的电路单元顺序串联构成电感开路续流保护电路单元。

进一步地，所述三相相控整流桥的G端连接有第一脉冲控制电路1。

所述逆变桥的G端连接有第二脉冲控制电路。

本实用新型的有益效果是：

1)构成一种基于电流源模式的高频开关电源。其高压输出端动态特性呈近似恒流源特性，去除了传统的体积大、工艺复杂、成本昂贵的高频高压输出滤波电感；显著降低了高压输出侧整流桥的高压硅堆在反向恢复期的di/dt，明显降低了其故障率和开关损耗；显著降低了逆变桥的开关管的通/断应力和损耗，彻底解决了电压源模式中逆变变压器的偏磁问题，大幅提高了***可靠性。

2)以相控整流桥为主构成了电流可调电流源。不仅具备软启动能力；而且如果在三相相控整流桥和逆变桥的脉冲控制电路与输出的电压电流之间建立反馈环路，可实现自动稳压功能。

3)引入了由第一功率电阻、快恢复的二极管、第二功率电阻和大容量单极性第二电容构成的电感开路续流保护电路。当开关电源负载过流或负载异常，需快速关断逆变桥时，电感开路续流保护电路起到续流和吸收逆变桥直流侧尖峰电压作用，成功解决了电流源模式开关电源的逆变桥开路后的电感续流问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，该基于电流源模式的高频高压直流开关电源，包括电压源模块、电感电路单元、逆变模块和整流模块。所述电压源模块包括三相交流电源VS、开关元器件采用可关断晶闸管的三相相控整流桥BD1、第一电感L1和第一电容C1，所述电感电路单元包括第一功率电阻R1、第二功率电阻R2、二极管D1和第二电容C2，所述逆变模块包括开关元器件采用绝缘栅双极性晶体管或场效应晶体管的逆变桥BD2和逆变变压器T1，所述整流模块包括关元器件采用高压硅堆的整流桥BD3和第三电容C3；所述的第一电感L1与第一电容C1构成低通滤波器；所述三相相控整流桥BD1的G端连接有第一脉冲控制电路CU1，所述逆变桥BD2的G端连接有第二脉冲控制电路CU2。

如图2所示，所述三相相控整流桥BD1输入侧的A端、B端和C端分别与三相交流电源VS输出侧的A端、B端和C端相连接，三相相控整流桥BD1的正极输出端与第一电感L1的一端相连接，负极输出端与第一电容C1的一端和逆变桥BD2的负极输入端相连接；所述第一电感L1的另一端与第一电容C1的另一端、第一功率电阻R1的一端和第二电感L2的一端相连接；所述二极管D1的一端与第一功率电阻R1的另一端相连接，另一端与第二功率电阻R2的一端和第二电容C2的正极端相连接；所述逆变桥BD2的正极输入端与第二电感L2的另一端、第二功率电阻R2的另一端和第二电容C2的负极端相连接；所述逆变变压器T1的输入侧分别与逆变桥BD2输出侧的A端和B端相连接，输出侧分别与整流桥BD3输入侧的A端和B端相连接；所述整流桥BD3的正极输出端与第三电容C3的一端和负载ZL的正极相连接，负极输出端与第三电容C3的另一端和负载ZL的负极相连接。所述第一脉冲控制电路CU1与三相相控整流桥BD1的G端相连接，第二脉冲控制电路CU2与逆变桥BD2的G端相连接。

Claims (8)

1.基于电流源模式的高频高压直流开关电源，包括电压源模块、逆变模块和整流模块，其特征是，还包括电感电路单元；

所述电压源模块包括三相交流电源(VS)、三相相控整流桥(BD1)、第一电感(L1)和第一电容(C1)，所述电感电路单元包括第一功率电阻(R1)、二极管(D1)、第二功率电阻(R2)、第二电容(C2)和第二电感(L2)，所述逆变模块包括逆变桥(BD2)和逆变变压器(T1)，所述整流模块包括整流桥(BD3)和第三电容(C3)；

其中，所述三相相控整流桥(BD1)输入侧的A端、B端和C端分别与三相交流电源(VS)输出侧的A端、B端和C端相连接，三相相控整流桥(BD1)的正极输出端与第一电感(L1)的一端相连接，负极输出端与第一电容(C1)的一端和逆变桥(BD2)的负极输入端相连接；所述第一电感(L1)的另一端与第一电容(C1)的另一端、第一功率电阻(R1)的一端和第二电感(L2)的一端相连接；所述二极管(D1)的一端与第一功率电阻(R1)的另一端相连接，另一端与第二功率电阻(R2)的一端和第二电容(C2)的正极端相连接；所述逆变桥(BD2)的正极输入端与第二电感(L2)的另一端、第二功率电阻(R2)的另一端和第二电容(C2)的负极端相连接；所述逆变变压器(T1)的输入侧分别与逆变桥(BD2)输出侧的A端和B端相连接，输出侧分别与整流桥(BD3)输入侧的A端和B端相连接；所述整流桥(BD3)的正极输出端与第三电容(C3)的一端和负载(ZL)的正极相连接，负极输出端与第三电容(C3)的另一端和负载(ZL)的负极相连接。

2.根据权利要求1所述的基于电流源模式的高频高压直流开关电源，其特征是，所述三相相控整流桥(BD1)的开关元器件采用可关断晶闸管。

3.根据权利要求1所述的基于电流源模式的高频高压直流开关电源，其特征是，所述逆变桥(BD2)的开关元器件采用绝缘栅双极性晶体管或场效应晶体管。

4.根据权利要求1所述的基于电流源模式的高频高压直流开关电源，其特征是，所述整流桥(BD3)的开关元器件采用高压硅堆。

5.根据权利要求1所述的基于电流源模式的高频高压直流开关电源，其特征是，所述的第一电感(L1)与第一电容(C1)构成低通滤波器。

6.根据权利要求1所述的基于电流源模式的高频高压直流开关电源，其特征是，所述的第一功率电阻(R1)和二极管(D1)以及第二功率电阻(R2)与第二电容(C2)并联的电路单元顺序串联构成电感开路续流保护电路单元。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于电流源模式的高频高压直流开关电源，其特征是，所述三相相控整流桥(BD1)的G端连接有第一脉冲控制电路(CU1)。

8.根据权利要求1至6任一项所述的基于电流源模式的高频高压直流开关电源，其特征是，所述逆变桥(BD2)的G端连接有第二脉冲控制电路(CU2)。

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