一种模块化大功率高频开关电源制造技术

本发明专利技术提供一种模块化大功率高频开关电源，其特征在于包括三相交流EMI滤波器(1)、整流滤波电路(2)、高压直流母线（中间环节）(3)、开关变换器模块(4)、电压及电流检测单元(5)、输出直流母线(6)、柜内总线(7)、总控单元(8)，其中总控单元(8)还通过柜外现场总线接口（PROFIBUS）(9)与外部设备进行相连。本发明专利技术具有可维护性、可替换性及生产统一性的特点，此装置可做成模块化的开关电源装置，多个装置并联不等数量的标准开关变换器模块即可实现不同的功率需求，以满足不同的现场工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化大功率高频开关电源
本专利技术专利属于电力电子技术中低电压高电流的大功率高频开关电源领域，将DSP(DigitalSignalProcessing数字信号处理)作为控制核心，控制整个电路的大功率高频开关电源。
技术介绍
现有国内外的大功率电源主要分为两类：(1)工频整流式电源，(2)开关电源。工频整流式电源：体积大、笨重、能耗高，由于大多采用双反星可控硅全桥移相整流拓扑结构，谐波含量高，会对电网造成较大的电磁干扰，功率因数也相对较低。开关电源：功率密度高，动态性能好，适应性强，有利于实现工艺过程自动化和智能化控制等显著的优点。目前少数高频开关型电源主要限于小功率容量级别(2000A以下)，而国外同类设备价格过于昂贵。因此，大功率开关电源具有广泛的应用前景，是当前国内外研究、开发、应用的主流和方向。
技术实现思路
本专利技术专利所要解决的技术问题是，研制一种大功率高频开关电源，输入电压为三相380V，负载电流根据工艺及电镀池的不同通常在5000A-12000A之间，电压会在24V-48V之间变化。采用模块化结构来实现可维护性、可替换性及生产统一性。本专利技术专利所采用的技术方案是：一种模块化大功率高频开关电源，其特征在于包括三相交流EMI滤波器(1)、整流滤波电路(2)、高压直流母线（中间环节）(3)、开关变换器模块(4)、电压及电流检测单元(5)、输出直流母线(6)、柜内总线(7)、总控单元(8)，其中总控单元(8)还通过柜外现场总线接口（PROFIBUS）(9)与外部设备进行相连。所述的三相交流EMI滤波器(1)由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波电路组成。所述的整流滤波电路(2)向高压直流母线（中间环节）(3)提供DC500V左右的供电。。所述的高压直流母线（中间环节）(3)和输出直流母线(6)用于并联不等数量的标准开关变换器模块即可实现不同的功率需求，以满足不同的现场工艺。所述的开关变换器模块(4)为标准化的1000A/48V（48KW）容量。所述的电压及电流检测单元(5)用于检测输出直流母线(6)上的电压、电流同时可以使总控单元(8)对所测数值进行实时监控。所述的输出直流母线(6)用于与负载进行连接。所述的柜内总线(7)用于开关变换器模块(4)与总控单元(8)进行数据传输。所述的全数字控制板核心总控单元(8)采用了DSP产品，用于对系统的控制。附图说明图1是本专利技术专利一种模块化大功率高频开关电源的系统框图。图2是本专利技术专利一种模块化大功率高频开关电源的独立交换器的原理图。图3是本专利技术专利一种模块化大功率高频开关电源的总控单元(8)的DSP功能原理图。图4是本专利技术专利一种模块化大功率高频开关电源采用ZVZCS技术的全桥变换器电路原理图。附图标记：图1大功率高频开关电源的系统框图；图2独立交换器的原理图；图3DSP功能原理图；图4全桥变换器电路原理图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术专利作进一步说明。本一种模块化大功率高频开关电源主要用于低电压高电流的大功率高频开关电源领域。如图1所示，一种模块化大功率高频开关电源，其特征在于包括三相交流EMI滤波器(1)、整流滤波电路(2)、高压直流母线（中间环节）(3)、开关变换器模块(4)、电压及电流检测单元(5)、输出直流母线(6)、柜内总线(7)、总控单元(8)，其中总控单元(8)还通过柜外现场总线接口（PROFIBUS）(9)与外部设备进行相连。如图2所示,所述的开关变换器模块(4)，通过DC/AC环节经高频脉冲变压器（磁芯采用超微晶材料）最终整流输出为直流。DC/AC环节采用了IGBT产品，两只模块组成全桥拓扑结构。驱动器包含了最佳并安全驱动相关IGBT模块需要的所有元件：为了使开关损耗最小化的最小的门极电阻，门极钳位，有效钳位二极管（关断时的过压保护），Vce监控（短路保护），以及输入电气连接器。甚至，还包含了设置关断跳闸电位，响应时间和两个通道之间死区时间的相关设置功能。如图3所示,所述的总控单元(8)DSP功能原理图。如图4所示,采用ZVZCS技术的全桥变换器，减小了电流与电压应力，降低了开关损耗，在提高了电源效率的同时，也使得产品的可靠性大幅度提升。采用全桥移相式电路拓扑结构，并通过软开关技术及同步整流等相关技术。传统的全桥PWM变换器所采用硬开关技术。本文在设计中引入了软开关技术。本专利技术专利的输出回路设计，由于输出回路不同于一般产品所采用的全波整流电路，因此采用的是全桥整流电路。采用肖特基二极管（200A,60V）多只并联，普通二极管不可以并联使用，但由于肖特基二极管为负温度系数，因此可以利用同一并联的不同温度实现其正向伏安特性的自适应，进而达到动态均流效果。本专利技术专利由于采用上述结构，具有可维护性、可替换性及生产统一性的特点，采用了模块化结构来实现。该电源采用ZVZCS技术高功率因数整流方案，很好地解决了电源的电流严重畸变问题；使用全桥软开关技术，使功率器件实现零电压软开关，减小了开关损耗及噪声，提高了效率。基于DSP的大功率开关电源，充分利用DSP的高速运算能力和丰富的片内外设资源；控制电路采用稳压稳流自动转换方案，实现了输出稳压稳流的自动切换，提高了输出性能；通过变压器的功率合成方式，增大了电源容量，满足了大功率应用场合的需求。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术专利的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术专利的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化大功率高频开关电源，其特征在于包括三相交流EMI滤波器(1) 、整流滤波电路(2)、高压直流母线（中间环节）(3)、开关变换器模块(4)、电压及电流检测单元(5) 、输出直流母线(6) 、柜内总线(7) 、总控单元(8)，其中总控单元(8)还通过柜外现场总线接口（PROFIBUS）(9)与外部设备进行相连。

【技术特征摘要】
1.一种模块化大功率高频开关电源，其特征在于包括三相交流EMI滤波器(1)、整流滤波电路(2)、高压直流母线（中间环节）(3)、开关变换器模块(4)、电压及电流检测单元(5)、输出直流母线(6)、柜内总线(7)、总控单元(8)，其中总控单元(8)还通过柜外现场总线接口（PROFIBUS）(9)与外部设备进行相连。2.根据权利要求1所述的一种模块化大功率高频开关电源，其特征在于：所述的开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡山，李猛，陈志亮，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12