一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源制造技术

本发明专利技术公开了一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源，开关电源的主电路包括：采用冗余结构的功率模块并联电路，所述功率模块并联电路的输入端与三相配电电路连接，所述功率模块并联电路包括N+1个并联连接的功率模块，N值大于等于1，每个功率模块具有相同的内部结构，采用IGBT作为主功率开关器件，每个功率模块有单独的断路器进行主电分合闸控制，开关电源的控制电路通过数字控制技术产生电流型PWM驱动脉冲，实现对IGBT的通断控制。将电压型的控制方式提升为电流型控制，控制精度更高，均流效果更好，在大功率n+1备份方案中，各个单元的均衡控制更加一致，可实现电流电压的同升同降。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源，特别是一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源。
技术介绍
目前，高频开关电源的输出波形有：连续直流、直流正弦半波及脉冲等波形形式，所述脉冲波形还可以具体细化分为：正向脉冲、反向脉冲、双向脉冲及直流叠加脉冲等波形形式。不同输出波形可分别由不同电源独立实现，亦可在一台电源中集成实现多种输出波形。现有技术中，晶闸管工频相控整流电源方案如图1.a、1.b所示，利用单相桥式半控整流电路，可实现直流正弦半波和连续直流两种输出波形形式。为实现降压和电气隔离，需要增加工频变压器。该方案存在以下缺点：(1)存在庞大笨重的工频变压器，为避免电网三相不平衡问题，变压器需考虑平衡变压器(T-Scott)设计方案；(2)直流正弦半波输出时，工频变压器二次侧电流中存在直流分量，容易造成铁芯直流磁化，使铁芯工作在磁饱和附近。为防止磁饱和现象的发生，变压器铁芯中需增加气隙，从而使铁芯磁阻增大，效率降低；(3)连续直流输出时，为满足电源纹波要求，工频滤波较高频滤波回路设计困难；(4)晶闸管工频相控整流方案，存在功率因数低，谐波电流大，动态调节速度慢，稳定性差的问题；(5)此方案无法实现脉冲波形输出，且直流正弦半波频率固定(50Hz)不可调。（6）由于采用电压型脉宽调制方案，其控制精度低，均流效果一般。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源，开关电源的主电路包括：采用冗余结构的功率模块并联电路，所述功率模块并联电路的输入端与三相配电电路连接，输出端与全桥换向电路连接，所述功率模块并联电路包括N+1个并联连接的功率模块，N值大于等于1，每个功率模块具有相同的内部结构，采用IGBT作为主功率开关器件，每个功率模块有单独的断路器进行主电分合闸控制，开关电源的控制电路通过数字控制技术产生电流型PWM驱动脉冲，实现对IGBT的通断控制。在上述技术方案的基础上，通过移相PWM控制策略,可实现所述主功率开关器件IGBT工作在零电压开关ZVS的软开关环境下。在上述技术方案的基础上，所述功率模块包括：依次连接的三相不控整流及滤波电路、高频逆变电路、超微晶变压器、次级全波整流滤波电路；高频逆变电路、超微晶变压器和次级全波整流滤波电路构成移相全桥ZVS变换器。在上述技术方案的基础上，所述次级全波整流滤波电路为快恢复二极管全波整流滤波电路。在上述技术方案的基础上，所述全桥换向电路用于实现多种脉冲波形的输出，采用IGBT作为换向开关器件，通过数字控制技术实现对IGBT的通断控制。在上述技术方案的基础上，所述开关电源的控制电路包括高速的数字处理芯片，所述高速的数字处理芯片集成了AD采样、DA输出、铁电存储、PWM脉冲生成及用于实现各种保护检测功能的保护检测模块。在上述技术方案的基础上，所述移相全桥ZVS变换器包括：主功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4，反并联二极管D1、D2、D3、D4，主功率开关管的等效输出电容C1、C2、C3、C4，主功率开关管Q1、反并联二极管D1、主功率开关管的等效输出电容C1并联，主功率开关管Q2、反并联二极管D2、主功率开关管的等效输出电容C2并联，主功率开关管Q3、反并联二极管D3、主功率开关管的等效输出电容C3并联，主功率开关管Q4、反并联二极管D4、主功率开关管的等效输出电容C4并联；变压器Tr原边串联隔直电容Cb和谐振电感Lr，副边分别接二极管D5、二极管D6阳极；滤波电感Lf和滤波电容Cf构成输出滤波电路，其输入端分别与二极管D5、二极管D6阴极及变压器中间抽头相连，输出端与负载RL并联。在上述技术方案的基础上，所述全桥换向电路包括：换向开关管S1、S2、S3、S4，换向开关管S1与换向开关管S3串联构成一半桥支路，换向开关管S2与换向开关管S4串联构成另一半桥支路，两半桥支路的中间输出节点连接负载两端。本专利技术的电流型整流控制N+1备份高频开关电源，具有以下优点：1、将电压型的控制方式提升为电流型控制，控制精度更高，均流效果更好，在大功率n+1备份方案中，各个单元的均衡控制更加一致，可实现电流电压的同升同降。电流均值误差小于50A，实现了超大功率的N+1备份高频开关电源的稳定运行。2、高频高效的超微晶变压器及移相全桥ZVS变换器，提高了电源效率和功率密度；3、并联冗余结构及相关控制技术的应用，在提高电源可靠性的同时，为开关电源设计容量的进一步提升提供了思路；4、数字化的设计思路，在不改变硬件环境的前提下，尝试不同的控制策略和优化方案满足不同情况下的不同需要，提高了系统开发的开放性和兼容性；5、增加全桥换向拓扑，实现电源系统脉冲波形输出。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的说明。图1.a晶闸管工频相控整流电源方案平衡变压器；图1.b晶闸管工频相控整流电源方案单相桥式半控整流电路；图2本专利技术的系统拓扑构成图；图3移相全桥ZVS变换器；图4全桥换向电路。具体实施方式如图2、3、4所示，本专利技术的电流型整流控制N+1备份高频开关电源，包括：主电路和控制电路，开关电源的主电路包括：采用冗余结构的功率模块并联电路，所述功率模块并联电路的输入端与三相配电电路连接，输出端与全桥换向电路连接，所述功率模块并联电路包括N+1个并联连接的功率模块，N值大于等于1，每个功率模块具有相同的内部结构，采用IGBT作为主功率开关 器件，每个功率模块有单独的断路器进行主电分合闸控制，开关电源的控制电路通过数字控制技术产生电流型PWM驱动脉冲，实现对IGBT的通断控制。本专利技术的电流型整流控制N+1备份高频开关电，通过移相PWM控制策略实现了功率模块内主功率开关器件IGBT的零电压开关(ZVS)，提高了电源的效率和功率密度；通过N+1个功率模块并联冗余结构克服了单个变压器功率受限的难题，同时，当其中1个功率模块出现故障退出工作后，剩余功率模块仍能正常运行，提高了系统的可靠性。在上述技术方案的基础上，所述功率模块包括：依次连接的三相不控整流及滤波电路、高频逆变电路、超微晶变压器、次级全波整流滤波电路，所述次级全波整流滤波电路为快恢复二极管全波整流滤波电路。高频逆变电路、超微晶变压器和次级全波整流滤波电路构成移相全桥ZVS变换器。在上述技术方案的基础上，所述全桥换向电路用于实现多种脉冲波形的输出，采用IGBT作为换向开关器件，通过数字控制技术实现对IGBT的通断控制。在上述技术方案的基础上，所述开关电源的控制电路采用全数字化设计理念，包括一高速的数字处理芯片，所述高速的数字处理芯片集成了AD采样、DA输出、铁电存储、PWM脉冲生成及用于实现各种保护检测功能的保护检测模块；数字处理芯片通过结合不同的数字控制策略和优化方案，在相同的硬件环境下满足不同的输出要求(直流输出、正弦半波输出及脉冲输出等)，提高了系统开发的开放性和兼容性。为充分理解本专利技术的内容，下面结合具体实施实例(2000A/110V电流型整流控制N+1备份高频开关电源)对本专利技术的技术方案做进一步介绍和说明，但不局限于此。图2为本专利技术所述的开关电源的系统拓扑构成图：三相380V进电经三相滤波器和接触器后，分别引入5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源，其特征在于，开关电源的主电路包括：采用冗余结构的功率模块并联电路，所述功率模块并联电路的输入端与三相配电电路连接，输出端与全桥换向电路连接，所述功率模块并联电路包括N+1个并联连接的功率模块，N值大于等于1，每个功率模块具有相同的内部结构，采用IGBT作为主功率开关器件，每个功率模块有单独的断路器进行主电分合闸控制，开关电源的控制电路通过数字控制技术产生电流型PWM驱动脉冲，实现对IGBT的通断控制。

【技术特征摘要】
1.一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源，其特征在于，开关电源的主电路包括：采用冗余结构的功率模块并联电路，所述功率模块并联电路的输入端与三相配电电路连接，输出端与全桥换向电路连接，所述功率模块并联电路包括N+1个并联连接的功率模块，N值大于等于1，每个功率模块具有相同的内部结构，采用IGBT作为主功率开关器件，每个功率模块有单独的断路器进行主电分合闸控制，开关电源的控制电路通过数字控制技术产生电流型PWM驱动脉冲，实现对IGBT的通断控制。2.根据权利要求1所述的一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源，其特征在于：所述功率模块包括：依次连接的三相不控整流及滤波电路、高频逆变电路、超微晶变压器、次级全波整流滤波电路；高频逆变电路、超微晶变压器和次级全波整流滤波电路构成移相全桥ZVS变换器。3.根据权利要求2所述的一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源，其特征在于：所述次级全波整流滤波电路为快恢复二极管全波整流滤波电路。4.根据权利要求1所述的一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源，其特征在于：所述全桥换向电路用于实现多种脉冲波形的输出，采用IGBT作为换向开关器件。5.根据权利要求1所述的一种电流型整流控制N+1备份高频开关电源，其特征在于：所述开关电源的控制电路包括高速的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：车康群，
申请(专利权)人：广东双核电气有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44