一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，包括单相PFC功率单元、双管正激DC‑DC功率变换单元、高频变压器、倍压整流功率单元、基于ARM的监控单元，能够产生可整定、限电压、限电流的10kV直流高压输出以净化空气，同时满负荷工作时三相输入电源的功率因数可达0.99以上，有效地降低了网侧输入无功损耗及谐波干扰；当高压负载侧发生短路时，该高压电源装置能够在微秒级时间内自动切断保护，并在短路故障消失后自动重启。此外，该高压电源装置亦能够对各功率单元的运行状态进行实时监测，并通过CAN网络向上级监控系统传输运行参数、故障信息等，同时接收上级监控系统发送的开关命令。

A single phase 220V input high power factor high voltage power supply for ship

The invention discloses a ship high-voltage power supply with high power factor input device for single-phase 220V, including single-phase PFC power unit, two transistorforward DC DC power conversion unit, high frequency transformer, voltage doubler rectifier power unit, monitoring unit based on ARM, which can produce 10kV DC high voltage output power, setting pressure, current limit to purify the air, and full load power factor can reach more than 0.99 of the three-phase input power supply, effectively reduce the network side input reactive power loss and harmonic interference; when the pressure load is short circuited, the high voltage power supply device can automatically cut off protection in the microsecond time, automatically restart and disappear in a short circuit fault after. In addition, the high voltage power supply device can also monitor the operation state of the power unit, and through the CAN network to the monitoring system of transmission parameters, fault information, and transmitting and receiving superior monitoring system command switch.

【技术实现步骤摘要】
一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置
本专利技术涉及船用单相220V输入高压静电净化电源
，具体是一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置。
技术介绍
船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，是一种新颖的智能化高压电源装置，具有高输入功率因数、高功率密度、无低频噪声、电磁干扰小、可靠性高、便于计算机远程控制等优越性能。船舶单相220V输入高压静电净化领域目前仍主要采用变压器低频升压整流、高频不控整流等传统电源技术，虽然技术成熟，但体积重量较大，功率密度低，低频噪声较大，网侧功率因数较低，对电网污染严重，且不适应船舶电气智能化发展的需求。因此，研制高性能、智能化、“绿色”船用单相220V输入高功率因数高压电源装置势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，用于替代变压器低频升压整流、高频不控整流等传统高压电源装置，以实现船舶单相220V输入高压静电净化领域高功率因数、高性能、智能化的发展需求。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，包括单相PFC功率单元、双管正激DC-DC功率变换单元、高频变压器、倍压整流功率单元、基于ARM的监控单元；所述单相PFC功率单元，用于将220V单相输入电源变换成稳定的直流400V电源输出，供后级双管正激DC-DC功率变换单元使用，同时使220V网侧电源的输入功率因数达0.99以上，有效降低网侧输入无功损耗及谐波干扰；所述双管正激DC-DC功率变换单元，用于将前级单相PFC功率单元输出直流400V电源变换成高频功率脉冲波，供高频变压器升压使用；采用碳化硅功率元件的该功率变换单元，是目前船用领域中小功率等级DC-DC隔离变换综合性能最优、最新颖的电路结构之一。所述高频变压器，用于将双管正激DC-DC功率变换单元输出的高频功率脉冲波升压至1.7kV左右的高频脉冲波，供后级倍压整流功率单元倍压使用；所述倍压整流功率单元，用于将高频变压器输出的1.7kV左右的高频脉冲波倍压整流成10kV直流电压，供高压空气净化使用。所述基于ARM的监控单元，用于对各功率组成单元的运行状态进行实时监测，并通过CAN网络向上级监控系统传输运行参数、故障信息，同时接收上级监控系统向该高压电源装置发送的开关命令。其中，所述单相PFC功率单元由一个Boost高频电感、六个功率二极管、一个碳化硅高频功率管及控制电路组成；控制电路采用ICE3PCS系列专用集成控制芯片进行PWM脉宽信号的产生和调理，其无需直接来自交流电源的正弦波参考信号，采用电流平均值控制方法，使得功率因数可以达到0.99。其中，所述双管正激DC-DC功率变换单元由两个碳化硅高频功率管、两个碳化硅快恢复二极管、RCD缓冲电路及控制电路构成；控制电路设计成基于电流型PWM控制芯片UC1845的恒流恒压双闭环控制模式；电路采集电流反馈信号和电压反馈信号进行PI调节，两个控制环的输出控制信号同时输入到UC1845的COMP脚，实现两路控制信号的低有效；采样元件将流经高频功率管的瞬时电流信号输入到UC1845的ISENSE脚，同时电路设计成软启动功能。其中，所述高频变压器采用符合船用条件的非晶及纳米晶软磁合金材料，并采用多股并绕工艺，实现将双管正激DC-DC功率变换单元输出的高频脉冲波升压至1.7kV左右高频脉冲波的目的。其中，所述倍压整流功率单元由12个高压二极管、9个高压电容组成，高压二极管选用低导通压降型号，高压电容选用低漏电流规格。其中，所述基于ARM的监控单元由ARM、信号调理电路、状态隔离电路、CAN通讯电路组成，实现电源装置运行状态的实时监测及与上级监控系统的通讯。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术能够产生可整定、限电压、限电流的10kV直流高压输出以净化空气，同时满负荷工作时三相输入电源的功率因数可达0.99以上，有效地降低了网侧输入无功损耗及谐波干扰；此外，该高压电源装置亦能够对各功率单元的运行状态进行实时监测，并通过CAN网络向上级监控系统传输运行参数、故障信息等，同时接收上级监控系统发送的开关命令。相较于传统的变压器低频升压整流、高频不控整流等船用高压电源装置，具有明显优势，因此在船舶领域具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术所介绍单相PFC功率单元；图2为本专利技术所介绍双管正激DC-DC功率变换单元主电路；图3为本专利技术所介绍双管正激DC-DC功率变换单元电流控制环；图4为本专利技术所介绍双管正激DC-DC功率变换单元电压控制环；图5为本专利技术所介绍双管正激DC-DC功率变换单元UC1845控制电路；图6为本专利技术所介绍倍压整流功率单元。图7为本专利技术实施例一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置的系统框图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图7所示，本专利技术实施例提供了一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，包括单相PFC功率单元、双管正激DC-DC功率变换单元、高频变压器、倍压整流功率单元、基于ARM的监控单元。本专利技术所述单相PFC功率单元如图1所示，整流电路为单相桥式不可控整流，主电路采用DC-DCBoost变换电路，基于ICE3PCS系列专用集成控制芯片的控制电路，内部包含有一个电压环电路、一个电流环电路及PWM控制器，采用电压、电流双闭环控制方式，电流反馈网络的取样信号是升压变换器的电感电流，电压反馈网络的取样信号是变换电路的输出电压。电压环电路正常工作时，输出电压基本保持恒定，该CCM升压型PFC控制电路的高频功率管关断占空比Doff正比于Vin，电流环电路调整电感电流的平均值，使它正比于关断占空比Doff，从而电使感电流的平均值正比于输入电压Vin，实现了功率因数校正的功能。图2为本专利技术所述双管正激DC-DC功率变换单元主电路，主要由两个碳化硅高频功率管、两个碳化硅快恢复二极管、高频功率管RCD缓冲电路构成。控制电路电流控制环和电压控制环，分别如图3和图4所示，采集电流反馈信号和电压反馈信号进行PI调节，两个控制环的输出控制信号VB同时输入到控制芯片UC1845的COMP脚，实现两路控制信号的低有效；使用高精度采样元件采样主电路流经碳化硅高频功率管的电流，将瞬时采样信号输入到UC1845的ISENSE脚，同时电路设计成软启动功能，UC1845控制电路如图5所示。采用碳化硅功率元件的双管正激DC-DC功率变换单元，是目前船用领域中小功率等级DC-DC隔离变换综合性能最优、最新颖的电路结构之一。本专利技术所述倍压整流功率单元如图6所示，主要由12个高压二极管和9个高压电容组成，形成高频变压器副边六倍压的整流能力。需要注意的是，为了保证稳定的、高质量10kV直流输出，高压二极管应选用低导通压降型号，高压电容应选用低漏电流规格。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，其特征在于：包括单相PFC功率单元、双管正激DC‑DC功率变换单元、高频变压器、倍压整流功率单元、基于ARM的监控单元；所述单相PFC功率单元，用于将220V单相输入电源变换成稳定的直流400V电源输出，供后级双管正激DC‑DC功率变换单元使用，同时使220V网侧电源的输入功率因数达0.99以上，；所述双管正激DC‑DC功率变换单元，用于将前级单相PFC功率单元输出直流400V电源变换成高频功率脉冲波，供高频变压器升压使用；所述高频变压器，用于将双管正激DC‑DC功率变换单元输出的高频功率脉冲波升压至1.7kV左右的高频脉冲波，供后级倍压整流功率单元倍压使用；所述倍压整流功率单元，用于将高频变压器输出的1.7kV左右的高频脉冲波倍压整流成10kV直流电压，供高压空气净化使用。所述基于ARM的监控单元，用于对各功率组成单元的运行状态进行实时监测，并通过CAN网络向上级监控系统传输运行参数、故障信息，同时接收上级监控系统向该高压电源装置发送的开关命令。

【技术特征摘要】
1.一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，其特征在于：包括单相PFC功率单元、双管正激DC-DC功率变换单元、高频变压器、倍压整流功率单元、基于ARM的监控单元；所述单相PFC功率单元，用于将220V单相输入电源变换成稳定的直流400V电源输出，供后级双管正激DC-DC功率变换单元使用，同时使220V网侧电源的输入功率因数达0.99以上，；所述双管正激DC-DC功率变换单元，用于将前级单相PFC功率单元输出直流400V电源变换成高频功率脉冲波，供高频变压器升压使用；所述高频变压器，用于将双管正激DC-DC功率变换单元输出的高频功率脉冲波升压至1.7kV左右的高频脉冲波，供后级倍压整流功率单元倍压使用；所述倍压整流功率单元，用于将高频变压器输出的1.7kV左右的高频脉冲波倍压整流成10kV直流电压，供高压空气净化使用。所述基于ARM的监控单元，用于对各功率组成单元的运行状态进行实时监测，并通过CAN网络向上级监控系统传输运行参数、故障信息，同时接收上级监控系统向该高压电源装置发送的开关命令。2.如权利要求1所述一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，其特征在于：所述单相PFC功率单元由一个Boost高频电感、六个功率二极管、一个碳化硅高频功率管及控制电路组成；控制电路采用ICE3PCS系列专用集成控制芯片进行PWM脉宽信号的产生和调理，其无需直接来自交流电源的正弦波参考信号，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：章建峰，王文彬，陈清，林巍，戴君煜，王一帆，张双刀，顾思琪，
申请(专利权)人：上海嘉洲环保机电设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31