一种船用三相380V输入高功率因数高压净化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三相380V输入高功率因数高压净化电源装置，包括三相单开关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12kV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0.95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，该高压净化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，该高压净化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。

【技术实现步骤摘要】
一种船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置
本专利技术涉及船用三相380V输入高压静电净化电源
，具体是一种船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置。
技术介绍
船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置，是一种新颖的智能化高压净化电源装置，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。船舶三相380V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”船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置，用于替代变压器低频升压整流、高频不控整流等传统高压净化电源装置，以实现船舶三相380V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：一种船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置，包括三相单开关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；所述三相单开关PFC功率单元，用于将380V三相三线输入电源变换成稳定的直流800V电源输出，供后级双管正激DC-DC功率变换单元使用，同时使380V网侧电源的输入功率因数达0.95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，用于将前级三相单开关PFC功率单元输出直流800V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2kV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2kV左右的高频脉冲波倍压整流成12kV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净化电源装置发送的开关命令。其中，所述三相单开关PFC功率单元包括三个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。控制电路由电压环和电流环两种电路构成，电压环电路起主要作用，输出电压经过电阻分压，与参考电压的误差经过放大后与三角波比较，来控制功率管的开关动作，采用UC1525等专用集成控制芯片进行PWM脉宽信号的产生和调理；电流环用于防止母线过流，起到电路限流功能，其不直接参与输出电压控制；三相单开关PFC电路开关频率设置在40kHz，远高于电网频率50Hz，在一个开关周期内，输入电压近似不变，开关导通期间，加在三个Boost电感上的电压分别为各相此时的相电压，电感电流线性上升，在这期间各相的电流峰值正比于对应各相相电压瞬时值，由于电流脉冲在开始时为零，这样它们的平均值按正弦规律变化，以实现功率因数校正的功能。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2kV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12kV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0.95以上，有效地降低了网侧输入无功损耗及谐波干扰；此外，该高压净化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为本专利技术实施例中三相单开关PFC电路及其控制电路。图2为本专利技术实施例中三相单开关PFCBoost电感上电流波形。图3为本专利技术实施例中三相单开关PFC各阶段等效电路；图中：(a)T1期间；(b)T2期间；(c)T3期间；(d)T4期间。图4为本专利技术实施例中三相单开关PFC输入相电流波形与M关系。图5为本专利技术实施例中双管正激DC-DC功率变换单元主电路。图6为本专利技术实施例中双管正激DC-DC功率变换单元电流控制环。图7为本专利技术实施例中双管正激DC-DC功率变换单元电压控制环。图8为本专利技术实施例中双管正激DC-DC功率变换单元UC1845控制电路。图9为本专利技术实施例中倍压整流功率单元。图10为本专利技术实施例一种船用三相380V输入高功率因数高压净化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10所示，本专利技术实施例提供了一种船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置，包括三相单开关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；本专利技术所述三相单开关PFC电路及其控制框图如图1所示，三相单开关PFC电路可以看成是单相电流断续PFC在三相电路中的延伸。控制电路电压环起主要作用，输出电压经过电阻分压，与参考电压的误差经过放大后与三角波比较，来控制功率管的开关动作，采用UC1525等专用集成控制芯片进行PWM脉宽信号的产生和调理；电流环用于防止母线过流，起到电路限流功能，其不直接参与输出电压控制。三相单开关PFC电路开关频率设置在40kHz，远高于电网频率50Hz，在一个开关周期内，输入电压近似不变，开关导通期间，加在三个Boost电感上的电压分别为各相此时的相电压，电感电流线性上升，在这期间各相的电流峰值正比于对应各相相电压瞬时值，由于电流脉冲在开始时为零，这样它们的平均值按正弦规律变化，以实现功率因数校正的功能。设三相单开关PFC的主要参数：Vo为输出直流电压，D为开关占空比，fs为开关频率，L为Boost电感值，M为升压比，定义本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置，其特征在于：包括三相单开关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；所述三相单开关PFC功率单元，用于将380V三相三线输入电源变换成稳定的直流800V电源输出，供后级双管正激DC‑DC功率变换单元使用，同时使380V网侧电源的输入功率因数达0.95以上；所述双管正激DC‑DC功率变换单元，用于将前级三相单开关PFC功率单元输出直流800V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2kV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2kV左右的高频脉冲波倍压整流成12kV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净化电源装置发送的开关命令。

【技术特征摘要】
1.一种船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置，其特征在于：包括三相单开关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；所述三相单开关PFC功率单元，用于将380V三相三线输入电源变换成稳定的直流800V电源输出，供后级双管正激DC-DC功率变换单元使用，同时使380V网侧电源的输入功率因数达0.95以上；所述双管正激DC-DC功率变换单元，用于将前级三相单开关PFC功率单元输出直流800V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2kV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2kV左右的高频脉冲波倍压整流成12kV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净化电源装置发送的开关命令。2.如权利要求1所述一种船用三相380V输入高功率因数高压净化电源装置，其特征在于：所述三相单开关PFC功率单元包括三个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；。控制电路由电压环和电流环两种电路构成，电压环电路起主要作用，输出电压经过电阻分压，与参考电压的误差经过放大后与三角波比较，来控制功率管的开关动作，采用专用集成控制芯片进行PWM脉宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：章建峰，王文彬，李红，陈清，林巍，邵晓华，郁敏奇，周健，
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