一种串联谐振式恒流充电电源制造技术

本发明专利技术提供一种串联谐振式恒流充电电源的设计，其包括预处理组件，用于将城市电网中的三相交流电压转变成直流电压；IGBT全桥开关模块，与预处理组件通过电路连接，用于接收预处理组件输出的直流电压，并将直流电压转换成高频交流电压；转换组件，其输入端与IGBT全桥开关模块连接，用于转换高频交流电压，并输出直流高压；反馈组件，与转换组件电路连接，用于采集转换组件输出的直流高压信号和电流信号；控制组件，其输入端与反馈组件电路连接，输出端与IGBT全桥开关模块电路连接，接收反馈组件采集的直流高压信号，并生成控制信号控制IGBT全桥开关模块的导通和断开。本发明专利技术可适应宽范围负载变化，适用于向大容量负载储能电容充电，安全可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种串联谐振式恒流充电电源
本专利技术涉及应用于以电容器作为储能单元的脉冲功率系统的电容器充电电源，特别涉及一种提供千伏级充电电压的串联谐振式恒流充电电源。
技术介绍
脉冲功率系统是通过对脉冲能量进行时间压缩获得短脉冲、高功率的电装置，高压恒流充电电源作为脉冲功率系统的重要组成部分之一，按照应用需求对大容量储能电容充电，为脉冲功率系统提供初始能量。目前有三种比较成熟的电容器充电技术，包括带限流电阻的高压直流电源充电，工频谐振充电和高频开关变换器充电。带限流电阻的高压直流电源充电是通过充电限流电阻向储能电容器充电。这种方式能够保证电容在不放电时两端的电压始终与前面直流源电压相等，即始终可以被更新。这种技术简单可靠，成本较低，但是其缺点明显：充电效率低，一般不超过50％，因此只适用于低重复频率的场合。工频谐振充电是将工频交流电源经变压器升压后再由整流桥给滤波电容充电，以产生直流高压。当晶闸管被触发导通后，经过电感和二极管给负载电容传递能量。这种电路简单有效，充电电压较高，频率控制比较方便，但晶闸管作为开关器件决定了电路无法处于更新模式。此外，难以实现良好稳压也是其问题之一。随着高频大功率开关器件和现代控制理论的发展，高频化已经成为各种电源发展的方向。高频开关变换器用很多个脉冲链向储能电容充电，每个开关周期内产生的充电脉冲传递很小一部分能量给负载，因此能够实现相当高的充电精度和充电效率。通过调整开关导通时间或工作频率能够控制能量传递的大小，而反馈技术的应用使得开关器件能够及时地开通或关断，因此在高频条件下电源可以工作在更新模式，不断补偿电容器上的电压损失。由于工作频率较高，使得变压器的体积大大缩小，降低了系统的体积和成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种串联谐振式恒流充电电源，以解决大容量储能电容的充电问题。为实现上述目的，本专利技术通过如下技术方案实现，其包括预处理组件，与城市电网连接，用于将城市电网中的三相交流电压转变成直流电压；IGBT全桥开关模块，与预处理组件通过电路连接，用于接收预处理组件输出的直流电压，并将直流电压转换成高频交流电压；转换组件，其输入端与IGBT全桥开关模块通过电路连接，用于转换高频交流电压，并输出直流高压；反馈组件，与转换组件通过电路连接，用于采集转换组件输出的直流高压信号和电流信号；控制组件，其输入端与反馈组件通过电路连接，输出端与IGBT全桥开关模块通过电路连接，接收反馈组件采集的直流高压信号，并生成控制信号控制IGBT全桥开关模块的导通和断开。优选地，所述预处理组件包括：EMI滤波器模块，与城市电网连接，用于对城市电网中的三相交流电进行高频滤波；低压整流滤波模块，其包括整流子模块和滤波电容子模块，且输入端与EMI滤波器模块通过电路连接，输出端与IGBT全桥开关模块通过电路连接，其作用是将三相交流电转变为直流电。优选地，所述转换组件包括：谐振电容电感模块，与IGBT全桥开关模块电路连接，用于传输高频交流电压；高压变压器模块，与谐振电容电感模块串联连接，用于实现高频交流电压的抬升；高频整流滤波模块，用于处理高压变压器模块抬升后的高频交流电压，滤除高频交流电压信号中的高频信号，输出实际所需的直流高压。优选地，所述反馈组件包括：高压取样模块，与高频整流滤波模块电路连接，用于采集高频整流滤波模块输出的直流高压；电流取样模块，与谐振电感电容模块连接，其作用是从谐振电容电感模块中采集电流。优选地，所述控制组件包括：控制电路模块，输入端分别与高压取样模块和电流取样模块连接，用于接收采集的电压和电流，并产生驱动脉冲信号；隔离驱动电路模块，通过电路连接设置于IGBT全桥开关模块和控制电路模块之间，用于传输控制IGBT全桥开关模块的开关电压。优选地，所述IGBT全桥开关模块包括多个通过电路连接的开关电路，每个开关电路由一个IGBT器件，一个二极管器件和一个电容器件通过并联连接形成，作为串联谐振式恒流充电电源的开关器件控制电路导通。优选地，所述隔离驱动电路模块的输入端与控制电路模块电路连接，用于接收控制驱动脉冲信号，其输出端与IGBT全桥开关模块中的每个IGBT器件的栅极连接，用于传输开关电压，进一步控制IGBT器件的开关频率。优选地，所述的反馈组件与所述谐振电容电感模块、IGBT全桥开关模块、控制电路模块、隔离驱动电路模块共同组成移相全桥零电压电流式开关的工作电路，以减小IGBT器件的开通和关断损耗。优选地，三相市交流电经过EMI滤波器模块将高频信号滤波后，首先经过低压整流滤波模块将交流电压转变成直流电压，再经过IGBT全桥开关模块将直流电压转变成高频交流电压，然后经过谐振电容电感模块对高频交流电压进行高效传输至高压变压器模块中进行电压的抬升；最后，将高压变压器模块输出的电压经过高频整流滤波模块处理后串联输出，得到实际所需直流高压。优选地，所述高压取样模块从高频整流滤波模块进行高压采样，以及电流取样模块从谐振电容电感模块进行电流采样，并将获得的高频交流电压和高频电流信号传输至控制电路模块，控制电路模块根据设定的基准电压进行判断与处理，产生不同频率的驱动脉冲信号，并传输给隔离驱动电路模块，隔离驱动电路模块传输开关电压至IGBT全桥开关模块，进而实现对IGBT全桥开关模块的控制。综上所述，与现有技术相比，本专利技术提供的一种串联谐振式恒流充电电源，具有如下有益效果：(1)可适应宽范围负载变化，适用于向大容量负载储能电容充电；(2)在输出短路或打火短路状态下仍然能安全可靠地工作。(3)开关损耗小、效率高；(4)对电网的谐波干扰小；(5)具有极快的过载保护和过压保护能力，负载开路时输出电压也不会升高，稳定在一个固定电平上；(6)具有恒流、调压功能。附图说明图1为本专利技术的串联谐振式恒流充电电源框架图；图2为本专利技术的串联谐振式恒流充电电源主拓扑。具体实施方式以下将结合本专利技术实施例中的附图1～附图2，对本专利技术实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明，但本专利技术的实施和保护不限于此。本专利技术提供了一种串联谐振式恒流充电电源，如图1所示，该串联谐振式恒流充电电源包括：EMI(ElectroMagneticInterference，电磁干扰)滤波器模块1，与城市电网连接，用于对城市电网中的三相交流电进行高频滤波，有效抑制有害电磁波对工作电路或其他敏感器件单元的干扰；低压整流滤波模块2，与EMI滤波器模块1连接，其包括整流子模块和滤波电容子模块，其作用是对EMI滤波器模块1滤除高频信号后的三相交流电进行整流滤波并转变为直流电压；IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)全桥开关模块3，与低压整流滤波模块2连接，用于接收经低压整流滤波模块2整流滤波后的直流电压，并将直流电压转换成高频交流电压；谐振电容电感模块4，与IGBT全桥开关模块3电路连接，用于传输高频交流电压；高压变压器模块5，与谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联谐振式恒流充电电源，其特征在于，包括：/n预处理组件，与城市电网连接，用于将城市电网中的三相交流电压转变成直流电压；/nIGBT全桥开关模块(3)，与预处理组件通过电路连接，用于接收预处理组件输出的直流电压，并将直流电压转换成高频交流电压；/n转换组件，其输入端与IGBT全桥开关模块(3)通过电路连接，用于转换高频交流电压，并输出直流高压；/n反馈组件，与转换组件通过电路连接，用于采集转换组件输出的直流高压信号和电流信号；/n控制组件，其输入端与反馈组件通过电路连接，输出端与IGBT全桥开关模块(3)通过电路连接，接收反馈组件采集的直流高压信号，并生成控制信号控制IGBT全桥开关模块(3)的导通和断开。/n

【技术特征摘要】
1.一种串联谐振式恒流充电电源，其特征在于，包括：
预处理组件，与城市电网连接，用于将城市电网中的三相交流电压转变成直流电压；
IGBT全桥开关模块(3)，与预处理组件通过电路连接，用于接收预处理组件输出的直流电压，并将直流电压转换成高频交流电压；
转换组件，其输入端与IGBT全桥开关模块(3)通过电路连接，用于转换高频交流电压，并输出直流高压；
反馈组件，与转换组件通过电路连接，用于采集转换组件输出的直流高压信号和电流信号；
控制组件，其输入端与反馈组件通过电路连接，输出端与IGBT全桥开关模块(3)通过电路连接，接收反馈组件采集的直流高压信号，并生成控制信号控制IGBT全桥开关模块(3)的导通和断开。


2.如权利要求1所述的串联谐振式恒流充电电源，其特征在于，所述预处理组件包括：EMI滤波器模块(1)，与城市电网连接，用于对城市电网中的三相交流电进行高频滤波；低压整流滤波模块(2)，其包括整流子模块和滤波电容子模块，且输入端与EMI滤波器模块(1)通过电路连接，输出端与IGBT全桥开关模块(3)通过电路连接，其作用是将三相交流电转变为直流电。


3.如权利要求1所述的串联谐振式恒流充电电源，其特征在于，所述转换组件包括：谐振电容电感模块(4)，与IGBT全桥开关模块(3)电路连接，用于传输高频交流电压；高压变压器模块(5)，与谐振电容电感模块(4)串联连接，用于实现高频交流电压的抬升；高频整流滤波模块(6)，用于处理高压变压器模块(5)抬升后的高频交流电压，滤除高频交流电压信号中的高频信号，输出实际所需的直流高压。


4.如权利要求3所述的串联谐振式恒流充电电源，其特征在于，所述反馈组件包括：高压取样模块(7)，与高频整流滤波模块(6)电路连接，用于采集高频整流滤波模块输出的直流高压；电流取样模块(8)，与谐振电感电容模块连接，其作用是从谐振电容电感模块(4)中采集电流。


5.如权利要求4所述的串联谐振式恒流充电电源，其特征在于，所述控制组件包括：控制电路模块(9)，输入端分别与高压取样模块(7)和电流取样模块(8)连接，用于接收采集的电压和电流，并产生驱动脉冲信号；隔离驱动电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雨琛，黄军，肖龙，陈海涛，王磊，徐墨尘，蔡晟，甘雨朋，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：上海;31