一种基于半桥斩波调幅的高频高压电源的制作方法

本实用新型涉及高频高压电源领域，尤其涉及一种基于半桥斩波调幅的高频高压电源。

背景技术：

目前，ESP用高频高压电源电路主要有：调频高频电源、SCR调幅高频电源、单IGBT调幅高频电源。调频高频电源工况适应性较差，逐步被调幅高频电源取代；SCR调幅高频电源问题是，在负载电压处于较低范围时，网侧THD(谐波畸变率)增大，功率因数变得很低；单IGBT调幅高频电源的问题如下：

1)在整个输出电压范围(30～80kV)，电源输入功率因数还是有所降低；

2)单IGBT斩波调幅，在IGBT关断时，后面连接的电感电流突变而产生高压，导致IGBT击穿损坏，电源系统不能稳定、可靠运行。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于半桥斩波调幅的高频高压电源，以克服上述技术问题。

本实用新型基于半桥斩波调幅的高频高压电源，包括：

具备功率因素校正的交流-直流变换单元、直流母线电压调幅单元、高频逆变单元、谐振高频整流变压器以及控制器；

所述交流-直流变换单元输入端连接市电，输出端连接所述直流母线电压调幅单元，所述直流母线电压调幅单元另一端与所述高频逆变单元连接，所述高频逆变单元输出端与所述谐振高频整流变压器单元连接，所述谐振高频整流变压器单元另一端与所述电源输出单元连接，所述控制器分别与所述交流-直流变换单元、所述直流母线电压调幅单元、所述高频逆变单元以及所述谐振高频整流变压器单元连接；

所述具备功率因素校正的交流-直流变换单元，包括：

三相输入主空气开关、整流预充电电路、主接触器、三相整流桥、功率因数校正电路；

所述三相输入主空气开关一端连接市电，另一端连接并联的整流预充电电路和主接触器的输入端，并联的整流预充电电路和主接触器输出端与所述三相整流桥连接，所述三相整流桥输出端与所述功率因数校正电路连接。

进一步地，所述直流母线电压调幅单元，包括：

直流母线预充电电路、半桥斩波电路、半桥斩波IGBT吸收电路及所述半桥斩波电路的第一驱动电路DR1，所述半桥斩波电路包括：第一半桥IGBT 和第二半桥IGBTV0、斩波电感LX2、滤波电容CX1；

所述直流母线预充电电路的输入端分别与连接功率因数校正电路的输出端、第一半桥IGBT的集电极连接，所述第一半桥IGBT的集电极还与所述吸收电路的一端连接，所述直流母线预充电电路的输出端与所述第一半桥IGBT 的发射极连接，所述第二半桥IGBT的发射极还与所述吸收电路的另一端、第一IGBT的集电极连接，所述斩波电感与所述滤波电容串联后与所述第二半桥IGBT的集电极和发射极并联，所述第一半桥IGBT与所述第二半桥IGBT 的栅极与所述第一驱动电路连接。

进一步地，所述高频逆变电路包括：

第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第六IGBT、第二驱动电路DR2 和第三驱动电路DR3；

所述第三IGBT的发射极与所述第四IGBT的集电极串联后与谐振高频整流变压器单元连接，所述第五IGBT的发射极与所述第六IGBT的集电极串联后与所述谐振高频整流变压器单元连接，所述第三IGBT的集电极与第五 IGBT的集电极连接，所述第四IGBT的发射极与第六IGBT的发射极连接。

进一步地，所述谐振高频整流变压器，包括：

电容CXB、高频升压变压器、高频整流桥、输出分压电阻R6、分压电阻R7、输出电流电阻R5和阻尼电阻RZ；

所述电容CXB的一端与高频逆变电路连接，另一端与所述高频升压变压器原边连接，所述高频升压变压器原边另一端与所述高频逆变电路连接，所述高频升压变压器的副边与所述高频整流桥输入端连接，所述高频整流桥的输出端与所述分压电阻R6、分压电阻R7、输出电流电阻R5连接，所述分压电阻R6还与阻尼电阻RZ一端连接，所述阻尼电阻RZ的另一端连接负载。

进一步地，还包括：

输入和显示控制参数的触摸屏和调控参数的远程控制器，所述触摸屏、远程控制器与所述主控制器连接。

本实用新型具备功率因素校正的交流-直流变换单元及直流母线调幅单元，使电源系统能适应各种工况、具有稳定的功率因数，保证其稳定、可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型基于半桥斩波调幅的高频高压电源结构原理图；

图2为本实用新型交流-直流变换单元以及直流母线电压调幅单元的电路原理图；

图3为本实用新型高频逆变电路以及谐振高频整流变压器电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型基于半桥斩波调幅的高频高压电源结构原理图，如图 1所示，本实施例的高频高压电源，包括：

具备功率因素校正的交流-直流变换单元101、直流母线电压调幅单元 102、高频逆变单元103、谐振高频整流变压器104以及控制器105；

所述交流-直流变换单元输入端连接市电，输出端连接所述直流母线电压调幅单元，所述直流母线电压调幅单元另一端与所述高频逆变单元连接，所述高频逆变单元输出端与所述谐振高频整流变压器单元连接，所述谐振高频整流变压器单元另一端与所述电源输出单元连接，所述控制器分别与所述交流-直流变换单元、所述直流母线电压调幅单元、所述高频逆变单元以及所述谐振高频整流变压器单元连接；

所述具备功率因素校正的交流-直流变换单元，包括：

三相输入主空气开关、整流预充电电路、主接触器、三相整流桥、功率因数校正电路；

所述三相输入主空气开关一端连接市电，另一端连接并联的整流预充电电路和主接触器的输入端，并联的整流预充电电路和主接触器输出端与所述三相整流桥连接，所述三相整流桥输出端与所述功率因数校正电路连接。

具体而言，本实施例的整流预充电电路，包括：整流预充电开关及电阻。可以避免启动时滤波电容冲击电流对三相整流桥、滤波电容的破坏作用，保证元件稳定、可靠运行。

直流侧功率因数校正电路，包括：电感及电容。采用此电路，在整个输出电压范围(30～80kV)，电源输入功率因数大于0.9，减小电源输入电网的谐波；采用直流侧功率因数校正电路，相比交流侧功率因数校正电路，具有更好的抑制谐波效果。采用功率因数校正电路，在整个输出电压范围 (30～80kV)，电源输入功率因数大于0.9，减小电源输入电网的谐波；而普通调频高频电源及SCR(可控硅)调幅型高频电源，随着输出电压降低，电源输入功率因数逐步降低，特别SCR(可控硅)调幅型高频电源电源输入功率因数明显降低。

本实施例主控制器，包括：模拟量输入及其预处理电路，开关量输入、输出电路，软、硬件结合ESP电场闪络判别电路，IGBT驱动脉冲发生电路，通讯处理电路及DSP(数字信号处理器)核心电路等组成。执行如下功能：高频电源正常运行控制、ESP电场闪络处理、电源故障处理及就地、远程通信控制功能等。

进一步地，所述直流母线电压调幅单元，包括：

直流母线预充电电路、半桥斩波电路、半桥斩波IGBT吸收电路及所述半桥斩波电路的第一驱动电路DR1，所述半桥斩波电路包括：第一半桥IGBT 和第二半桥IGBTV0、斩波电感LX2、滤波电容CX1；

所述直流母线预充电电路的输入端分别与连接功率因数校正电路的输出端、第一半桥IGBT的集电极连接，所述第一半桥IGBT的集电极还与所述吸收电路的一端连接，所述直流母线预充电电路的输出端与所述第一半桥IGBT 的发射极连接，所述第二半桥IGBT的发射极还与所述吸收电路的另一端、第一IGBT的集电极连接，所述斩波电感与所述滤波电容串联后与所述第二半桥IGBT的集电极和发射极并联，所述第一半桥IGBT与所述第二半桥IGBT 的栅极与所述第一驱动电路连接。

具体而言，如图2所示，本实施例交流-直流变换单元以及直流母线电压调幅单元，包括：主空气开关1、预充电电路2、主接触器3、三相整流桥4、功率因数校正5、半桥斩波电路6、调幅高频电源控制器12。实现输出电压的调节，使高频逆变开关频率基本等于高频整流变压器的额定频率，使高频整流变压器高效运行，在整个输出电压范围(30～80kV)，电源转换效率大于0.9，相比其他高频电源节能10～20％。本实施例直流母线预充电电路可以包括：预充电开关及电阻。也可以通过现有技术中具有同样功能的电路实现该功能。从而可以避免启动时母线滤波电容冲击电流对半桥斩波电路IGBT、母线滤波电容的破坏作用，保证元件稳定、可靠运行。本实施例半桥斩波IGBT 吸收电路可以选用现有技术中同样功能的电路，从而避免了IGBT开关时电压毛刺对IGBT的破坏作用，同时减小了IGBT的开关损耗。

进一步地，所述高频逆变电路包括：

第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第六IGBT、第二驱动电路DR2 和第三驱动电路DR3；

所述第三IGBT的发射极与所述第四IGBT的集电极串联后与谐振高频整流变压器单元连接，所述第五IGBT的发射极与所述第六IGBT的集电极串联后与所述谐振高频整流变压器单元连接，所述第三IGBT的集电极与第五 IGBT的集电极连接，所述第四IGBT的发射极与第六IGBT的发射极连接。

进一步地，所述谐振高频整流变压器，包括：

电容CXB、高频升压变压器、高频整流桥、输出分压电阻R6、分压电阻R7、输出电流电阻R5和阻尼电阻RZ；

所述电容CXB的一端与高频逆变电路连接，另一端与所述高频升压变压器原边连接，所述高频升压变压器原边另一端与所述高频逆变电路连接，所述高频升压变压器的副边与所述高频整流桥输入端连接，所述高频整流桥的输出端与所述分压电阻R6、分压电阻R7、输出电流电阻R5连接，所述分压电阻R6还与阻尼电阻RZ一端连接，所述阻尼电阻RZ的另一端连接负载。

具体而言，如图3所示，本实施例高频逆变电路以及谐振高频整流变压器，包括：高频逆变电路7、高频变压器8、阻尼电阻9、ESP 10、IGBT驱动板11、调幅高频电源控制器12。

上述高频逆变电路7与本实施例的谐振高频整流变压器8的电容CXB以及高频升压变压器器组成了LC谐振软开关电路。该谐振软开关电路是利用置于变压器油箱的谐振电容、ESP10负载电容及高频升压变压器的漏感组成串联谐振电路，使高频逆变IGBT处于软开关状态，可以减少IGBT的开关损耗，提高电源变换效率。

高频升压变压器设计成具有10～15uH的较大漏感，一方面可以代替谐振电感，另一方面可以减小谐振电流及闪络电流。

阻尼电阻可以限制ESP电场闪络时的冲击电流对电源设备的损坏；

负载ESP等效为阴、阳间电容及可变电阻(阴、阳间电压除以电晕电流)。

普通调频高频电源，随着输出电压降低，开关频率降低，高频整流变压器运行频率降低，峰值电流增大，高频整流变压器效率降低，导致电源转换效率降低。采用高频逆变电路并连接到高频整流变压器，可以减小高频整流变压器体积、重量，并减小高频整流变压器损耗，提高电源变换效率。

进一步地，还包括：

输入和显示控制参数的触摸屏和调控参数的远程控制器，所述触摸屏、远程控制器与所述主控制器连接。

本实用新型不仅可以实现直流母线电压的调节，进而实现整流高频变压器在额定频率高效运行时输出电压的调节，解决了固定母线电压在小电流输出时频繁闪络的问题；而且可以实现直流母线电流的双向流动，实现低功率输出时母线滤波电容能量的回馈，避免母线过压。

在ESP正常运行时，仅调节直流母线电压，即可实现输出平均电压的调节，在输出电流小及调频高频电源频繁闪络场合(如烧结厂烧结机头)，高频整流变压器输出电压峰值相应减小，减小了ESP电场闪络的发生机会，使电源及ESP稳定运行，有助于提高ESP的除尘效率；

在ESP电场发生闪络时，通过仅小幅减小直流母线电压，并大幅降低逆变开关频率，实现闪络时快速降低输出电压功能，然后快速提高逆变开关频率，实现闪络后快速升压功能。

通过直流母线调幅及间隙供电方式的联合控制，可以使ESP更好的处理高比电阻粉尘，并实现大幅度节能供电。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。