專利名稱：一種大功率高頻高壓開關電源的制作方法
技術領域：
一種大功率高頻高壓開關電源技術領域[0001]本實用新型涉及一種開關電源，特別是一種大功率高頻高壓開關電源。
技術背景[0002]近年，隨著功率器件性能的提升和價格的下降，使大功率逆變器的大規(guī)模生產(chǎn)應用成為可能，而IGBT作為功率器件的杰出代表，近些年得到迅猛發(fā)展和廣泛應用。同時，隨著新的磁芯材料的出現(xiàn)，使高頻變壓器的體積越來越小。大功率開關電源有著廣泛的應用， 如激光電源、靜電除塵用高頻高壓開關電源、儲能電站等。而這些應用場合所需要提供的高頻高壓大功率開關電源在技術上存在著難題。實用新型內(nèi)容[0003]本實用新型的目的在于提供一種大功率高頻高壓開關電源，主要解決現(xiàn)有大功率開關電源的設計難題，該電源具有開關響應快，控制精度高，適用于需要大功率高頻高壓開關電源的場合。[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型是這樣實現(xiàn)的。[0005]一種大功率高頻高壓開關電源，其特征在于它由工頻整流穩(wěn)壓電路、高頻逆變電路、諧振電路、變壓器、高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路、超前橋臂IGBT驅(qū)動電路和滯后橋臂IGBT 驅(qū)動電路組成；其中工頻整流穩(wěn)壓電路、高頻逆變電路、諧振電路、變壓器、高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路依次連接；所述的超前橋臂IGBT驅(qū)動電路和滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路分別與高頻逆變電路連接。[0006]所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的工頻整流穩(wěn)壓電路由三相工頻交流電源，大功率整流硅堆DfD6，直流濾波電感Li，穩(wěn)壓電容Cl、C2和均壓電阻Rl、 R2組成，三相工頻交流電源接大功率整流硅堆DfD6的輸入，經(jīng)整流后得到直流電，直流輸出的正極接電感Ll的左端，Ll的右端輸出接Cl、Rl、R3，Cl和Rl組成的并聯(lián)電路與C2和 R2組成的并聯(lián)電路串聯(lián)，R3的輸出接高頻逆變電路的輸入。[0007]所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的高頻逆變電路由大功率 IGBTQ廣Q4、續(xù)流二極管D7 D10和吸收電容C3 C6組成；Ql、D7、C3并聯(lián)組成超前橋臂的上橋臂，Q2、D9、C4并聯(lián)組成超前橋臂的下橋臂，Q3、D8、C5并聯(lián)組成滯后橋臂的上橋臂，Q4、 D10、C6并聯(lián)組成滯后橋臂的下橋臂。[0008]所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于，所述的諧振電路由諧振電感L2、諧振電容C7組成；L2左端接高頻逆變電路輸出，L2右端接諧振電容C7的左端，諧振電容C7 的輸出接變壓器的輸入。[0009]所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的變壓器是非晶合金作為磁芯的變壓器Tl。[0010]所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路由高壓整流硅堆DlfD14、穩(wěn)壓電容C8組成；由高壓整流硅堆DlfD14的輸入接變壓器的輸出，高壓整流硅堆DlfD14的輸出接穩(wěn)壓電容C8的輸入，穩(wěn)壓電容C8的輸出接負載R。[0011]所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的超前橋臂IGBT驅(qū)動電路由 UCC3875、功率放大電路、變壓器T2組成；UCC3875的VCC端接15V電源，OUT A輸出端Q5和 Q6的輸入端，D15和Q5并聯(lián)，D16和Q6并聯(lián)，輸出接R4的輸入，R4的輸出接變壓器T2的輸入，變壓器T2的輸出接Ql的DRIVER1端，OUT B輸出端Q7和Q8的輸入端，D17和Q7并聯(lián)，D18和Q8并聯(lián)，輸出接變壓器T2的輸入，變壓器T2的輸出接Q2的DRIVER2端。[0012]所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路由 UCC3875、功率放大電路、變壓器組成；UCC3875的VCC端接15V電源，OUT C輸出端Q9和QlO 的輸入端，D19和Q9并聯(lián)，D20和QlO并聯(lián)，輸出接R4的輸入，R4的輸出接變壓器T3的輸入，變壓器T3的輸出接Q3的DRIVER3端，OUT D輸出端Qll和Q12的輸入端，D21和Qll并聯(lián)，D22和Q12并聯(lián)，輸出接變壓器T3的輸入，變壓器T3的輸出接Q4的DRIVER4端。[0013]本實用新型的有益效果在于本實用新型將三相工頻交流電經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓電路后得到直流電，后經(jīng)IGBT全橋逆變電路將直流轉換成高頻交流，后經(jīng)升壓變壓器將電壓升至理想值，再經(jīng)整流穩(wěn)壓電路即可得到相應電壓值。該電路具有開關響應快，控制精度高， 適用于需要大功率高頻高壓開關電源的場合。


[0014]圖1是本實用新型的主電路原理圖。[0015]圖2是本實用新型中超前橋臂IGBT驅(qū)動電路結構圖。[0016]圖3是本實用新型中滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路結構圖。
具體實施方式
[0017]本實用新型一種大功率高頻高壓開關電源，它由工頻整流穩(wěn)壓電路1、高頻逆變電路2、諧振電路3、變壓器4、高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路5、超前橋臂IGBT驅(qū)動電路6和滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路7組成。其中工頻整流穩(wěn)壓電路1、高頻逆變電路2、諧振電路3、變壓器 4、高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路5依次連接。超前橋臂IGBT驅(qū)動電路6的輸出端DRIVER1接Ql 的DRIVER1端，輸出端DRIVER2接Q2的DRIVER2端，滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路7的DRIVER3 輸出端接Q3的DRIVER3端，輸出端DRIVER4接Q4的DRIVER4端。[0018]本實用新型將三相工頻交流電經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓電路后得到直流電，后經(jīng)IGBT全橋逆變電路將直流轉換成高頻交流，后經(jīng)升壓變壓器將電壓升至理想值，再經(jīng)整流穩(wěn)壓電路即可得到相應電壓值。[0019]本實用新型中，上述工頻整流穩(wěn)壓電路1由三相工頻交流電源、大功率整流硅堆 DfD6、直流濾波電感Li、穩(wěn)壓電容Cl、C2和均壓電阻Rl、R2組成；三相工頻交流電源接大功率整流硅堆DfD6的輸入，經(jīng)整流后得到直流電，直流輸出的正極接電感Ll的左端，Ll的右端輸出接Cl、Rl、R3，Cl和Rl組成的并聯(lián)電路與C2和R2組成的并聯(lián)電路串聯(lián)，R3的輸出接高頻逆變電路2的輸入。三相工頻交流電源輸入整流硅堆DfD6，得到約為530V的直流電，但紋波很大，需串聯(lián)直流濾波電感Ll來消除紋波，后接穩(wěn)壓電容穩(wěn)壓，此電容需并聯(lián)均壓電阻使兩電容電壓一致。[0020]本實用新型中，上述高頻逆變電路2由大功率IGBTQ廣Q4、續(xù)流二極管D7 D10和吸收電容C3 C6組成；Ql、D7、C3并聯(lián)組成超前橋臂的上橋臂，Q2、D9、C4并聯(lián)組成超前橋臂的下橋臂，Q3、D8、C5并聯(lián)組成滯后橋臂的上橋臂，Q4、D10、C6并聯(lián)組成滯后橋臂的下橋臂。該逆變電路用于將直流電變成交流電，且可通過控制IGBT的開關周期設置逆變頻率， 通過控制IGBT導通時間實現(xiàn)軟開關控制。[0021]本實用新型中，上述諧振電路3由諧振電感L2、諧振電容C7組成；L2左端接高頻逆變電路2輸出，L2右端接諧振電容C7的左端，諧振電容C7的輸出接變壓器的輸入。該諧振電路可使已設置頻率的電流通過，且電容C7的存在吸收了直流分量，有效抑制變壓器飽和現(xiàn)象發(fā)生。[0022]本實用新型中，上述變壓器4是選用非晶合金作為磁芯的變壓器Tl。該變壓器Tl 可有效減小變壓器體積，通過選擇原副邊線圈纏繞圈數(shù)設置變比。[0023]本實用新型中，上述高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路5由高壓整流硅堆DlfD14、穩(wěn)壓電容C8組成；由高壓整流硅堆Dlf D14的輸入接變壓器的輸出，高壓整流硅堆Dlf D14的輸出接穩(wěn)壓電容C8的輸入，穩(wěn)壓電容C8的輸出接負載R。該整流穩(wěn)壓電路可把變壓器副邊高頻高壓電整流為高壓直流電。[0024]本實用新型中，上述超前橋臂IGBT驅(qū)動電路6由UCC3875、功率放大電路、變壓器組成；UCC3875的VCC端接15V電源，OUT A輸出端Q5和Q6的輸入端，D15和Q5并聯(lián)，D16 和Q6并聯(lián)，輸出接R4的輸入，R4的輸出接變壓器T2的輸入，變壓器T2的輸出接DRIVER1， 該DRIVER1輸出接Ql的DRIVER1端；OUT B輸出端Q7和Q8的輸入端，D17和Q7并聯(lián)，D18 和Q8并聯(lián)，輸出接變壓器T2的輸入，變壓器T2的輸出接DRIVER2，該DRIVER2輸出接Q2 的DRIVER2端。UCC3875用于產(chǎn)生控制信號，Q5 Q8組成的放大電路可以放大驅(qū)動信號的功率，Q5和Q6、Q7和Q8分別組成兩對圖騰柱，其輸出用來驅(qū)動變壓器，經(jīng)變壓器輸出的信號 Driverl和Driver2可直接加于IGBTQl和IGBTQ2的柵極和射極。[0025]本實用新型中，上述滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路7由UCC3875、功率放大電路、變壓器組成；UCC3875的VCC端接15V電源，OUT C輸出端Q9和QlO的輸入端，D19和Q9并聯(lián)，D20 和QlO并聯(lián)，輸出接R4的輸入，R4的輸出接變壓器T3的輸入，變壓器T3的輸出接DRIVER3， 該DRIVER3輸出接Q3的DRIVER3端；OUT D輸出端Qll和Q12的輸入端，D21和Qll并聯(lián)， D22和Q12并聯(lián)，輸出接變壓器T3的輸入，變壓器T3的輸出接DRIVER4，該DRIVER4輸出接 Q4的DRIVER4端。UCC3875用于產(chǎn)生控制信號，Q9 Q12組成的放大電路可以放大驅(qū)動信號的功率，Q9和Q10、Q11和Q12分別組成兩對圖騰柱，其輸出用來驅(qū)動變壓器，經(jīng)變壓器輸出的信號Driver3和Driver4可直接加于IGBTQ3和IGBTQ4的柵極和射極。[0026]本實用新型中，上述IGBT驅(qū)動電路采用脈沖變壓器隔離驅(qū)動信號，輸入級電壓波動小、開關響應快、開通和關斷功耗低、輸入級與柵極完全隔離，是一種安全可靠、精確實用的高頻高壓開關電源用IGBT驅(qū)動電路。[0027]本實用新型的工作原理如下三相工頻交流電經(jīng)工頻整流穩(wěn)壓電路1后得到約為 530V的直流電，但紋波很大，經(jīng)直流濾波電感Ll和穩(wěn)壓電容C1、C2來消除紋波和穩(wěn)定電壓， R1、R2起均壓的作用。高頻逆變電路2用于將直流電變成交流電，且可通過控制IGBT的開關周期設置逆變頻率，通過控制IGBT導通時間實現(xiàn)軟開關控制。諧振電路3可使已設置頻率的電流通過，且電容C7的存在吸收了直流分量，有效抑制變壓器飽和現(xiàn)象發(fā)生。變壓器 4通過選擇原副邊線圈纏繞圈數(shù)設置變比。高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路5可把變壓器副邊高5頻高壓電整流為高壓直流電。超前橋臂IGBT驅(qū)動電路6和滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路7產(chǎn)生 IGBTQ廣Q4驅(qū)動信號。[0028] 綜上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用來限定本實用新型的實施范圍。即凡依本實用新型申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應為本實用新型的技術范疇。
權利要求1.一種大功率高頻高壓開關電源，其特征在于它由工頻整流穩(wěn)壓電路(1)、高頻逆變電路(2)、諧振電路(3)、變壓器(4)、高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路(5)、超前橋臂IGBT驅(qū)動電路(6)和滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路(7)組成；其中工頻整流穩(wěn)壓電路(1)、高頻逆變電路 (2)、諧振電路(3)、變壓器(4)、高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路(5)依次連接；所述的超前橋臂 IGBT驅(qū)動電路(6 )和滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路(7 )分別與高頻逆變電路(2 )連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的工頻整流穩(wěn)壓電路(1)由三相工頻交流電源，大功率整流硅堆DfD6，直流濾波電感Ll，穩(wěn)壓電容Cl、C2 和均壓電阻R1、R2組成，三相工頻交流電源接大功率整流硅堆DfD6的輸入，經(jīng)整流后得到直流電，直流輸出的正極接電感Ll的左端，Ll的右端輸出接C1、R1、R3，Cl和Rl組成的并聯(lián)電路與C2和R2組成的并聯(lián)電路串聯(lián)，R3的輸出接高頻逆變電路(2)的輸入。
3.根據(jù)權利要求1所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的高頻逆變電路(2)由大功率IGBTQ廣Q4、續(xù)流二極管D7 D10和吸收電容C3 C6組成；Q1、D7、C3并聯(lián)組成超前橋臂的上橋臂，Q2、D9、C4并聯(lián)組成超前橋臂的下橋臂，Q3、D8、C5并聯(lián)組成滯后橋臂的上橋臂，Q4、D10、C6并聯(lián)組成滯后橋臂的下橋臂。
4.根據(jù)權利要求1所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于，所述的諧振電路(3) 由諧振電感L2、諧振電容C7組成；L2左端接高頻逆變電路(2)輸出，L2右端接諧振電容C7 的左端，諧振電容C7的輸出接變壓器的輸入。
5.根據(jù)權利要求1所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的變壓器(4)是非晶合金作為磁芯的變壓器Tl。
6.根據(jù)權利要求1所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路(5)由高壓整流硅堆Dlf D14、穩(wěn)壓電容C8組成；由高壓整流硅堆Dlf D14的輸入接變壓器的輸出，高壓整流硅堆DlfD14的輸出接穩(wěn)壓電容C8的輸入，穩(wěn)壓電容C8的輸出接負載R。
7.根據(jù)權利要求3所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的超前橋臂 IGBT驅(qū)動電路(6)由UCC3875、功率放大電路、變壓器T2組成；UCC3875的VCC端接15V電源，OUT A輸出端Q5和Q6的輸入端，D15和Q5并聯(lián)，D16和Q6并聯(lián)，輸出接R4的輸入，R4 的輸出接變壓器T2的輸入，變壓器T2的輸出接Ql的DRIVER1端，OUT B輸出端Q7和Q8 的輸入端，D17和Q7并聯(lián)，D18和Q8并聯(lián)，輸出接變壓器T2的輸入，變壓器T2的輸出接Q2 的 DRIVER2 端。
8.根據(jù)權利要求3或7所述的大功率高頻高壓開關電源，其特征在于所述的滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路(7)由UCC3875、功率放大電路、變壓器組成；UCC3875的VCC端接15V電源，OUT C輸出端Q9和QlO的輸入端，D19和Q9并聯(lián)，D20和QlO并聯(lián)，輸出接R4的輸入， R4的輸出接變壓器T3的輸入，變壓器T3的輸出接Q3的DRIVER3端，OUT D輸出端Qll和 Q12的輸入端，D21和Qll并聯(lián)，D22和Q12并聯(lián)，輸出接變壓器T3的輸入，變壓器T3的輸出接Q4的DRIVER4端。
專利摘要本實用新型涉及一種大功率高頻高壓開關電源。它由工頻整流穩(wěn)壓電路、高頻逆變電路、諧振電路、變壓器、高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路、超前橋臂IGBT驅(qū)動電路和滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路組成；其中工頻整流穩(wěn)壓電路、高頻逆變電路、諧振電路、變壓器、高頻高壓整流及穩(wěn)壓電路依次連接；所述的超前橋臂IGBT驅(qū)動電路和滯后橋臂IGBT驅(qū)動電路分別與高頻逆變電路連接。它主要解決現(xiàn)有大功率開關電源的設計難題，該電源具有開關響應快，控制精度高，適用于需要大功率高頻高壓開關電源的場合。
文檔編號H02M7/5387GK202282744SQ20112044057
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權日2011年11月9日
發(fā)明者呂鋒, 張潮海 申請人:上海理工大學