[发明专利]模块化结构的大功率高压开关直流电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化结构的大功率高压开关直流电源的实现方法，该电源主要应用于 需要高压直流驱动的大功率工业磁控管等相关设备中，尤其是需要供给高压大电流，并长时 间运行的微波加热及烧结设备。

背景技术

在陶瓷烧结、化工萃取、航天航空等工业应用中，驱动大功率磁控管阳极工作的直流电 源需要有较高的输出电压和较大的输出功率。传统方法多采用工频变压器产生高压输出，这 种电源结构不仅体积庞大、制造困难、成本较高，而且损耗比较严重、降低了电源工作效率。 直流开关电源由于能够极大减少电源的体积，显著提高工作效率，且其数字化的可调控性能 更好，目前已经得到越来越广泛的应用。但由于器件所受耐受电压、耐受电流和高频变压器 绝缘及散热性能的限制，传统结构的单个开关直流电源无法实现所需的10kV电压以上、且 功率10kW以上的输出等级。若简单地将多个开关电源串联或并联起来，则需要分别对每个 电源进行独立控制且还需整体的同步控制，这不仅增加了系统控制端的实现难度，增加了硬 件开销及成本，而且还存在难于实现精确同步控制、易于产生谐振及分流等问题。

针对上述情况，本发明提出了一种模块化结构的大功率高压开关直流电源的实现方法。 通过采用以单输出模块闭环为基准、多输出模块跟随的控制结构，并结合由多个输出模块构 成的串联、并联或多组串并联组合的输出阵列结构，能够较好解决传统方案中控制方式复杂、 开关器件耐压和过流要求高、变压器绝缘及散热实现困难、整体系统稳定性差等一系列问题， 本发明所设计的大功率高压开关直流电源能够实现在工业生产等复杂、高温环境下的长时间 稳定工作。

发明内容

本发明公开了一种模块化结构的大功率高压开关直流电源的实现方法，它由输入整流滤 波模块、移相全桥调控模块、信号采样及调理模块、输出模块阵列以及反馈控制模块组成。 所述电源的所有输出模块均依照2500V/3A进行了标准化设计，其结构、参数完全一致，并 且采用了以单输出模块闭环为基准、多输出模块跟随的控制结构，即输入整流滤波、移相全 桥调控、信号采样及调理、反馈控制等模块都只有一个，而输出模块为多个且形成串联、并 联或多组串并联组合的输出阵列结构，但输出信号仅从一个作为基准的输出模块采样获得； 因而降低了传感采样和控制调节的复杂度、以及整流、变压等硬件的性能要求与实现难度。 同时，通过在各个散热敏感区安装能闭环自动调节风机转速的分布式独立控制节点，并将各 独立控制节点产生的超温信号以线与方式产生整个电源的温控断电保护信号，从而实现了分 布式的局部散热自动调节及整体线与结构的限温保护功能。

为了达到以上所述目的，本发明所提出的大功率高压开关直流电源实现方案的技术特征 如下：

1.根据本发明所述的大功率高压开关直流电源是由输入整流滤波模块、移相全桥调控模 块、信号采样及调理模块、输出模块阵列以及反馈控制模块组成；

所述输入整流滤波模块由一个三相或单相整流电路、一个滤波网络和一个功率因数校正 电路组成；

所述移相全桥调控模块为由全控型开关管构成的移相全桥及其保护电路，通过加在开关 管栅极上的PWM信号来调节超前与滞后臂之间的开启重叠时间，进而控制输出电压的幅值；

所述信号采样及调理模块包括输入电压采样及调理电路、输出电流采样及调理电路、输 出电压采样及调理电路、过电压采样及调理电路、热敏电阻采样及调理电路，实现了对反馈 控制模块所需的输入信号、输出信号、保护信号进行采样及其相应调理；

所述输出模块阵列是由多个参数一致的输出模块通过串联、并联或多组串并联组合后而 形成的输出阵列，且所述单个输出模块是由高频变压器、高压整流滤波电路、RCD吸收电路 以及硬件保护电路构成；

所述反馈控制模块在接收到采样信号后，通过与设定的电压、电流、功率值进行比较和 运算，最终输出对应的PWM调控信号至移相全桥调控模块以调节电源的输出值，它主要包 括内部控制处理器、按键输入接口、通讯接口、显示接口。

2.根据本发明所述的大功率高压开关直流电源，所述输出模块阵列是依据负载需求的电 压等级选择所串联的输出模块数量，并依据负载需求的电流等级选择所并联的输出模块组数， 进而通过构成串并联混合模式的矩阵结构以满足整体系统的电压和电流等级要求；所述输出 模块阵列中的全部输出模块的电路结构、元件参数、电气性能均完全相同，以保证所有输出 模块的电气一致性和对称性。