專利名稱：高頻高壓開關整流電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高頻率高電壓的開關整流電源，特別是環保行業除塵設備用 變壓器轉換效率和功率因素高的穩定電源。
背景技術：
從上世紀八十年代至今，環保領域電除塵器所使用的高壓供電電源基本上都是采 用輸入為兩相的可控硅工頻相控電源，其間人們也對此做了不少改進，比如研制了將輸入 改為三相的可控硅工頻相控電源、調幅式LC恒流源等，在系統控制方面也做了許多工作， 比如把反饋控制量由電壓改成電流，電源調節采用了單片機等等。歸納起來，電除塵器的這些傳統的整流電源主要存在以下缺陷一是工作頻率低， 轉換效率低至75%以下，耗費電能；二是變壓器和濾波器體積、重量及耗材大，價格高，性 價比低；三是電源輸入大多為兩相220伏交流工頻電源，又是工頻相位調節，致使輸入功率 因數低至0.7以下，對電網造成很大的電磁干擾，電磁兼容性差，輸入供電不平衡；四是體 積龐大的電源控制調節機箱和隔離升壓用的工頻變壓器分居兩處，體積龐大，耗費空間和 建材，增加基建費用；五是輸出紋波大，致使電暈電壓低下，易觸發火花放電，波形又是單一 的工頻波，無法適應高比電阻的工況，達不到環保領域粉塵排放標準的新要求。發明內容為克服傳統電源變壓器轉換效率和功率因素低下，變壓器輸出直流電壓不夠高， 輸出電壓脈動范圍和電流過大，電源控制箱體和變壓器箱體體積過大等缺點，本實用新型 的發明目的在于提供一種高頻高壓開關整流電源，采用三相供電，通過UCC3895芯片對控 制電路進行控制，變壓器采用平面型的PCB線圈繞組結構，以實現高壓直流輸出，輸出電壓 高，脈動范圍小，閃絡處理速度快，供電平衡的目的。為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是控制板主輸入電路的輸出端與 全橋變換電路的驅動變壓器輸入端相連，全橋變換采用四組場效應管組成的四個橋臂來進 行升頻，升壓變壓器與四組場效應管橋臂連接，升壓變壓器采用PCB線圈繞組結構升壓；脈 寬調制控制電路與柵極全橋驅動電路接通，控制部分采用脈寬調制芯片進行脈寬調制；柵 極全橋驅動電路連接全橋變換電路，驅動芯片接受脈寬調制控制電路的脈寬調制芯片輸出 的四路控制波形，輸出到全橋變換電路中的驅動變壓器來驅動全橋變換電路四組場效應管 橋臂，經四組橋臂對輸入電壓進行全橋變換后，作為原邊電壓送到升壓變壓器進行升壓，升 壓后的高頻高壓電經全橋整流電路整流后輸出。所述的控制板主輸入電路的三相開關外接輸入的三相電，風機、指示開關和開關 電源分別與三相開關串接，三相開關依次與交流接觸器、三相整流器和去干擾電路串聯。所述的全橋變換電路的四組場效應管橋臂的電壓輸入端與控制板主輸入電路的 去干擾電路連接，脈寬信號輸入端與高壓側懸浮驅動變壓器連接，升壓變壓器與四組場效 應管橋臂串接。[0008]所述的脈寬調制控制電路的電壓取樣電路和電流取樣電路依次通過柵極全橋驅 動電路、驅動全橋變換電路與升壓變壓器連接，從升壓變壓器輸出電壓中取回輸出電流和 電壓的樣值，反饋到脈寬調制芯片進行占空比的調整，用來控制輸出脈寬占空比的定時器 諧振電路脈寬調制芯片串接。所述的柵極全橋驅動電路的驅動芯片分別與脈寬調制控制電路的脈寬調制芯片、 全橋變換電路的驅動變壓器串接。本實用新型的升壓變壓器是一種油浸風冷變壓器，由U形磁芯、有機玻璃板、次級 線圈PCB板線圈繞組和初級線圈銅線繞組組成，次級線圈PCB板線圈繞組在磁芯中的放置 采用有機玻璃板隔開，PCB板為雙面板，其電路圖采用環形結構，環形最外端連接全橋整流 電路，整流完成后為高壓輸出，PCB板上有取樣電路，電路由三個電阻組成，磁芯四周采用環 氧板和螺絲固定。所述控制板主輸入電路、柵極全橋驅動電路、全橋變換電路、脈寬調制控制電路集 成在電源控制柜內，電源控制柜和升壓變壓器內置于電源箱體中，整個電源采用風機和散 熱片散熱，升壓后的電壓通過高壓柱輸出。本實用新型的脈寬調制控制電路采用脈寬調制芯片對電路實行脈寬調制，外接驅 動芯片來驅動全橋變換電路，通過脈寬調制芯片對全橋變換電路開通和關斷時間的控制來 控制輸出波形，提供給變壓器高頻穩定的交流電壓作升壓用。本實用新型的升壓變壓器采用的是PCB線圈繞組結構，在U形磁芯上繞銅線繞組， 作為變壓器的初級線圈，接入由全橋變換電路輸出的500伏、50千赫茲的原邊電壓，將PCB 線圈繞組板和有機玻璃板交替疊加，放在磁芯正中，作為升壓變壓器次級線圈，每塊PCB板 的線圈輸出接全橋整流電路，將升壓后的交流電整流為無干擾的直流電，將每塊PCB板串 聯起來，總的輸出電壓為各塊PCB上的電壓值之和。本實用新型采用三相供電，高壓直流輸出，輸出電壓高，脈動范圍小，閃絡處理速 度快，供電平衡，可將電源轉換功率提高到95 %以上，輸出功率可調，變壓器采用了新型 PCB線圈繞組結構，使得變壓器的工作效率達98% -99%，漏感和輻射都很低，繞組結構固 定、預先加工好，參數穩定，有效減小了變壓器的體積和生產成本，且其集成度高，重量輕， 便于搬動和安裝。以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型的電路方框圖；圖2是本實用新型的結構示意簡圖；圖3是電源控制板的總體電路圖；圖4是控制板主輸入電路6的電路圖；圖5是全橋變換電路8的電路圖；圖6是脈寬調制控制電路10電路圖；圖7是柵極全橋驅動電路7的電路圖；圖8是升壓變壓器9的結構剖視圖；圖9是圖8的側視圖；[0025]圖10是升壓變壓器9的電路圖；圖11是升壓變壓器9的PCB板線圈繞組電路圖正面；圖12是圖11電路圖反面。
具體實施方式
如圖1所示，控制板主輸入電路5從外部引進380伏三相電壓，經三相開關10和 交流接觸器11后，通過三相整流器12整流成500伏的直流電壓，經全橋變換電路7升頻為 50千赫茲的500V高頻交流電壓后，送至升壓變壓器8的原邊，作為升壓變壓器8的輸入電 壓；升壓變壓器8再將500伏50千赫茲的交流電壓升壓為70千伏的高壓電，最后由升壓變 壓器8內的全橋整流電路整流為直流電輸出35，給工業設備供電；開關電源變壓模塊16將 220伏交流電壓整流為低壓的直流點供給電路芯片用電；脈寬調制電路9的UCC3895控制 芯片輸出控制信號，通過柵極全橋驅動電路6給全橋變換電路7提供驅動信號；UCC3895芯 片還可從升壓變壓器輸出電壓中通過電壓取樣電路19和電流取樣電路20采樣，通過負反 饋來控制全橋變換電路7輸出波形的占空比，從而達到控制輸出功率的目的。圖2為本實用新型的整體結構示意簡圖，如圖所示，控制板主輸入電路、柵極全橋 驅動電路、全橋變換電路、脈寬調制控制電路集成為電路控制板裝在電源控制柜1內，電源 控制柜1和變壓器8內置于電源箱體中，電源控制柜1后面是散熱片2，通過風機4給升壓 變壓器8和電源控制柜1散熱，升壓后的電壓通過高壓柱3輸出。圖3為電源控制板總體電路圖，圖中5為控制板主輸入電路，電路通過脈寬調制電 路9的控制芯片UCC3895輸出控制信號，經柵極全橋驅動電路6驅動全橋變換電路7輸出 500伏50千赫茲的高頻直流電到升壓變壓器8進行升壓和整流，脈寬調制電路9的電流和 電壓取樣電路從升壓變壓器8的高壓輸出中采樣，反饋到UCC3895芯片進行脈寬調制來控 制輸出。[0031 ] 如圖4所示，控制板主輸入電路將外部輸入的380伏三相電弓I入一個三相開關10， 風機14、指示開關15和開關電源變壓模塊16分別與三相開關10串接，三相開關10依次 與交流接觸器11、三相整流器12和去干擾電路13串聯，輸入的三相電給風機14、指示開關 15和開關電源變壓模塊16供電，再通過交流接觸器11，經三相整流器12和去干擾電路13 整流為低頻500V直流電壓。如圖5所示，全橋變換電路的輸入端與控制板主輸入電路的三相整流器連接，升 壓變壓器8與四組場效應管橋臂18串接；D、G兩點是經控制板主輸入電路的三相整流器整 流后的低頻直流電輸入，驅動變壓器17對脈寬調制控制電路的UCC3895芯片產生的四路驅 動信號進行濾波，A、B、C、D四個橋臂組成了全橋變換電路，用于將低頻直流電壓逆變升頻為 升壓變壓器8所需的500伏50千赫茲的高頻交流電。如圖6所示，脈寬調制控制電路的電壓取樣電路19和電流取樣電路20的I、G、V 分別與全橋變換電路的升壓變壓器8 (如圖10)中的取樣電電路的I、G、V三點連接，從升壓 變壓器輸出取回輸出電流和電壓的樣值，反饋到UCC3895芯片22進行占空比的調整，用來 控制輸出脈寬的占空比的定時器諧振電路21與UCC3895控制芯片22串接；UCC3895可對 全橋開關的相位進行移相控制，實現全橋功率級固定頻率脈寬調制功能，新增了死區自動 調節等功能，進一步增強了電源系統的可靠性，同時該電路功耗顯著下降，更適合通信電源低功耗、高功率密度、高可靠性的要求。如圖7所示，柵極全橋驅動電路的IR2110芯片23分別與脈寬調制控制電路的 UCC3895芯片、全橋變換電路的驅動變壓器17串接，頂2110芯片23接受脈寬調制控制電路 的UCC3895芯片輸出四路控制波形，輸出到全橋變換電路的高壓側懸浮驅動變壓器17，用 來驅動圖5中的四組場效應管橋臂。如圖8所示，升壓變壓器是一種油浸風冷變壓器，由U形磁芯觀、有機玻璃板29、 次級線圈PCB板線圈繞組30和初級線圈銅線繞組31組成，兩幅U形磁芯28為變壓器提供 感應磁場，初級線圈銅線繞組31是初級線圈，輸入是經全橋變換電路(圖5)整流后的500 伏50千赫茲的高頻交流電壓，次級線圈PCB板線圈繞組30是次級線圈，輸出為升壓后的高 頻高壓直流電，次級線圈PCB板線圈繞組30在磁芯觀中的放置采用有機玻璃板四隔開， 變壓器外部結構采用環氧板24、25、26、27用不銹鋼螺絲32固定。圖9是升壓變壓器結構側視圖，次級線圈PCB板線圈繞組30中間開孔，便于U形 磁芯28從中間穿過，磁芯四周都采用環氧板M、25J6、27和不銹鋼螺絲32固定。圖10是升壓變壓器的電路原理圖，變壓器輸入接圖5的500伏50千赫茲高頻交 流電壓輸出，作為變壓器的原邊波形，升壓后，全橋整流電路33整流為高頻高壓的直流電 壓輸出；取樣電路；34并聯在輸出電路中，從輸出電壓取樣，反饋到UCC3895芯片進行脈寬調 制。圖11是PCB線圈繞組電路圖正面，PCB板為雙面板，正面電路圖如圖11所示，反 面電路圖如圖12所示，正反兩面的線圈繞組36構成變壓器次級線圈，升壓后的高壓交流電 再經全橋整流電路33整流為高頻高壓的直流電輸出35。取樣電路34從變壓器輸出線路 35中取出電流和電壓的樣本反饋到圖6的電壓取樣電路和電流取樣電路，通過脈寬調制控 制電路的UCC3895來調節輸出脈寬的占空比，以達到變壓器輸出功率可調節的目的。圖12是PCB板線圈繞組電路圖反面，高壓輸出35和圖11的高壓輸出35連接，整 流電路33和圖11的整流電路33構成全橋整流電路，正反兩面的線圈繞組36構成變壓器 次級線圈。
權利要求1.一種高頻高壓開關整流電源，其特征在于控制板主輸入電路(5)的輸出端與全橋 變換電路(7)的驅動變壓器(17)輸入端相連，全橋變換采用四組場效應管組成的四個橋 臂(18)來進行升頻，升壓變壓器(8)與四組場效應管橋臂(18)連接，升壓變壓器(8)采用 PCB線圈繞組結構升壓；脈寬調制控制電路(9)與柵極全橋驅動電路(6)接通，控制部分采 用脈寬調制芯片0 進行脈寬調制；柵極全橋驅動電路(6)連接全橋變換電路(7)，驅動 芯片03)接受脈寬調制控制電路(9)的脈寬調制芯片02)輸出的四路控制波形，輸出到 全橋變換電路⑵中的驅動變壓器(17)來驅動全橋變換電路(7)四組場效應管橋臂(18)， 經四組橋臂(18)對輸入電壓進行全橋變換后，作為原邊電壓送到由升壓變壓器(8)進行升 壓，升壓后的高頻高壓電經全橋整流電路(3 整流后輸出。
2.根據權利要求1所述的高頻高壓開關整流電源，其特征在于所述的控制板主輸入 電路(5)的三相開關(10)外接輸入的三相電，風機(14)、指示開關(15)和開關電源變壓 模塊(16)分別與三相開關(10)串接，三相開關(10)依次與交流接觸器(11)、三相整流器 (12)和去干擾電路(13)串聯。
3.根據權利要求1所述的高頻高壓開關整流電源，其特征在于所述的全橋變換電路 (7)的四組場效應管橋臂(18)的電壓輸入端與控制板主輸入電路(5)的去干擾電路(13) 連接，脈寬信號輸入端與高壓側懸浮驅動變壓器(17)連接，升壓變壓器(8)與四組場效應 管橋臂(18)串接。
4.根據權利要求1所述的高頻高壓開關整流電源，其特征在于所述的脈寬調制控制 電路(9)的電壓取樣電路(19)和電流取樣電路OO)依次通過柵極全橋驅動電路(6)、全橋 變換電路(7)與升壓變壓器(8)連接，從升壓變壓器(8)輸出電壓中取回輸出電流和電壓 的樣值，反饋到脈寬調制芯片02)進行占空比的調整，用來控制輸出脈寬占空比的定時器 諧振電路與脈寬調制芯片02)串接。
5.根據權利要求1所述的高頻高壓開關整流電源，其特征在于所述的柵極全橋驅動 電路(6)的驅動芯片03)分別與脈寬調制控制電路(9)的脈寬調制芯片(22)、全橋變換電 路(7)的驅動變壓器(17)串接。
6.根據權利要求1所述的高頻高壓開關整流電源，其特征在于升壓變壓器(8)是一 種油浸風冷變壓器，由U形磁芯08)、有機玻璃板09)、次級線圈PCB板線圈繞組(30)和 初級線圈銅線繞組(31)組成，次級線圈PCB板線圈繞組(30)在磁芯08)中用有機玻璃板 (29)隔開，PCB板為雙面板，其電路圖采用環形結構，環形最外端連接全橋整流電路(33)， 整流完成后為高壓輸出(3 ，PCB板上有取樣電路(34)，電路由三個電阻組成，磁芯08)四 周采用環氧板(24,25,26,27)和螺絲(32)固定。
7.根據權利要求1所述的高頻高壓開關整流電源，其特征在于所述控制板主輸入電 路(5)、柵極全橋驅動電路(6)、全橋變換電路(7)、脈寬調制控制電路(9)集成為電路控制 板裝在電源控制柜(1)內，電源控制柜(1)和升壓變壓器(8)內置于電源箱體中，電源散熱 采用風機(4)和散熱片( 散熱，升壓后的電壓通過高壓柱C3)輸出。
專利摘要一種高頻高壓開關整流電源，主要用于環保行業除塵設備。控制板主輸入電路的輸出端與全橋變換電路的驅動變壓器輸入端相連，全橋變換采用四組場效應管橋臂來進行升頻，升壓變壓器與四組場效應管橋臂連接，采用PCB線圈繞組結構升壓，脈寬調制控制電路與柵極全橋驅動電路接通，柵極全橋驅動電路連接全橋變換電路。本實用新型采用三相供電，高壓直流輸出，輸出電壓高，脈動范圍小，閃絡處理速度快，供電平衡，可將電源轉換功率提高到95％以上，輸出功率可調，PCB線圈繞組結構變壓器使其工作效率達98％-99％，漏感和輻射很低，繞組結構固定、預先加工好，參數穩定，體積和生產成本降低，集成度高，重量輕，便于搬動和安裝。
文檔編號H02M7/12GK201839215SQ201020144858
公開日2011年5月18日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者劉峰, 陳正 申請人:襄樊艾達電子通信科技有限公司