專利名稱：一種高隔離度可調直流穩壓電源電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高隔離度可調直流穩壓電源電路。
技術背景絕緣材料的電壽命對電工電子設備具有極重要的影響。電氣新裝備研制中需要在盡可能短的時間內獲得所采用的電氣絕緣結構的電氣壽命信息，電工絕緣材料研制中需要盡可能快的獲得新配方和新工藝下絕緣材料的電氣壽命信息。為了盡快獲得絕緣結構和絕緣材料的壽命信息，通常在不改變絕緣壽命失效機理的條件下，利用加速壽命評估實驗方法和實驗裝置進行絕緣材料壽命的加速老化實驗評估。以往的加速實驗評估方法和實驗評估裝置主要針對直流和工頻正弦交流電壓下絕緣結構和絕緣材料壽命的評估，隨著變頻驅動和新能源發電應用的需要，施加在電氣裝備上的電壓由原來的直流電和工頻正弦交流電壓變為重復高頻高壓脈沖電壓，電工絕緣材料所承受的電壓也由原來的直流電壓和工頻正弦交流電壓變為重復高頻高壓脈沖電壓。由于電工絕緣材料所承受的電應力環境發生了變化，理論和實踐均證實重復高頻高壓脈沖電應力對絕緣材料壽命的影響比直流和工頻正弦交流電應力要嚴酷得多，以往在直流和工頻正弦交流電壓下研制的絕緣材料壽命加速評估實驗方法和實驗裝置已不適用于新的應用環境。脈沖電應力下電氣絕緣結構和電工絕緣材料壽命的加速實驗評估裝置需要有高性能的對稱雙極性重復高頻高壓方波脈沖電源。利用功率半導體器件構成的橋式逆變電路可以產生峰峰值在0 IKV之間連續可調的高性能對稱雙極性脈沖電源，但由于功率半導體器件耐壓性能的的限制，當前還難以用一個常規橋式逆變電路單元產生峰峰值在0 20kV可調的高性能對稱雙極性方波脈沖電源，利用脈沖變壓器升壓可以獲得所需要的電壓幅值，但脈沖上升時間等其他脈沖參數又難以滿足絕緣材料壽命加速老化試驗的需要。利用多個相互獨立且同步工作的0 IKV高性能方波脈沖電源級聯，是產生絕緣材料電壽命加速實驗用0 20KV高性能對稱雙極性方波脈沖電源的一種方法。為了能夠實現多個這種頻脈沖電源的級聯，需要為每個獨立的橋式逆變電路提供一組相互隔離的直流工作電源，要求隔離電壓不低于方波脈沖的峰峰值電壓20KV，同時要求各組隔離電壓之間的耦合電容以及隔離電源對地之間的耦合電容要小。當前主要利用兩個工頻隔離變壓器實現隔離，第一個工頻隔離變壓器提供高隔離度的12V直流輔助工作電源，第二個工頻隔離變壓器的原邊接電動或手動調壓器的輸出端，通過自動或手動方式操作調壓器來產生0 500V可調直流工作電源。這種方法可以獲得各橋式逆變電路所需要的隔離電壓達20kV的直流電源，但由于工頻變壓器的繞組匝數較多以及工藝上的限制各副邊繞組之間耦合電容、副邊繞組與原邊繞組之間的耦合電容、各繞組與變壓器鐵芯之間的耦合電容都比較大，導致各組隔離電壓之間的耦合電容以及隔離電源對地之間的耦合電容較大，這個耦合電容直接影響對稱雙極性高壓脈沖電源的性能，開關電源的耦合電容可以做得比較小，但當前的開關型直流電源的隔離電壓不能滿足要求，故當前的對稱雙極性高壓脈沖電源還不能完全滿足絕緣材料電壽命加速老化實驗的要求。發明內容本實用新型的目的是提供一種高隔離度可調直流穩壓電源電路。利用本實用新型可以實現對輸出電 壓的高隔離度檢測，從而構成閉環控制0 500V可調、輸出電壓與輸入之間的隔離電壓達到20KV的直流穩壓電源。本實用新型是這樣實現的(I)高隔離度可調直流穩壓電源電路由橋式逆變電路、閉環脈沖寬度調制(PWM)控制電路、隔離驅動電路、高隔離度電壓檢測電路和高隔離度輔助電源電路構成；(2)橋式逆變電路工作于閉環脈沖寬度調制(PWM)方式，在閉環脈沖寬度調制(PWM)控制電路的控制下，將輸入直流電壓Vx轉換為高隔離度輸出直流電源Vh，并實現輸出電壓Vh的穩壓和調壓控制；(3)閉環脈沖寬度調制(PWM)控制電路利用0 5V輸入信號\作為電壓給定信號，利用對輸出電壓Vh的高隔離度電壓檢測信號Vf作為負反饋信號構成輸出電壓負反饋閉環PWM控制電路，實現高隔離直流穩壓電源的穩壓和調壓控制。PWM控制電路使用PWM控制專用集成電路或微處理器實現閉環控制功能并產生PWM控制信號P+和P-；(4)隔離驅動電路接收閉環PWM控制電路送來的PWM控制信號P+和P-，將P+和 -轉換為4個隔離驅動信號？+11、 _11、 +1)、 _1)，由這4個驅動信號實現對橋式逆變電路的控制；橋式逆變電路在隔離驅動電路輸出的隔離驅動信號PfPfPfP-D驅動下，將輸入直流電壓Vx轉換為PWM脈沖VPWM，利用高隔離度高頻脈沖變壓器BI將脈沖電壓Vpwm隔離并升壓，在BI付邊繞組獲得高隔離度脈沖電壓VHP，利用快速整流濾波電路對Vhp進行整流和濾波，得到高隔離度可調直流穩壓電源Vh;(5)高隔離度電壓檢測電路由檢測電路和隔離接收電路兩部分構成。檢測電路由電阻分壓電路、增益Kt可調的放大器、電壓頻率變換電路(VFC)，光發射器FS、光纖構成；隔離接收電路由光接受器JS、頻率電壓轉換電路(FVC)和增益Kfb可調的電壓緩沖放大器構成。電壓檢測和隔離接收部分電氣上隔離，由高隔離度輔助電源電路為其電路提供高隔離度輔助電源。高隔離度檢測電路將將0 500V之間的電壓Vh變換為0 500KHz之間的脈沖信號fSPT并通過光纖隔離傳送，隔離接收電路接收光纖隔離傳送的脈沖信號，將其轉換為的電壓信號VF，作為閉環PWM控制電路的電壓負反饋信號。通過調整Kt和Kfb，使得Vf =0. OIVh,實現對Vh的高隔離度電壓檢測；(6)高隔離度輔助電源電路由輔助電源PWM電路、兩個獨立的脈沖變壓器B2和B3構成；電壓Vx過輔助電源PWM電路、兩個原邊繞組并聯的高頻脈沖變壓器B2和B3，獲得兩對固定輸出電壓輔助電源，兩對分別命名為±V和土V2,電壓在±12V ±15V之間選擇，脈沖變壓器B3原副邊隔離電壓不低于20kV，兩對電源V和V2之間的隔離電壓不低于20kV。本實用新型的優點是利用光纖實現輸出電壓的高隔離度檢測，與高隔離度高頻脈沖變壓器、橋式逆變電路和閉環PWM控制電路配合，構成閉環高精度高隔離度可調高壓直流穩壓電源，解決了級聯型對稱雙極性高壓脈沖電源對高隔離度、低耦合電容、可調高壓直流穩壓電源的問題，滿足了絕緣材料脈沖電壽命加速老化實驗對稱雙極性高壓脈沖電源的需要。
[0012]附圖為本實用新型實施例高隔離度高壓可調直流穩壓電源電路的結構示意圖。
具體實施方式
實施例(I)電網AC220V交流電源經電磁兼容濾波器(EMC)濾波器送到工頻整流與濾波電路，得到300V左右的直流電源Vx，電源Vx分別送到高隔離度輔助電源電路和高隔離度可調主電源橋式逆變電路；(2)主電源橋式逆變電路工作于閉環PWM控制、脈沖變壓器隔離輸出方式，在閉環脈沖寬度調制(PWM)控制電路的控制下，將輸入直流電壓Vx轉換為高隔離度輸出直流電源Vh,并實現輸出電壓Vh的穩壓和調壓控制；(3)橋式逆變電路的PWM控制電路利用0 5V輸入信號Vtj作為電壓給定信號，利用對輸出電壓Vh的高隔離度電壓檢測信號Vf作為負反饋信號構成輸出電壓負反饋閉環PWM控制電路，實現高隔離直流穩壓電源的穩壓和調壓控制，使用PWM控制專用集成電路產生PWM控制信號P+和P-；(4)隔離驅動電路接收閉環PWM控制電路送來的PWM控制信號P+和P-，信號P+送到2個隔離驅動電路產生2個隔離的驅動信號P+u和P+D，信號P_送到2個隔離驅動電路產生2個隔離的驅動信號P_u和P_D，利用這4個驅動信號控制橋式逆變電路橋臂4個半導體功率開關元件的導通與截止，將直流電源Vx逆變為PWM脈沖電壓Vpwm;利用隔離電壓為20KV的隔離型高頻脈沖變壓器BI將脈沖電壓Vpwm升壓，在變壓器BI副邊得到峰值約為650V脈沖寬度受閉環PWM控制電路控制的PWM脈沖電壓VHP，利用快速整流濾波電路對Vhp進行整流和濾波，得到高隔離度可調直流穩壓電源Vh ；(5)高隔離度電壓檢測電路由檢測電路和隔離接收電路兩部分構成。檢測電路利用電阻對Vh分壓得到Vht = Kht-Vh,選擇Kht ^ 0. 02使Vh在0 500V之間調整時Vht在0 IOV內跟隨Vh的變化；VHT經增益為Kt的可調增益緩沖放大電路，得到電壓Vhf = Kt -Kht -Vh,Kt的調整范圍為0. 5 2 ;VHF由電壓頻率變換電路(VFC)轉換成電脈沖信號Spt，通過調整增益Kt使輸出電壓Vh在0 500V間變化時，脈沖信號Spt的頻率fSPT在0 500KHz之間對應變化；電脈沖信號Spt由光發射器轉換為光脈沖信號，并利用光纖將光脈沖信號隔離傳送到隔離檢測電路的光接收器。隔離接收電路的光接收器接收光纖隔離傳送的光脈沖信號并轉換為電脈沖信號SPK，該脈沖信號Spk的頻率fSPK就是Spt的頻率fSPK = fSPT，利用頻率電壓轉換電路(FVC)將Spk轉換為電壓信號VHK，將Vhk送增益Kfb可調整的電壓緩沖放大器對Vhe進行緩沖與調整得到Vf = Kfb ^Vhk，增益Kfb的調整范圍為0. 3 3，通過調整Kfb使得輸出電壓Vh的高隔離度檢測信號Vf = 0. OIVh,該信號Vf作為PWM控制電路的電壓負反饋信號;(6)高隔離度輔助電源由輔助電源PWM電路和兩個原邊繞組并聯的隔離降壓型高頻脈沖變壓器B2和B3構成，輔助電源PWM電路由型號為T0P242的單片式PWM逆變控制集成電路構成，本輔助電源PWM電路的負反饋電壓由隔離變壓器B2的一個副邊繞組提供。電壓Vx由集成電路T0P242逆變為PWM脈沖，由脈沖變壓器隔離降壓輸出。B2另一組副邊繞組輸出的PWM信號經快速整流二極管整流和濾波電容濾波得到一對±12V直流輔助電源土V，脈沖變壓器B3原副邊隔離電壓為20kV，B3的原邊繞組與B2原邊繞組并聯，B3副邊繞組輸出的P麗脈沖經快速二極管整流、電容濾波、12V的穩壓集成電路穩壓，得到另一對±12V輔
助電源土V2。
權利要求1.ー種高隔離度可調直流穩壓電源電路，其特征在于高隔離度可調直流穩壓電源電路是這樣實現的 (1)高隔離度可調直流穩壓電源電路由橋式逆變電路、閉環脈沖寬度調制控制電路、隔離驅動電路、高隔離度電壓檢測電路和高隔離度輔助電源電路構成，脈沖寬度調制即PWM ； (2)橋式逆變電路工作于閉環脈沖寬度調制方式，在閉環脈沖寬度調制控制電路的控制下，將輸入直流電壓\轉換為高隔離度輸出直流電源Vh ； (3)閉環脈沖寬度調制控制電路利用O 5V輸入信號\作為電壓給定信號，利用對輸出電壓Vh的高隔離度電壓檢測信號Vf作為負反饋信號構成輸出電壓負反饋閉環PWM控制電路；PWM控制電路使用PWM控制專用集成電路或微處理器實現閉環控制功能并產生PWM控制信號P+和P-; (4)隔離驅動電路接收閉環PWM控制電路送來的PWM控制信號P+和P-，將P+和P_轉換為4個隔離驅動信號P+u、P_u、P+D、P_D ； (5)高隔離度電壓檢測電路由檢測電路和隔離接收電路兩部分構成；檢測電路由電阻分壓電路、増益Kt可調的放大器、電壓頻率變換電路，光發射器FS、光纖構成；隔離接收電路由光接受器JS、頻率電壓轉換電路和増益Kfb可調的電壓緩沖放大器構成；電壓檢測和隔離接收部分電氣上隔離，由高隔離度輔助電源電路為其電路提供高隔離度輔助電源； (6)高隔離度輔助電源電路由輔助電源PWM電路、兩個獨立的脈沖變壓器B2和B3構成；電壓Vx過輔助電源PWM電路、兩個原邊繞組并聯的高頻脈沖變壓器B2和B3，獲得兩對固定輸出電壓輔助電源。
專利摘要本實用新型公開了一種高隔離度可調高壓直流穩壓電源電路。由橋式逆變電路、閉環脈沖寬度調制(PWM)控制電路、隔離驅動電路、高隔離度電壓檢測電路和高隔離度輔助電源電路構成；高隔離度電壓檢測電路由檢測電路和隔離接收電路兩部分構成；高隔離度輔助電源電路由輔助電源PWM電路、兩個獨立的脈沖變壓器B2和B3構成。本實用新型利用光纖實現輸出電壓的高隔離度檢測，與高隔離度高頻脈沖變壓器、橋式逆變電路和閉環PWM控制電路配合，構成閉環高精度高隔離度可調高壓直流穩壓電源，解決了級聯型對稱雙極性高壓脈沖電源對高隔離度、低耦合電容和可調高壓直流穩壓電源的問題，滿足了絕緣材料脈沖電壽命加速老化實驗對稱雙極性高壓脈沖電源的需要。
文檔編號H02M3/335GK202513828SQ201220171890
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月21日 優先權日2012年4月21日
發明者張興旺, 職燕, 蔣存波, 金紅, 陳小琴 申請人:桂林理工大學