專利名稱：礦用場效應功率管型高壓逆變電源的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于由高壓直流電源變換為低壓直流電源的變壓裝置技術領域。
目前國內煤礦井下架線電機車上供照明、電笛、載波通訊等電器設備所用的直流穩壓電源，都是從架空線上的高壓直流經逆變電源變換而來。當前礦井所用的高壓逆變電源由于受電路設計、關鍵元器件及工藝結構等因素的影響，普遍存在故障率高，可靠性差、無故障連續運行時間較短，且防塵防潮性能差等缺點。這給日常維修帶來了很多困難，嚴重影響井下安全生產。
本發明的目的是研制一種可靠性高、故障率低、維修方便，能夠防塵防潮，保證煤礦安全生產的新型高壓逆變電源。
礦用場效應功率管型高壓逆變電源整機由高壓輸入電路、功率變換電路、控制電路、定時啟動電路，整流濾波電路、穩壓取樣電路，閉鎖保護電路連接而成(見附圖1)。
下面就與本發明有關的關鍵電路分述如下。
1、功率變換電路該電路是連接高低壓電路的樞紐，連續工作在高電壓、大功率狀態下。現有的高壓逆變電源功率變換電路中選用的是高頻高反壓晶體三極管做為功率開關管，由于這種管子功率較小(小于50瓦)，欲獲得大功率輸出，需二只并聯使用，其驅動、選配比較困難，且容易發生二次擊穿現象，這是造成現有逆變電源故障隱患的重點之一。本發明的功率變換電路中采用了高頻、高耐壓、大功率(單只功率125瓦)、自鎮流(無二次擊穿現象)的場效應功率管做為功率開關管。同時用高飽和磁密的EC型磁芯精心設計繞制的低漏感、抗飽和的開關變壓器B1代替了現有的漏感大，效率低，開機瞬間或在高溫下容易出現磁飽和進而危及功率開關管的普通鐵氧體磁芯繞制的開關變壓器。以上的關鍵性元器件的選用，對于提高整機可靠性，減少故障起了關鍵作用。為了控制兩只場效應功率管，本電路引入了驅動變壓器B2。該變壓器直接連接控制電路和功率變換電路，控制電路輸出的交替脈沖經變壓器B2隔離變換，直接驅動兩只場效應功率管輪流導通。
該電路由場效應功率管T2、T3，開關變壓器B1，驅動變壓器B2及電容C14～C22，R27～R33等元件組成的半橋式功率變換電路。(見附圖2)。其工作原理是由驅動變壓器B2與控制電路相連接并受其控制。當控制電路中的集成脈寬調制器IC1的11腳、14腳交替輸出驅動脈沖后，由驅動變壓器B2隔離驅動，使T2、T3輪流導通。這樣在B1初級線圈產生交替變化的脈沖高壓，經開關變壓器B1隔離變換，在B1次級線圈得到所需的脈沖低壓供給整流濾波電路輸出直流低壓，由此便完成了將輸入直流高壓變換成直流低壓的功能。
2、控制電路該電路是直接關系著整機電路結構和整機性能的重點電路。該電路中采用了適于驅動場效應功率管的新型集成脈寬調制控制器IC1。該電路除具有他激式脈寬調制開關電源所需的各種基本電路外，還具有(1)可調的死區時間控制，有效地防止了功率開關管的共態導通；(2)雙端輸出驅動場效應功率管，使整機具有較快的開關速度；(3)電壓控制切斷的逐個脈沖保護，使整機保護電路的設計非常簡單。
該電路主要由一塊適于驅動場效應功率管的集成脈寬調制控制器IC1及外圍元件所組成(見附圖3)。IC1的9腳接R4、C1構成誤差放大器補償電路；R8為輸出脈沖死區時間控制元件；C7為柔順起動電容；16腳輸出基準電壓5。1V；15腳為IC1輸入電源端；R11、D1、D2、C8將輸出電壓穩壓后做為IC1之電源電壓；10腳為過壓過荷取樣電壓輸入端，當10腳電壓大于1伏后，11腳、14腳的輸出脈沖就被切斷。該電路的工作原理是，由定時元件C6、R9與IC1內部振蕩器產生高頻振蕩，經內部電路處理，在11腳、14腳交替輸出調制脈沖，用來驅動功率變換電路。穩壓取樣電路將輸出電壓取樣后，加至IC1的1腳，與內部高精度基準電壓進行比較、放大及一系列處理，最后在輸出端11腳、14腳輸出與取樣電壓變化趨勢相反的相應脈寬的調制脈沖，用以改變功率開關管的導通時間，進而調節輸出電壓。
3、定時啟動電路為了適應井下頻繁啟動以及輸入電壓寬范圍變化仍能可靠啟動，本高壓逆變電源設計了定時啟動電路。即接通一次輸入電壓、啟動電路工作約3秒鐘，輸出啟動電壓供給控制電路開始工作，在這三秒內是以使啟動后的輸出電壓返回來供給控制電路穩定工作，而后，啟動電路停止工作，等待下次啟動。
定時起動電路由場效應功率管T1，單向可控硅CR2、CR3穩壓管D8、D9及電阻R19－R26，電容C11～C12所組成(見附圖4)。當高壓輸入電路接通時，電容C11開始充電，T1飽和導通，輸出啟動電壓經D12加至IC1電源端，使控制電路開始工作，這個過程約3秒鐘，此時C11上的電壓充到D9的擊穿電壓，使之導通后，觸發CR2、CR3導通。CR2的導通將C11上的電荷很快釋放掉，為下次啟動復位準備，CR3的導通使T1截止，于是啟動電壓消失，完成了啟動任務。
除了上述關鍵電路之外，本高壓逆變電源整機還設計了快速輸出過壓過荷保護電路。工作時，一旦出現輸出過壓過荷，保護電路觸發主控電路切斷功率變換電路的驅動脈沖，進而使輸出電壓消失，此時控制電路失去電源電壓供給。而啟動電路已停止工作無啟動電壓輸出因此控制電路也停止工作，使整機進入閉鎖保護狀態。這種閉鎖式保護方式，避免了一般高壓逆變電源中那種啟動－過荷－保護－啟動的死循環，可有效地保護功率器件，避免惡性事故的發生。
礦用場效應功率管型高壓逆變電源由于對其中的關鍵電路進行了新的設計，特別是對于電路中的關鍵性元器件的適用得當，使得本電源整機電路設計合理，緊湊、可靠性高，故障率低。經1989年10月至1990年4月在大同礦務局四礦進行的現場工業試驗，證明了該機適合井下，生產實用，可靠性高，故障率低，累計運行140多天，無故障連續運行時間達90多天，用戶反映很好。本電源整機放在一個全密封的機殼內，有效地起到了防塵防潮作用。總之，該電源裝置的輸出電壓穩定性高，電壓電流調節能力強，可靠性強，無故障連續運行時間長，且效率高、重量輕，體積小，可望成為同類機型之更新換代產品。
圖1為礦用場效應功率管型高壓逆變電源整機電路方框圖。
圖2為礦用場效應功率管型高壓逆變電源中功率變換電路原理圖圖中C14、C15－100μ／400V，C16、C17－0.1μ／400V，C18、C19－5600P／100V。C20、C21－0.01μ／630V，C22－0.01μ／1kv，
R27、R28－200k，R29、R30－20Ω，R31、R32－100Ω，R33－47Ω，T2、T3－BVZ380，D1、D2－FR107圖3為礦用場效應功率管型高壓逆變電源中控制電路原理圖。
圖中C1－3300P／100V，C2－0。1μ／100VC4－100μ／16V，C5－0。1μ／100V，C6－0。1μ／100V，C7－0。47μ／16V。
R4－160k，R5－200Ω，R6－10k，R7－10k，R8－20Ω，R9－4。3k，R10－100Ω，R11－100Ω。
D1、D2－1N4001，D2－2CW58。
圖4為礦用場效應功率管型高壓逆變電源中定時啟動電路原理圖圖中C11－10μ／25V，C12－0。033μ／100vR19－200kΩ，R20－56Ω，R21－82k，R22－100Ω，R24－240kΩ，R25－20k，R26－36k。
D8－2CW66，D9－2CW60，D11－2CW58D12－1N4001，CR2－1AM3，CR3－1AM3。
T1－BUZ331。
權利要求1.一種礦用場效應功率管型高壓逆變電源由高壓輸入電路，功率換電路，控制電路、啟動電路及整流濾波電路構成，其特征在于(1)功率變換電路中，用高反壓、大功率、自鎮流場效應功率管做為功率開關管；(2)功率變換電路中引入由R2KB材料的EC型磁芯繞制的低漏感抗飽和的開關變壓器；(3)控制電路中采用了適于驅動場效應功率管的集成脈寬調制控制器；(4)起動電路主要由場效應功率管和單向可控硅構成。
專利摘要礦用場效應功率管型高壓逆變電源裝置主要由功率變換電路、控制電路、定時啟動電路及閉鎖保護電路構成并組裝在一個全密封的機殼內。本裝置對關鍵性電路進行了新的設計，特別是在電路中選用了場效應功率管，使得本電源整機電路設計合理、緊湊、體積小、重量輕，可靠性高，故障率低。而且采用了全密封機殼，有效地防塵防潮避免短路跳火等惡性事故。
文檔編號H02M3/315GK2084252SQ90209730
公開日1991年9月4日 申請日期1990年7月9日 優先權日1990年7月9日
發明者安培興, 董阿青 申請人:北京密云無線電廠