一种低功耗高压变频器

技术领域

本申请涉及高压变频器与不间断电源领域，具体涉及一种低功耗高压变频器。

背景技术

高压变频器面对精密的大型设备时，可以输出电压幅值的高于电网的工作电压，然而对于不同类型的精密设备，需要多种幅值类型的高压电，高压变频器的输出电压信号，很难满足多变的需求领域，高压变频器对电网的依赖性很高，会使精密仪器在工作时瞬间断电，会使精密器件发生不可逆的损伤，高压变频器功耗高，发热高，在高温、高湿度等极端条件下，会由于自身温度过高，散热慢，半导体器件发生热击穿，造成短路或断路故障的发生，不利于设备以及工作人员的安全。

发明内容

（一）技术问题

1. 整流桥耐压低，波动性强。

2. 断电后，立即停止工作，对仪器损害性强。

3. 逆变回路等功率模块功耗高。

（二）技术方案

针对上述技术问题，本申请提出的一种低功耗高压变频器，包括整流模块、直流通道选择模块、逆变回路模块以及电磁变压输出模块。

图1是高频变压器的现有技术方案原理图，在设计原理上，因为将电网和逆变电路直接连接起来，没有储电装置，会造成在电网突然断电时，逆变电路也立刻停止工作，从而停止高压输出，会使负载装置在突然断电时出现永久性的损伤的结果。除此之外，高频变压器现有的技术方案，因为逆变回路的逆变器直流回路直接与直流电源连接，造成静态工作点高、功耗高的结果。

图2是整流器的现有技术方案原理图，采用三条整流支路，能更好地嵌入国家电网，在设计原理上，电网地三相电利用二极管地整流特性转换成电流方向不随时间变化地直流电。

图3是电磁变压器地现有技术方案原理图，在设计原理上，采取三组独立的电磁变压器，不仅体积庞大，此泄露严重，还容易发生电磁串扰。

整流模块中的功能核心是，由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6构成的三相整流桥，电网的三相电各接入一条支路，每一条支路串联两个二极管，二极管将电网传来的交流电转化成方向相同的的直流电。

直流通道选择模块的作用是，在电网正常供电时，直接利用电网处传来的电能来启动后续负载，然而，一旦当电网断电，便打开蓄电池通路，利用蓄电池存储的电能保证后续负载不断电，正常工作。其中，可控硅Q2的的导通方向由场效应晶体管Q4控制，当电网供电正常时，场效应晶体管Q4处于导通，通过可控硅Q2的电流方向与电网电流方向一致，电网的电能一部分为后续负载消耗，另一部分为蓄电池Battery充电；当电网断电时，场效应晶体管处于截止状态，流过可控硅的电流方向与蓄电池Battery的极性一致，由蓄电池为后续负载正常工作提供电能。

逆变回路模块由预充电电路和逆变电路两部分构成，从可控硅处传来的电流，首先在电容C1、C2、C3、C4、C5以及C6组成的三条预充电电路的作用下，完成向电压信号的转变，以保证后续模块不会在通电瞬间发生电路故障，另外，预充电电路还可以过滤掉杂波，保证输出的稳定。其次，逆变电路分为三条不同的支路，每一条支路都由两个IGBT串连而成，IGBT管Q3、Q5由场效应晶体管Q1控制，IGBT管Q6、Q7由场效应晶体管Q10控制，IGBT管Q8、Q9由场效应晶体管Q11控制，根据需要可以使每一条或任意两条条逆变支路导通，有利于节约电能，利用场效应晶体管作为控制管，不仅可以提高控制速度，还可以降低逆变回路模块的功耗。

电磁变压输出模块，根据负载用电的类型，采用了同轴的三组变压线圈的T1作为变压器，二极管D9、电阻R13，二极管D10、电阻R14，二极管D11、电阻R15，分别串联在每一组原级线圈上，防止电能回流烧坏前级电路模块，副级线圈共分为四路，将每一组线圈的其中一端连接起来作为零电势端口Output0，同时将二极管D12、电阻R18，二极管D13、电阻R17，二极管D14、电阻R16分别串联在三组副级线圈的另一端，分别作为输出端口Output1、Output2、Output3，最终通过输出端口实现负载与高压变频器的连接。

（三）有益效果

本申请提出的一种低功耗高压变频器，采取电网和蓄电池两种供电通道，能够在电网停止供电后，立即启动蓄电池供电，避免负载设备在瞬间断电时内部元件的损坏，同时，在功率模块，利用场效应晶体管作为控制元件，能够大大提高响应速度，同时降低功耗，最后，输出端口能够输出三种不同电压幅值的电能信号，非常容易适应不同负载之间的切换。

附图说明

图1是现有技术中高压变频器的原理图。

图2是整流器的现有技术方案原理图。

图3是电磁变压器地现有技术方案原理图。

图4为根据本申请的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

如图4所示，本申请提出的一种低功耗高压变频器，包括整流模块、直流通道选择模块、逆变回路模块以及电磁变压输出模块。

整流模块中的功能核心是，由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6构成的三相整流桥，电网的三相电各接入一条支路，每一条支路串联两个二极管，二极管将电网传来的交流电转化成方向相同的的直流电。

具体而言，所述整流模块中输入端口InputA 与二极管D1的正极连接，输入端口InputB与二极管D3的正极连接，输入端口InputC与二极管D5的正极连接，二极管D1的负极分别与二极管D3的负极、二极管D5的负极连接，二极管D2的正极分别与二极管D4的正极、二极管D6的正极连接。

直流通道选择模块的作用是，在电网正常供电时，直接利用电网处传来的电能来启动后续负载，然而，一旦当电网断电，便打开蓄电池通路，利用蓄电池存储的电能保证后续负载不断电，正常工作。其中，可控硅Q2的的导通方向由场效应晶体管Q4控制，当电网供电正常时，场效应晶体管Q4处于导通，通过可控硅Q2的电流方向与电网电流方向一致，电网的电能一部分为后续负载消耗，另一部分为蓄电池Battery充电；当电网断电时，场效应晶体管处于截止状态，流过可控硅的电流方向与蓄电池Battery的极性一致，由蓄电池为后续负载正常工作提供电能。

具体而言，所述直流通道选择模块中可控硅Q2的控制极与场效应晶体管Q4的漏极连接，场效应晶体管的栅极与二极管D5的负极连接，源端接地，可控硅的正极分别与电阻R12的一端、电阻R6的一端连接，电阻R12的另一端与可控硅Q2的负极连接，电阻R6的另一端与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极与可控硅Q2的负极连接，二极管D18的负极与可控硅Q2的负极连接，正极与蓄电池Battery的正输入极连接，蓄电池的输入负极接地，输出负极接地。

逆变回路模块由预充电电路和逆变电路两部分构成，从可控硅处传来的电流，首先在电容C1、C2、C3、C4、C5以及C6组成的三条预充电电路的作用下，完成向电压信号的转变，以保证后续模块不会在通电瞬间发生电路故障，另外，预充电电路还可以过滤掉杂波，保证输出的稳定。其次，逆变电路分为三条不同的支路，每一条支路都由两个IGBT串连而成，IGBT管Q3、Q5由场效应晶体管Q1控制，IGBT管Q6、Q7由场效应晶体管Q10控制，IGBT管Q8、Q9由场效应晶体管Q11控制，根据需要可以使每一条或任意两条条逆变支路导通，有利于节约电能，利用场效应晶体管作为控制管，不仅可以提高控制速度，还可以降低逆变回路模块的功耗。

具体而言，所述逆变回路模块中电容C1的一端分别与可控硅Q2的负极、蓄电池Battery的输出正极连接，另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与二极管D8的负极连接，二极管D8的正极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与二极管D2的正极连接，电容C3的一端分别与可控硅Q2的负极、蓄电池Battery的输出正极连接，另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与二极管D8的负极连接，电容C5的一端分别与可控硅Q2的负极、蓄电池Battery的输出正极连接，另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与电容C6的一端连接，电容C6的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与二极管D8的负极连接， 场效应晶体管Q1的漏端通过开关S1与电源V1的正极连接，栅极与可控硅Q2的负极连接，源端分别与IGBT管Q3的栅极、IGBT管Q5的栅极连接，IGBT管Q3的漏端与可控硅Q2的负极连接，源端与IGBT管Q5的漏端连接，IGBT管Q5的源端与二极管D2的正极连接，场效应晶体管Q10的漏端通过开关S2与电源V1的正极连接，栅极与可控硅Q2的负极连接，源端分别与IGBT管Q6的栅极、IGBT管Q7的栅极连接，IGBT管Q6的漏端与可控硅Q2的负极连接，源端与IGBT管Q7的漏端连接，IGBT管Q7的源端与二极管D2的正极连接，场效应晶体管Q11的漏端通过开关S3与电源V1的正极连接，栅极与可控硅Q2的负极连接，源端分别与IGBT管Q8的栅极、IGBT管Q9的栅极连接，IGBT管Q8的漏端与可控硅Q2的负极连接，源端与IGBT管Q9的漏端连接，IGBT管Q9的源端与二极管D2的正极连接，二极管D15的正极与IGBT管Q3的源端连接，负极与IGBT管Q5的漏端连接， 二极管D16的正极与IGBT管Q6的源端连接，负极与IGBT管Q7的漏端连接，二极管D17的正极与IGBT管Q8的源端连接，负极与IGBT管Q9的漏端连接。

电磁变压输出模块，根据负载用电的类型，采用了同轴的三组变压线圈的T1作为变压器，二极管D9、电阻R13，二极管D10、电阻R14，二极管D11、电阻R15，分别串联在每一组原级线圈上，防止电能回流烧坏前级电路模块，副级线圈共分为四路，将每一组线圈的其中一端连接起来作为零电势端口Output0，同时将二极管D12、电阻R18，二极管D13、电阻R17，二极管D14、电阻R16分别串联在三组副级线圈的另一端，分别作为输出端口Output1、Output2、Output3，最终通过输出端口实现负载与高压变频器的连接。

具体而言，所述电磁变压输出模块中二极管D9的正极与IGBT管Q3的源端连接，负极与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端分别与变压器T1的第二组原级线圈的一端、变压器T1的第三组原级线圈的一端连接，二极管D10的正极与IGBT管Q6的源端连接，负极与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端分别与变压器T1的第一组原级线圈的一端、变压器T1的第三组原级线圈的另一端连接，二极管D11的正极与IGBT管Q8的源端连接，负极与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端分别与变压器T1的第二组原级线圈的另一端、变压器T1的第一组原级线圈的另一端连接，电容C7的一端分别与变压器T1的第一组副级线圈的一端、T1的第二组副级线圈的一端、T1的第三组副级线圈的一端以及输出端口Output0连接，另一端接地，电容C8的一端分别与二极管D12的正极、T1的第二组副级线圈的另一端连接，另一端接地，电容C9的一端分别与二极管D13的正极、T1的第三组副级线圈的另一端连接，另一端接地，电容C10的一端分别与二极管D14的正极、T1的第一组副级线圈的另一端连接，另一端接地，电阻R18的一端与二极管D12的副级连接，另一端与输出端口Output1连接，电阻R17的一端与二极管D13的副级连接，另一端与输出端口Output2连接，电阻R16的一端与二极管D14的副级连接，另一端与输出端口Output3连接。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。