专利名称：：高压变频器功率单元的外部供电控制电源的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种控制电源，特别是一种用于功率单元串联型高压变频器或多电平高压变频器功率单元的外部供电的控制电源。
背景技术：
：目前，功率单元串联型高压变频器已经广泛应用于高压三相异步电动机的调速。在这种变频器中，采用多个低压功率单元串联的方式实现直接高压，电网电压经过二次绕组多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，单相变频功率单元输出端串联起来，实现变压变频的高压输出，供给高压电动机。采用这种技术，利用低压变频器的成熟技术和廉价器件可实现各种不同电压等级的高压变频器；通过各功率单元的低频调制可以获得理想的高频调制效果；借助功率单元的串联能够实现高压多电平PWM。应用范围广，驱动效率高，维修方便，在整个工作负载范围内能够满足IEEE519-1992的苛刻要求。现有单元级联式高压变频器和多电平高压变频器的功率单元中，单元控制电路的供电电源多来自单元的输入电源线，由开关电源将其变换成功率单元所需要的各种直流电压，或先由变压器降压后再进行变换。此外，实用新型CN02255853"—种中压变频电源控制装置"公开了一种功率单元控制不是由单元电力输入线提供、而是由主变压器的附加次级绕组提供的一种供电方式，其结构如图1所示。在主变压器l上设有辅助次级绕组，将工频高压变为工频低压，辅助次级绕组两端连接多个高频磁环隔离变压器2的初级绕组的串联电路，高频磁环隔离变压器2的输出连接单元控制电路3，从而对单元控制电路3供电，控制各功率单元4。上述控制电源的供电方式存在如下弊病1、功率单元控制电路的电力输入全部来自高压电网，高压电网往往接有多种负载，电网电压经常出现波动，甚至出现瞬时掉电，导致高压变频器工作失控。2、当功率单元工作异常时，输入熔断器往往烧毁，导致功率单元的控制电源无法供电，不但与变频器主控系统的通信中断，而且会使得功率单元的旁路切除无法实现，从而使整个变频器的运行可靠性显著降低。3、通过工频降压变压器和工频升压变压器的组合，实现了功率单元的供电，由于能量以工频传输，升压变压器(高频磁环隔离变压器)的磁芯体积过于庞大，占用大量机内空间，从而难以应用。
发明内容本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种不受功率单元工作状态影响的高压变频器功率单元的外部供电控制电源。实现本发明的技术方案如下。一种高压变频器功率单元的外部供电控制电源，该控制电源的输出对应连接各功率单元，包括电源、多个升压隔离变压器以及连接多个升压'隔离变压器输出端的整流稳压电路，其特征在于所述电源为直流电源，所述直流电源与多个升压隔离变压器之间设有高频逆变电路，所述直流电源的输出连接所述高频逆变电路的直流输入端，所述高频逆变电路的高频交流输出端接所述多个升压隔离变压器初级绕组的串联电路。所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述的直流电源是交流市电经整流滤波而成，或由其它直流电源直接供电。所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述高频逆变电路是由四个开关管所构成的桥式逆变器与谐振频率在20KHZ以上的LC串联谐振电路构成、具体是于所述全逆变器的二输出线之间串接所述LC串联谐振电路或逆变器的二输出线通过变压器耦合所述LC串联谐振电路。所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述开关管是场效应管或IGBT管。所述的高压变频器功率单元的外部供^控制电源，其特征在于所述的升压隔离变压器是高频升压隔离变压器，其输入绕组用高压绝缘导线绕制而成。所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述的升压隔离变压器的输入绕组是单匝、双匝或多匝。所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于于所述高频逆变电路的输出端与升压隔离变压器初级绕组的串联回路上设有电流传感器，用于反馈控制高频逆变器开关管的工作状态以控制输出电流。所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于于所述逆变器的输入端上设有开关管，所述开关管的输出端与逆变器的另一输入端之间设有续流二极管和滤波电路，所述开关管的控制极连接检测驱动电路，并受控于电流传感器所检测到的输出电流值；所述的开关管是场效应管或IGBT。所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述的电流传感器是霍尔传感器，或分流器，且于分流器的输出信号线上串接有阻流圈。所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述外部供电的控制电源还具有向变频器功率单元以外的控制电路供电的输出端。本发明的有益效果是1、本发明的控制电源采用外部供电，当高压电网出现电压波动、瞬时掉电时，可保证高压变频器仍处于全面受控状态，降低了变频器在异常状态下的运行稳定性。2、本发明的控制电源采用外部供电，当功率单元工作异常、输入熔断器烧毁时，可以继续与变频器控制系统通信，实现对功率单元的旁路控制，从而提高整个变频器的运行可靠性。3、本发明所述的输入整流滤波电路和多个升压变压器之间设有高频逆变电路，使升压变压器工作在20KHz以上的高频，縮小了升压变压器的磁环体积，不仅减小了占用机内空间，而且降低了材料成本。图l是现有功率单元控制电路外部供电电源方框图。图2是本发明功率单元控制电路的供电电源方框图。图3是本发明功率单元控制电路的供电电源实施例一示意图。图4是实施例1的电压电流波形及对应桥式逆变器开关状态图。图5是本发明功率单元控制电路的供电电源实施例二示意图。图6是本发明功率单元控制电路的供电电源实施例三示意图。图7是实施例3的电压电流及对应的桥式逆变器开关状态图。具体实施例方式本发明为当高压电网异常掉电、以及单元级联型或多电平高压变频器功率单元的输入熔断器烧毁时，可以继续与变频器主控系统通信，实现对功率单元的各种控制，而提供一种采用外部供电的控制电源。所述的外部供电控制电源是指功率单元的控制电源不从功率单元的自身获取，而是从另外的供电线路上，例如从设备安装现场的辅助控制电源线上获取，或从交流市电获取，若从交流电获取，则须经整流滤波成直流如图5所示，也可以由其它直流电源直接供电。本发明的控制电源的电路结构如图2所示，其输出对应连接各功率单元，其包括直流电源30、以及连接多个升压隔离变压器40输tB端的整流稳压电路50;为减小体积，于所述直流电源30与多个升压隔离变压器40之间设有高频逆变电路60,所述直流电源30的输出端连接所述的高频逆变电路60的输入端，所述高频逆变电路60的高频交流输出端接所述多个升压隔离变压器40初级绕组的串联电路。所述的直流电源可从交流市电或从变频器主变压器的辅助次级绕组获得。还设有检测驱动电路70，所述检测驱动电路70通过电流传感器80(参见图3)检测高频逆变电路60的输出电流，反馈控制高频逆变电路60的工作。实施例一图3是本发明实施例一的具体电路结构图。实施例一中所述高频逆变电路60是由四个丌关管Q1、Q2、Q3、Q4所构成的桥式逆变器与谐振频率在20KHz以上的LC串联谐振电路构成、具体是所述LC串联谐振电路和多个升压隔离变压器40的初级绕组串联后的两端与所述的桥式逆变器的两个输出端分别连接，.多个升压隔离变压器40的各个次级绕组分别通过整流稳压电路50(整流稳压电路l、整流稳压电路2…整流稳压电路n)分别对各功率单元的控制电路及其他控制电路供电。于所述高频逆变电路60的输出端与升压隔离变压器初级绕组的串联回路上设有电流传感器80，所述电流传感器连接检测驱动电路70，检测驱动电路70的输出连接高频逆变电路的开关管Q1Q4的控制极，检测驱动电路70根据电流传感器检测到的输出电流大小和方向与设定电流iref对比，反馈控制高频逆变电路开关管的工作状态，以控制输出电流。所述的电流传感器是霍尔传感器，或分流器，若采用分流器，则于分流器的输出信号线上串接阻流圈。图示实施例中为霍尔传感器。图4是本发明实施例1的电压电流波形及对应桥式逆变器开关管工作图。具体对应关系见表1'表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例二图5是本发明实施例二的电路示意图。实施例二中，所述高频逆变电路60'是由四个开关管Ql、Q2、Q3、Q4所构成的的桥式逆变器与谐振频率在20KHz以上的LC串联电路构成，与实施例一不同的是所述电源为交流电源，所述交流电源经整流滤波电容C1将交流转换成直流供给高频逆变电路60'，所述滤波电路中设有滤波电容C1;于所述桥式逆变器的二个输出端与所述的LC串联谐振电路串接多个升压隔离变压器40的电路通过高频变压器T连接。串联谐振电路的输出接多个升压隔离变压器40的初级串联电路，多个升压隔离变压器40的各个次级分别通过整流稳压电路50(整流稳压电路1、整流稳压电路2…整流稳压电路n)分别对各功率单元的控制电路及其他控制电路供电。检测驱动电路70的输出连接逆变器的开关管的控制极，检测驱动电路70根据电流传感器80检测到的输出电流大小和方向与设定电流对比，反馈控制高频逆变器开关管的工作状态，以控制输出电流。实施例三图6是本发明实施例三的电路示意图。与实施例一的区别在于，于实施例三中，所述逆变器的输入端上设有开关管QO、所述开关管QO的输出端与逆变器的另一输入端之间设有续流二极管D和LC滤波电路，所述开关管QO受控于电流传感器所检测到的输出电流值。所述开关管QO的控制极连接检测驱动电路70。检测驱动电路70根据电流传感器80所检测到的电流大小对开关管QO进行PWM控制，即可对逆变电路的输出电流进行调整。在实施例三中，逆变电路中的开关管Q1、Q2、Q3、Q4的工作状态由电流传感器所检测到的电流方向所决定。图7是实施例三的电压电流及对应的桥式逆变器开关状态图。在图7中，当电感电流iL〉0时，如T1、T5、T7、T9日寸段，Q1禾卩Q4导通，Q2禾0Q3截止；iL〈0时，如T2、T4、T8、T9时段，Q2和Q3导通，Ql和Q4截止；每次换相都出现在电流iL的过零点。在T1、T2时段，QO控制脉冲的占空比较小，获得的谐振电流低于基准值，检测驱动电路控制QO的占空比增加，使电流iL幅度增大。在T4、T5时段，QO控制脉冲占空比较大，获得的谐振电流高于电流基准值，检测驱动电路控制QO的占空比降低，使电流iL幅度下降。直至QO占空比与谐振电流达到平衡。显而易见，与实施例三类似，实施例一、实施例二也可以在所述逆变器的输入端上设有开关管，所述开关管受控于电流传感器所检测到的输出电流值，检测驱动电路根据电流传感器所检测到的电流大小对开关管进行PWM控制，以控制逆变电路的输出电流；而逆变开关管则完全受控于逆变电路输出电流的方向。上述各实施例中所述开关管QO、Ql、Q2、Q3、Q4是场效应管或IGBT管；所述的升压隔离变压器40是高频升压隔离变压器，其输入绕组用高压绝缘导线绕制而成。所述的输入绕组是单匝、双匝或多匝。上述高频逆变电路的输出端与升压隔离变压器初级绕组的串联回路上设有电流传感器80，用于反馈控制高频逆变电路的输出电流。所述的电流传感器80是霍尔传感器，或分流器，且于分流器的输出信号线上串接有阻流圈用于去除交流成分。所述外部供电的控制电源还具有向变频器功率单元以外的控制电路供电的输出端。权利要求1、一种高压变频器功率单元的外部供电控制电源，该控制电源的输出对应连接各功率单元，包括电源、多个升压隔离变压器以及连接多个升压隔离变压器输出端的整流稳压电路，其特征在于所述电源为直流电源，所述直流电源与多个升压隔离变压器之间设有高频逆变电路，所述直流电源的输出连接所述高频逆变电路的直流输入端，所述高频逆变电路的高频交流输出端接所述多个升压隔离变压器初级绕组的串联电路。2、根据权利要求l所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述的直流电源是交流市电经整流滤波而成，或由其他直流电源直接供电。3、根据权利要求l所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述高频逆变电路是由四个开关管所构成的桥式逆变器与谐振频率在20KHz以上的LC串联电路构成、具体是于所述桥式逆变器的二输出线之间串接所述LC串联谐振电路或逆变器的二输出线通过变压器耦合所述LC串联谐振电路。4、根据权利要求3所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述开关管是场效应管或IGBT管。5、根据权利要求1所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述的升压隔离变压器是高频升压隔离变压器，其输入绕组用高压绝缘导线绕制而成。6、根据权利要求1所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述的升压隔离变压器的输入绕组是单匝、双匝或多匝。7、根据权利要求1所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于于所述高频逆变电路的输出端与升压隔离变压器初级绕组的串联回路上设有电流传感器，用于反馈控制高频逆变器开关管的工作状态以控制输出电流。8、根据权利要求7所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于于所述逆变器的输入端上设有开关管，所述开关管的输出端与逆变器的另一输入端之间设有续流二极管和滤波电路，所述开关管的控制极连接检测驱动电路，并受控于电流传感器所检测到的输出电流值；所述的开关管是场效应管或IGBT。9、根据权利要求7所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述的电流传感器是霍尔传感器，或分流器，且于分流器的输出信号线上串接有阻流圈。10、根据权利要求l所述的高压变频器功率单元的外部供电控制电源，其特征在于所述外部供电的控制电源还具有向变频器功率单元以外的控制电路供电的输出端。全文摘要本发明涉及一种控制电源，特别是一种高压变频器功率单元的外部供电控制电源，该控制电源的输出对应连接各功率单元，其包括电源、多个升压隔离变压器以及连接多个升压隔离变压器输出端的整流稳压电路，其特征在于所述电源为直流电源，所述直流电源与多个升压隔离变压器之间设有高频逆变电路，所述直流电源的输出连接所述高频逆变电路的直流输入端，所述高频逆变电路的高频交流输出端接所述多个升压隔离变压器初级绕组的串联电路。本发明不仅容易保证各功率单元控制电源的高压隔离，而且使控制电源由功率单元的外部提供，提高了功率单元的控制可靠性，也便于进行系统调试。文档编号H02M7/505GK101295936SQ200710098828公开日2008年10月29日申请日期2007年4月27日优先权日2007年4月27日发明者李永盼,杜心林申请人:北京合康亿盛科技有限公司