专利名称：高频高压开关整流电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高频率高电压的开关整流电源，特别是环保行业除尘设备用变压器转换效率和功率因素高的稳定电源。
背景技术：
从上世纪八十年代至今，环保领域电除尘器所使用的高压供电电源基本上都是采用输入为两相的可控硅工频相控电源，其间人们也对此做了不少改进，比如研制了将输入改为三相的可控硅工频相控电源、调幅式LC恒流源等，在系统控制方面也做了许多工作， 比如把反馈控制量由电压改成电流，电源调节采用了单片机等等。归纳起来，电除尘器的这些传统的整流电源主要存在以下缺陷一是工作频率低， 转换效率低至75%以下，耗费电能；二是变压器和滤波器体积、重量及耗材大，价格高，性价比低；三是电源输入大多为两相220伏交流工频电源，又是工频相位调节，致使输入功率因数低至0.7以下，对电网造成很大的电磁干扰，电磁兼容性差，输入供电不平衡；四是体积庞大的电源控制调节机箱和隔离升压用的工频变压器分居两处，体积庞大，耗费空间和建材，增加基建费用；五是输出纹波大，致使电晕电压低下，易触发火花放电，波形又是单一的工频波，无法适应高比电阻的工况，达不到环保领域粉尘排放标准的新要求。
发明内容
为克服传统电源变压器转换效率和功率因素低下，变压器输出直流电压不够高， 输出电压脉动范围和电流过大，电源控制箱体和变压器箱体体积过大等缺点，本发明的发明目的在于提供一种高频高压开关整流电源，采用三相供电，通过UCC3895芯片对控制电路进行控制，变压器采用平面型的PCB线圈绕组结构，以实现高压直流输出，输出电压高， 脉动范围小，闪络处理速度快，供电平衡的目的。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是控制板主输入电路的输出端与全桥变换电路的驱动变压器输入端相连，全桥变换采用四组场效应管组成的四个桥臂来进行升频，升压变压器与四组场效应管桥臂连接，升压变压器采用PCB线圈绕组结构升压；脉宽调制控制电路与栅极全桥驱动电路接通，控制部分采用脉宽调制芯片进行脉宽调制；栅极全桥驱动电路连接全桥变换电路，驱动芯片接受脉宽调制控制电路的脉宽调制芯片输出的四路控制波形，输出到全桥变换电路中的驱动变压器来驱动全桥变换电路四组场效应管桥臂，经四组桥臂对输入电压进行全桥变换后，作为原边电压送到升压变压器进行升压，升压后的高频高压电经全桥整流电路整流后输出。所述的控制板主输入电路的三相开关外接输入的三相电，风机、指示开关和开关电源分别与三相开关串接，三相开关依次与交流接触器、三相整流器和去干扰电路串联。所述的全桥变换电路的四组场效应管桥臂的电压输入端与控制板主输入电路的去干扰电路连接，脉宽信号输入端与高压侧悬浮驱动变压器连接，升压变压器与四组场效应管桥臂串接。
所述的脉宽调制控制电路的电压取样电路和电流取样电路依次通过栅极全桥驱动电路、驱动全桥变换电路与升压变压器连接，从升压变压器输出电压中取回输出电流和电压的样值，反馈到脉宽调制芯片进行占空比的调整，用来控制输出脉宽占空比的定时器谐振电路脉宽调制芯片串接。 所述的栅极全桥驱动电路的驱动芯片分别与脉宽调制控制电路的脉宽调制芯片、 全桥变换电路的驱动变压器串接。本发明的升压变压器是一种油浸风冷变压器，由U形磁芯、有机玻璃板、次级线圈 PCB板线圈绕组和初级线圈铜线绕组组成，次级线圈PCB板线圈绕组在磁芯中的放置采用有机玻璃板隔开，PCB板为双面板，其电路图采用环形结构，环形最外端连接全桥整流电路， 整流完成后为高压输出，PCB板上有取样电路，电路由三个电阻组成，磁芯四周采用环氧板和螺丝固定。所述控制板主输入电路、栅极全桥驱动电路、全桥变换电路、脉宽调制控制电路集成在电源控制柜内，电源控制柜和升压变压器内置于电源箱体中，整个电源采用风机和散热片散热，升压后的电压通过高压柱输出。本发明的脉宽调制控制电路采用脉宽调制芯片对电路实行脉宽调制，外接驱动芯片来驱动全桥变换电路，通过脉宽调制芯片对全桥变换电路开通和关断时间的控制来控制输出波形，提供给变压器高频稳定的交流电压作升压用。本发明的升压变压器采用的是PCB线圈绕组结构，在U形磁芯上绕铜线绕组，作为变压器的初级线圈，接入由全桥变换电路输出的500伏、50千赫兹的原边电压，将PCB线圈绕组板和有机玻璃板交替叠加，放在磁芯正中，作为升压变压器次级线圈，每块PCB板的线圈输出接全桥整流电路，将升压后的交流电整流为无干扰的直流电，将每块PCB板串联起来，总的输出电压为各块PCB上的电压值之和。本发明采用三相供电，高压直流输出，输出电压高，脉动范围小，闪络处理速度快， 供电平衡，可将电源转换功率提高到95 %以上，输出功率可调，变压器采用了新型PCB线圈绕组结构，使得变压器的工作效率达98% -99%，漏感和辐射都很低，绕组结构固定、预先加工好，参数稳定，有效减小了变压器的体积和生产成本，且其集成度高，重量轻，便于搬动和安装。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明的电路方框图；图2是本发明的结构示意简图；图3是电源控制板的总体电路图；图4是控制板主输入电路6的电路图；图5是全桥变换电路8的电路图；图6是脉宽调制控制电路10电路图；图7是栅极全桥驱动电路7的电路图；图8是升压变压器9的结构剖视图；图9是图8的侧视图10是升压变压器9的电路图；图11是升压变压器9的PCB板线圈绕组电路图正面；图12是图11电路图反面。
具体实施例方式如图1所示，控制板主输入电路5从外部引进380伏三相电压，经三相开关10和交流接触器11后，通过三相整流器12整流成500伏的直流电压，经全桥变换电路7升频为 50千赫兹的500V高频交流电压后，送至升压变压器8的原边，作为升压变压器8的输入电压；升压变压器8再将500伏50千赫兹的交流电压升压为70千伏的高压电，最后由升压变压器8内的全桥整流电路整流为直流电输出35，给工业设备供电；开关电源变压模块16将 220伏交流电压整流为低压的直流点供给电路芯片用电；脉宽调制电路9的UCC3895控制芯片输出控制信号，通过栅极全桥驱动电路6给全桥变换电路7提供驱动信号；UCC3895芯片还可从升压变压器输出电压中通过电压取样电路19和电流取样电路20采样，通过负反馈来控制全桥变换电路7输出波形的占空比，从而达到控制输出功率的目的。图2为本发明的整体结构示意简图，如图所示，控制板主输入电路、栅极全桥驱动电路、全桥变换电路、脉宽调制控制电路集成为电路控制板装在电源控制柜1内，电源控制柜1和变压器8内置于电源箱体中，电源控制柜1后面是散热片2，通过风机4给升压变压器8和电源控制柜1散热，升压后的电压通过高压柱3输出。图3为电源控制板总体电路图，图中5为控制板主输入电路，电路通过脉宽调制电路9的控制芯片UCC3895输出控制信号，经栅极全桥驱动电路6驱动全桥变换电路7输出 500伏50千赫兹的高频直流电到升压变压器8进行升压和整流，脉宽调制电路9的电流和电压取样电路从升压变压器8的高压输出中采样，反馈到UCC3895芯片进行脉宽调制来控制输出。 如图4所示，控制板主输入电路将外部输入的380伏三相电弓I入一个三相开关10， 风机14、指示开关15和开关电源变压模块16分别与三相开关10串接，三相开关10依次与交流接触器11、三相整流器12和去干扰电路13串联，输入的三相电给风机14、指示开关 15和开关电源变压模块16供电，再通过交流接触器11，经三相整流器12和去干扰电路13 整流为低频500V直流电压。如图5所示，全桥变换电路的输入端与控制板主输入电路的三相整流器连接，升压变压器8与四组场效应管桥臂18串接；D、G两点是经控制板主输入电路的三相整流器整流后的低频直流电输入，驱动变压器17对脉宽调制控制电路的UCC3895芯片产生的四路驱动信号进行滤波，A、B、C、D四个桥臂组成了全桥变换电路，用于将低频直流电压逆变升频为升压变压器8所需的500伏50千赫兹的高频交流电。如图6所示，脉宽调制控制电路的电压取样电路19和电流取样电路20的I、G、V 分别与全桥变换电路的升压变压器8 (如图10)中的取样电电路的I、G、V三点连接，从升压变压器输出取回输出电流和电压的样值，反馈到UCC3895芯片22进行占空比的调整，用来控制输出脉宽的占空比的定时器谐振电路21与UCC3895控制芯片22串接；UCC3895可对全桥开关的相位进行移相控制，实现全桥功率级固定频率脉宽调制功能，新增了死区自动调节等功能，进一步增强了电源系统的可靠性，同时该电路功耗显著下降，更适合通信电源低功耗、高功率密度、高可靠性的要求。如图7所示，栅极全桥驱动电路的IR2110芯片23分别与脉宽调制控制电路的 UCC3895芯片、全桥变换电路的驱动变压器17串接，IR2110芯片23接受脉宽调制控制电路的UCC3895芯片输出四路控制波形，输出到全桥变换电路的高压侧悬浮驱动变压器17，用来驱动图5中的四组场效应管桥臂。如图8所示，升压变压器是一种油浸风冷变压器，由U形磁芯28、有机玻璃板29、 次级线圈PCB板线圈绕组30和初级线圈铜线绕组31组成，两幅U形磁芯28为变压器提供感应磁场，初级线圈铜线绕组31是初级线圈，输入是经全桥变换电路(图5)整流后的500 伏50千赫兹的高频交流电压，次级线圈PCB板线圈绕组30是次级线圈，输出为升压后的高频高压直流电，次级线圈PCB板线圈绕组30在磁芯28中的放置采用有机玻璃板29隔开， 变压器外部结构采用环氧板24、25、26、27用不锈钢螺丝32固定。图9是升压变压器结构侧视图，次级线圈PCB板线圈绕组30中间开孔，便于U形磁芯28从中间穿过，磁芯四周都采用环氧板24、25、26、27和不锈钢螺丝32固定。图10是升压变压器的电路原理图，变压器输入接图5的500伏50千赫兹高频交流电压输出，作为变压器的原边波形，升压后，全桥整流电路33整流为高频高压的直流电压输出；取样电路34并联在输出电路中，从输出电压取样，反馈到UCC3895芯片进行脉宽调制。图11是PCB线圈绕组电路图正面，PCB板为双面板，正面电路图如图11所示，反面电路图如图12所示，正反两面的线圈绕组36构成变压器次级线圈，升压后的高压交流电再经全桥整流电路33整流为高频高压的直流电输出35。取样电路34从变压器输出线路 35中 取出电流和电压的样本反馈到图6的电压取样电路和电流取样电路，通过脉宽调制控制电路的UCC3895来调节输出脉宽的占空比，以达到变压器输出功率可调节的目的。图12是PCB板线圈绕组电路图反面，高压输出35和图11的高压输出35连接，整流电路33和图11的整流电路33构成全桥整流电路，正反两面的线圈绕组36构成变压器次级线圈。
权利要求
1.一种高频高压开关整流电源，其特征在于控制板主输入电路(5)的输出端与全桥变换电路(7)的驱动变压器(17)输入端相连，全桥变换采用四组场效应管组成的四个桥臂(18)来进行升频，升压变压器(8)与四组场效应管桥臂(18)连接，升压变压器(8)采用 PCB线圈绕组结构升压；脉宽调制控制电路(9)与栅极全桥驱动电路(6)接通，控制部分采用脉宽调制芯片(22)进行脉宽调制；栅极全桥驱动电路(6)连接全桥变换电路(7)，驱动芯片(23)接受脉宽调制控制电路(9)的脉宽调制芯片(22)输出的四路控制波形，输出到全桥变换电路⑵中的驱动变压器(17)来驱动全桥变换电路(7)四组场效应管桥臂(18)， 经四组桥臂(18)对输入电压进行全桥变换后，作为原边电压送到由升压变压器(8)进行升压，升压后的高频高压电经全桥整流电路(33)整流后输出。
2.根据权利要求1所述的高频高压开关整流电源，其特征在于所述的控制板主输入电路(5)的三相开关(10)外接输入的三相电，风机(14)、指示开关(15)和开关电源变压模块(16)分别与三相开关(10)串接，三相开关(10)依次与交流接触器(11)、三相整流器 (12)和去干扰电路(13)串联。
3.根据权利要求1所述的高频高压开关整流电源，其特征在于所述的全桥变换电路 (7)的四组场效应管桥臂(18)的电压输入端与控制板主输入电路(5)的去干扰电路(13) 连接，脉宽信号输入端与高压侧悬浮驱动变压器(17)连接，升压变压器(8)与四组场效应管桥臂(18)串接。
4.根据权利要求1所述的高频高压开关整流电源，其特征在于所述的脉宽调制控制电路(9)的电压取样电路(19)和电流取样电路(20)依次通过栅极全桥驱动电路(6)、全桥变换电路(7)与升压变压器(8)连接，从升压变压器(8)输出电压中取回输出电流和电压的样值，反馈到脉宽调制芯片(22)进行占空比的调整，用来控制输出脉宽占空比的定时器谐振电路(21)与脉宽调制芯片(22)串接。
5.根据权利要求1所述的高频高压开关整流电源，其特征在于所述的栅极全桥驱动电路(6)的驱动芯片(23)分别与脉宽调制控制电路(9)的脉宽调制芯片(22)、全桥变换电路(7)的驱动变压器(17)串接。
6.根据权利要求1所述的高频高压开关整流电源，其特征在于升压变压器(8)是一种油浸风冷变压器，由U形磁芯(28)、有机玻璃板(29)、次级线圈PCB板线圈绕组(30)和初级线圈铜线绕组(31)组成，次级线圈PCB板线圈绕组(30)在磁芯(28)中用有机玻璃板 (29)隔开，PCB板为双面板，其电路图采用环形结构，环形最外端连接全桥整流电路(33)， 整流完成后为高压输出(35)，PCB板上有取样电路(34)，电路由三个电阻组成，磁芯(28)四周采用环氧板(24、25、26、27)和螺丝(32)固定。
7.根据权利要求1所述的高频高压开关整流电源，其特征在于所述控制板主输入电路(5)、栅极全桥驱动电路(6)、全桥变换电路(7)、脉宽调制控制电路(9)集成为电路控制板装在电源控制柜(1)内，电源控制柜(1)和升压变压器(8)内置于电源箱体中，电源散热采用风机(4)和散热片(2)散热，升压后的电压通过高压柱(3)输出。
全文摘要
一种高频高压开关整流电源，主要用于环保行业除尘设备。控制板主输入电路的输出端与全桥变换电路的驱动变压器输入端相连，全桥变换采用四组场效应管桥臂来进行升频，升压变压器与四组场效应管桥臂连接，采用PCB线圈绕组结构升压，脉宽调制控制电路与栅极全桥驱动电路接通，栅极全桥驱动电路连接全桥变换电路。本发明采用三相供电，高压直流输出，输出电压高，脉动范围小，闪络处理速度快，供电平衡，可将电源转换功率提高到95％以上，输出功率可调，PCB线圈绕组结构变压器使其工作效率达98％-99％，漏感和辐射很低，绕组结构固定、预先加工好，参数稳定，体积和生产成本降低，集成度高，重量轻，便于搬动和安装。
文档编号H02M7/12GK102201745SQ20101013494
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者刘峰, 陈正 申请人:襄樊艾达电子通信科技有限公司