一种基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源的制作方法

本实用新型涉及开关型微波高压电源的技术领域，尤其涉及一种基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源。

背景技术：

目前，开关型微波高压电源的整流单元(如图1所示，三相输入与逆变单元之间为整流单元)通常采用三相全桥整流单元，即通过三相桥式全控整流电路来实现整流。

但是现有技术中用于开关型微波高压电源的三相桥式整流电路的整流方案，存在谐波污染严重、功率因数偏低等问题，不符合国家电网的谐波规定要求。低功率因数带来的是能量损耗的增加，从而造成供电容量的需求增加，且器件的自身容量由此也会增大，从而增加成本。高谐波会让干扰问题变得尤为严重，不仅影响电源自身稳定可靠运行，甚至影响其它电气设备正常工作，想要处理好这些问题就需要做谐波治理及功率因数补偿，存在成本高、技术难度大、且可靠性低等系列问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源，不仅能有效降低电网谐波含量，还能提升功率因数，而且具有容易实现、成本低、可靠性高、寿命长等优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案包括以下各方面。

一种基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源，其包括：依次连接的十八脉波整流单元、逆变单元、变压单元、高压整流单元，以及与逆变单元连接的控制单元；

其中，所述十八脉波整流单元与三相交流电的输入端连接，用于将三相交流电通过自耦变压器移相后，通过三个三相全桥整流电路整流，并联输出十八脉波直流；逆变单元，通过直流母线与十八脉波整流单元的直流输出端连接，用于将十八脉波整流单元输出的直流逆变成第一交流电输出；变压单元，用于对第一交流输出进行变压并产生预设的第二交流输出；高压整流单元，用于对第二交流输出进行整流并产生高压直流输出；控制单元，用于通过开关器件驱动信号控制逆变单元。

优选的，所述十八脉波整流单元包括自耦变压器和三个三相全桥整流电路；

其中，自耦变压器的输入端分别与三相交流电的三个输入端连接；第一个三相全桥整流电路的三个输入端分别与三相交流电的三个输入端连接；第二个三相全桥整流电路的三个输入端分别与自耦变压器的第一组输出端连接；第三个三相全桥整流电路的三个输入端分别与自耦变压器的第二组输出端连接；三个三相全桥整流电路的输出端并联到十八脉波整流单元的直流输出端。

优选的，所述自耦变压器采用超前20°和滞后20°的双路输出自耦变压器；自耦变压器的两路输出经整流后形成十二脉波，并上第一个三相全桥整流电路直接整流输出的六脉波，形成互差20°的十八脉波直流母线。

优选的，所述逆变单元包括一个或多个可控半导体开关器件，用于将十八脉波整流单元的直流输出逆变为交流并输送至变压单元。

优选的，所述变压单元包括一个或多个中频或高频变压器，用于将接收自逆变单元的第一交流输出的电压幅值变为预设幅值的第二交流输出，并输送至高压整流单元。

优选的，所述高压整流单元包括由一个或多个半导体整流器件组成的整流电路，用于对变压单元的第二交流输出进行整流并向负载提供直流输出。

优选的，所述可控半导体开关器件具有包括绝缘栅双极型晶体管IGBT、金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或晶闸管的可控器件。

优选的，所述开关型微波高压电源在逆变单元之前设置有滤波单元，用于对十八脉波整流单元的输出进行滤波，降低其输出纹波；和/或在高压整流单元之后设置有高压滤波单元，用于对高压整流单元的输出进行滤波，降低其输出纹波，向负载提供低波纹高压直流输出。

优选的，所述滤波单元或者高压滤波单元包括电感滤波电路、电容滤波电路、或者电感电容组合滤波电路。

优选的，所述半导体整流器件具有包括IGBT、MOSFET或者晶闸管的可控器件，并从控制单元获取提供驱动信号。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：

通过自耦变压器和整流桥形成的十八脉波整流单元，有效地克服了三相桥式整流的谐波大、功率因数低、且干扰信号强的问题，从而提升了产品的可靠性及降低了对电网的污染；十八脉波整流的纹波更小，利于系统闭环控制，还可减小滤波电容的容量及滤波电感的感量，在众多降低谐波、提升功率因数及提升系统可靠性的方案中，具有最具性价比的优势，且有技术难度低、可靠性高、成本低、寿命长等优点。

附图说明

图1是现有的基于三相全桥整流单元的开关型微波高压电源的结构示意图。

图2是根据本实用新型实施例的基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源的结构示意图。

图3是根据本实用新型实施例的十八脉波整流单元的结构示意图。

图4是根据本实用新型实施例的基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源的结构示意图，其高压整流单元采用可控器件。

图5是根据本实用新型实施例的基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源的结构示意图，其逆变单元之前设置有滤波单元。

图6是根据本实用新型实施例的基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源的结构示意图，其高压整流单元之后设置有高压滤波单元。

图7是根据本实用新型实施例的基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源的结构示意图，其逆变单元之前设置有滤波单元且高压整流单元之后设置有高压滤波单元。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，以使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图2示出了根据本实用新型实施例的基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源，其包括：依次连接的十八脉波整流单元、逆变单元、变压单元、高压整流单元，以及与逆变单元连接的控制单元。

其中，所述十八脉波整流单元与三相交流电的输入端连接，用于将三相交流电通过自耦变压器移相后，通过三个三相全桥整流电路整流，并联输出十八脉波直流；逆变单元，通过直流母线与十八脉波整流单元的直流输出端连接，用于将十八脉波整流单元输出的直流逆变成第一交流电输出；变压单元，用于对第一交流输出进行变压并产生预设的第二交流输出；高压整流单元，用于对第二交流输出进行整流并产生高压直流输出(例如，可以用于为磁控管提供高压直流电源)；控制单元，用于通过开关器件驱动信号控制逆变单元并实时监测电源运行状态。

图3示出了根据本实用新型实施例的十八脉波整流单元。该十八脉波整流单元包括自耦变压器和三个三相全桥整流电路。

其中，自耦变压器的输入端A、B、C分别与三相交流电(3AC)的三个输入端连接；第一个三相全桥整流电路的三个输入端分别与三相交流电的三个输入端连接；第二个三相全桥整流电路的三个输入端分别与自耦变压器的第一组输出端a1、b1、c1连接；第三个三相全桥整流电路的三个输入端分别与自耦变压器的第二组输出端a2、b2、c2连接；三个三相全桥整流电路的输出端并联到十八脉波整流单元的直流输出端。

在优选的实施例中，十八脉波整流单元中的自耦变压器采用超前20°和滞后20°的双路输出自耦变压器；自耦变压器的两路输出经整流后形成十二脉波，并上第一个三相全桥整流电路直接整流输出的六脉波，形成互差20°的十八脉波直流母线，电路拓扑详见图2。此方案变压器成本最优、体积最小，并有效的将谐波抑制到六脉波的三分之一左右。

逆变单元可以包括一个或多个可控半导体开关器件，用于将通过直流母线接收的直流输入逆变为交流并输送至变压单元。其中，可控半导体开关器件可包括绝缘栅双极型晶体管IGBT、金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或晶闸管等可控器件。

控制单元可以采用具有控制电路电子线路板，用于为逆变单元提供开关器件驱动信号，并检测直流母线及输出信号等参数，以形成闭环控制。

变压单元可以包括一个或多个中、高频变压器，用于将接收自逆变单元的第一交流输出的电压幅值变为预设幅值的第二交流输出，并输送至高压整流单元。

高压整流单元可以包括由一个或多个半导体整流器件组成的整流电路，用于对变压单元的第二交流输出进行整流并向负载提供高压直流输出。该半导体整流器件可以为不可控器件(例如，二极管)，也可以为可控器件(例如，IGBT、MOSFET、晶闸管等)。如图4所示，当采用可控器件形成可控高压整流单元时，通过控制单元向可控高压整流单元提供开关器件驱动信号。

如图5所示，根据本实用新型优选实施例的基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源在其逆变单元之前设置有滤波单元，用于对十八脉波整流单元的输出进行滤波，降低其输出纹波，向负载提供低波纹高压直流输出。或者，如图6所示，根据本实用新型优选实施例的基于十八脉波自耦变压整流的开关型微波高压电源在其高压整流单元之后设置有高压滤波单元，用于对高压整流单元的输出进行滤波，降低其输出纹波。或者，如图7所示，开关型微波高压电源的在其逆变单元之前设置有滤波单元且高压整流单元之后设置有高压滤波单元，以分别对十八脉波整流单元的输出和高压整流单元的输出进行滤波，降低其输出纹波。其中，滤波单元或高压滤波单元可以包括电感滤波电路、电容滤波电路、或者电感电容组合的滤波电路。

上述技术方案通过十八脉波整流单元形成十八脉波直流电，有效的克服了六脉波整流谐波大、功率因数低、干扰强的问题，从而提高了系统的可靠性，且降低了干扰信号的强度及对电网的污染；十八脉波整流的纹波更小，可减小滤波电容的数量及滤波电感的感量，在众多降低谐波、提升功率因数及提升系统可靠性的方案中，具有最具性价比的优势，且有技术难度低、可靠性高、成本低、寿命长等优点。

在更进一步的实施例中，控制单元可以实时监测电源的运行状态及其它相关信号，并根据其状态及参数的变化实施相应的动作及保护措施，确保系统在安全、稳定、可靠的情况下使用及运行，充分体现微波高压电源控制系统的智能化。

以上所述，仅为本实用新型具体实施方式的详细说明，而非对本实用新型的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本实用新型的保护范围之内。