电源系统的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种电源系统。

背景技术：

飞行器是在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械，其具有复杂的电源系统。飞行器的电源系统包括主电源、应急电源及辅助电源；其中，辅助电源包括两种规格，一种是交流输出，用于飞行器检查和维护，另一种是直流输出，用于飞行器的启动。

通常情况下，地面需同时提供上述两种电源规格以满足飞行器辅助电源的使用需求。由于电源规格的需求复杂，辅助电源的设计相对复杂，零部件比较多，因此，成本高、可靠性低、电磁干扰严重。

因此，如何提高辅助电源的性能已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种电源系统，用于解决现有技术中飞行器辅助电源电路结构复杂、可靠性比较低、电磁干扰严重、输出直流电源的纹波大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种电源系统，所述电源系统至少包括：

整流器，将输入交流电源转换为直流母线电压；

逆变器，连接于所述整流器的输出端，将所述整流器输出的直流母线电压转换为交流电压；

滤波器，连接于所述逆变器的输出端，对所述逆变器输出的交流电压进行滤波；

移项变压器，连接于所述滤波器的输出端，对所述滤波器输出的交流电压进行电压转换得到输出交流电源及具有相位差的若干路交流电压；

及多脉冲整流器，连接于所述移项变压器的输出端，对所述若干路交流电压进行整流得到输出直流电源。

可选地，所述整流器与所述逆变器的硬件电路及对应器件参数均相同。

更可选地，所述整流器与所述逆变器的硬件电路包括两电平变流器或多电平变流器。

可选地，所述整流器与所述输入交流电源之间还串联输入滤波器，所述输入滤波器将所述输入交流电源滤波后传输至所述整流器的输入端。

可选地，所述逆变器与所述移项变压器之间还串联输出滤波器，所述输出滤波器将所述逆变器输出的交流电压滤波后传输至所述移项变压器的输入端。

可选地，所述移项变压器包括隔离型移项变压器或耦合式移项变压器。

可选地，所述多脉冲整流器包括若干个并联的整流单元及并联于所述多脉冲整流器输出端的输出电容。

可选地，所述多脉冲整流器包括若干个串联的整流单元及并联于所述多脉冲整流器输出端的输出电容。

如上所述，本实用新型的电源系统，具有以下有益效果：

1、本实用新型的电源系统输出交流电源及输出直流电源共用一个变压器，系统设计简洁，零部件少，可靠性高。

2、本实用新型的电源系统采用模块化的igbt功率单元，pwm整流器和中频逆变器通用，维护性和互换性好，降低使用成本。

3、本实用新型的电源系统基于pwm整流，电流谐波小，降低对电网的电磁干扰。

4、本实用新型的电源系统通过变压器隔离降低对负载的电磁干扰。

5、本实用新型的电源系统通过移相整流减小输出直流电源的纹波。

附图说明

图1显示为本实用新型的电源系统的结构示意图。

图2显示为本实用新型的电源系统的一种实现方式。

图3显示为本实用新型的12脉冲移相整流的电源系统的直流输出电源的波形图。

图4显示为本实用新型的12脉冲移相整流的电源系统在输出电容选用0.1mf时的波形图。

图5显示为本实用新型的12脉冲移相整流的电源系统在输出电容选用1.5mf时的波形图。

图6显示为本实用新型的12脉冲移相整流的电源系统在输出电容选用30mf时的波形图。

图7显示为本实用新型的电源系统的另一种实现方式。

图8显示为本实用新型的18脉冲移相整流的电源系统的直流输出电源的波形图。

图9显示为本实用新型的18脉冲移相整流的电源系统在输出电容选用0.1mf时的波形图。

图10显示为本实用新型的18脉冲移相整流的电源系统在输出电容选用1.5mf时的波形图。

图11显示为本实用新型的18脉冲移相整流的电源系统在输出电容选用30mf时的波形图。

图12显示为本实用新型的电源系统的又一种实现方式。

元件标号说明

1电源系统

11输入滤波器

12整流器

13逆变器

14滤波器

15移项变压器

16输出滤波器

17多脉冲整流器

171整流单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种电源系统1，所述电源系统1包括：

整流器12、逆变器13、滤波器14、移项变压器15及多脉冲整流器17。

如图1所示，所述整流器12将输入交流电源ac-in转换为直流母线电压。

具体地，作为本实用新型的一种实现方式，所述整流器12的输入端还连接输入滤波器11，所述输入滤波器11将所述输入交流电源ac-in滤波后传输至所述整流器12的输入端。如图2所示，在本实施例中，所述输入滤波器11包括第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第一电容c1、第二电容c2及第三电容c3；所述第一电感l1、所述第二电感l2及所述第三电感l3的一端分别连接所述输入交流电源ac-in的三相信号(分别记为a、b、c)，所述第一电感l1、所述第二电感l2及所述第三电感l3的另一端分别输出滤波后的三相信号；所述第一电容c1、所述第二电容c2及所述第三电容c3的一端分别连接所述输入交流电源ac-in的三相信号，另一端接地。

需要说明的是，在本实施例中，所述输入交流电源ac-in为三相交流电，在实际应用中，所述输入交流电源ac-in可根据需要设定相数。任意可实现滤波功能的电路结构均适用于本实用新型的所述输入滤波器11，不限于本实施例所列举的结构，同样地，当所述输入交流电源ac-in的相数发生变化时，所述输入滤波器11的结构也做适应性的调整，在此不一一赘述。

具体地，在本实施例中，所述整流器12的硬件电路为三相桥式结构变流器。如图2所示，所述整流器12包括六个功率开关管及一个电容，其中，第一功率开关管q1及第二功率开关管q2串联，第三功率开关管q3及第四功率开关管q4串联，第五功率开关管q5及第六功率开关管q6串联，各功率开关管的串联结构中两个功率开关管的连接节点分别连接所述输入交流电源ac-in的三相信号，各功率开关管的串联结构并联并输出直流母线电压(例如750vdc)，各功率开关管的控制端分别连接一控制信号(图中未显示)；第四电容c4为储能电容，连接于所述整流器12的输出端。在本实施例中，所述第一功率开关管q1～第六功率开关管q6为绝缘栅双极型晶体管，在实际使用中可根据需要设定各功率开关管的类型。

需要说明的是，所述整流器12可采用任意可实现交流转直流、直流转交流的两电平变流器或多电平变流器(三电平及三电平以上的变流器)，包括但不限于桥式结构变流器、脉冲宽度调制变流器、中点钳位变流器或飞跨电容变流器，在此不一一列举。

如图1所示，所述逆变器13连接于所述整流器12的输出端，将所述整流器12输出的直流母线电压转换为交流电压。

具体地，在本实施例中，所述逆变器13与所述整流器12的硬件电路及对应器件参数均相同。如图2所示，所述逆变器13包括六个功率开关管和一个电容，各器件的连接关系与所述整流器12相同，且对应的参数也完全相同，第四电容c4连接于所述逆变器13的输入端；各功率开关管的串联结构并联并接收所述直流母线电压，各功率开关管的串联结构中两个功率开关管的连接节点分别输出所述交流输出电源ac_out的三相信号。

需要说明的是，在本实施例中为了便于维护、降低成本，将所述逆变器13与所述整流器12设计为相同的igbt功率单元结构。在实际使用中，所述逆变器13的结构也可与所述整流器12为不相同，不以本实施例为限。

如图1所示，所述滤波器14，连接于所述逆变器13的输出端，对所述逆变器13输出的交流电压进行滤波。

具体的，在本实施例中，所述滤波器14为低通滤波器(例如400hz)，其与所述输入滤波器11的硬件电路结构完全相同，所述滤波器14的输入输出端与所述输入滤波器11的输入输出端互换，在此不一一赘述。所述逆变器13输出的交流电压为方波信号，经过所述滤波器14滤除其中的高频部分后输出的交流电压为正弦波信号。

如图1所示，所述移项变压器15连接于所述滤波器14的输出端，对所述滤波器14输出的交流电压进行电压转换得到输出交流电源ac-out及具有相位差的若干路交流电压。

具体的，在本实施例中，所述移项变压器15为中频移项变压器(例如400hz)，所述交流电源ac-out为115vac、400hz，用于飞行器检查和维护。需要说明的是，所述移项变压器15的频率以及所述交流电源ac-out的电压和频率等参数规格可根据设计需要做适应性的调整。

具体地，作为本实用新型的一种实现方式，所述移项变压器15的输出端还连接输出滤波器16，所述输出滤波器16将所述输出交流电源ac-out滤波后输出(所述输出滤波器16分别输出所述输出交流电源ac-out的三相信号，记为ua、ub、uc)。如图2所示，在本实施例中，所述输出滤波器16与所述滤波器14的硬件电路结构完全相同，在此不一一赘述。

需要说明的是，任意可实现滤波功能的电路结构均适用于本实用新型的所述滤波器14及所述输出滤波器16，不限于本实施例所列举的结构，且所述滤波器14及所述输出滤波器16的结构可根据设计需要及输入信号的相数做适应性的调整。所述输入滤波器11、所述滤波器14及所述输出滤波器16的结构可设计为相同，也可设计为不同，在此不一一赘述。

具体地，在本实施例中，所述移项变压器15为隔离型变压器，所述移项变压器15包括一组原边线圈及三组副边线圈；其中，一组副边线圈用于将所述逆变器13输出的交流电压进行电压转换得到输出交流电源ac-out，另外二组副边线圈将所述逆变器13输出的交流电压进行电压及相位的转换，得到二组电压相同相位依次相差设定角度的交流电压。在本实施例中，所述原边线圈采用星型接法，用于得到所述输出交流电源ac-out的副边线圈采用星型接法，用于得到所述输出直流电源dc-out的两组副边线圈分别采用三角形接法及星形接法。交直流电源输出共用一个所述移项变压器15，系统设计简洁，零部件少，可靠性高，所述移项变压器15用于减小对负载的干扰。

需要说明的是，所述移项变压器15包括但不限于隔离型变压器或耦合式变压器，任意可实现上述功能的移项变压器结构均适用于本实用新型。所述移项变压器15中副边线圈的数量可根据需要进行设定，不以本实施例为限。

如图1所示，所述多脉冲整流器17连接于所述移项变压器15的输出端，对所述若干路交流电压进行整流得到输出直流电源dc-out。

具体地，所述多脉冲整流器17包括若干个整流单元171，所述整流单元171的数量与移项变压器15中(除交流电源ac-out以外的)具有相位差的若干组副边线圈数量相同，每个整流单元171的输入端分别连接一组所述移项变压器15的副边线圈，各个整流单元171的输出端进行串联或并联连接，以获取不同的电压和电流规格。在本实施例中，所述多脉冲整流器17包括两个并联的整流单元171及并联于所述多脉冲整流器17输出端的输出电容cout。所述整流单元171包括六个二极管，各二极管两两串联后并联，各串联二极管的中间节点连接所述移项变压器15的输出副边线圈，各二极管串联结构的两端作为所述多脉冲整流器17的正相输出端v+及反相输出端v-。所述输出电容cout跨接于所述多脉冲整流器17的正相输出端v+及反相输出端v-之间。任意可实现整流功能的电路结构均适用于本实用新型的所述整流单元171，不限于本实施例所列举的结构。

需要说明的是，在本实施例中，两个整流单元171结合移项变压器15的具有相位差的两组副边线圈实现12脉冲整流，且通过两个整流单元171的输出端并联得到低电压大电流的直流电源(例如28vdc，用于飞行器的启动)。在实际使用中，所述多脉冲整流器17可根据需要设定整流单元171的数量、结构及各整流单元171的连接关系，在此不一一赘述。

本实施例的电源系统1输入50hz、380v三相交流电源，所述整流器12输出750v的直流母线电压，所述输出滤波器16输出400hz、115v三相交流电源，所述移项变压器15输出400hz、28v三相交流电源(移相角度0°及30°)，所述多脉冲整流器17输出12脉28v直流电源，所述移项变压器15为中频移项变压器。如图3所示为本实施例的所述输出电容cout取值与所述输出直流电源dc-out的电压纹波及流过所述输出电容cout的电流有效值的关系示意图；如图4～图6所示为12脉冲整流下所述输出电容cout依次取值0.1mf、1.5mf及30mf时的波形情况；由图可知，随着所述输出电容cout的取值不断增大，所述输出直流电源dc-out的电压纹波逐渐减小，且当所述输出电容cout的取值为50mf时所述输出直流电源dc-out基本稳定，电压纹波很小，所述多脉冲整流器17通过多脉移项整流减小输出电压的纹波，改善电能质量。

实施例二

如图7所示，本实施例提供一种电源系统，与实施例一的不同之处在于，所述电源系统采用18脉冲整流。

具体地，如图7所示，所述移项变压器包括一组原边线圈及四组副边线圈；其中，一组副边线圈用于将所述逆变器13输出的交流电压进行电压转换得到输出交流电源ac-out，另外三组副边线圈将所述逆变器13输出的交流电压进行电压及相位的转换，得到三组电压相同相位依次相差设定角度的交流电压。

具体地，如图7所示，所述多脉冲整流器包括三个并联的整流单元171及并联于所述多脉冲整流器17输出端的输出电容cout。三个整流单元171结合移项变压器15中具有相位差的三组副边线圈实现18脉冲整流，且通过三个整流单元171的输出端并联得到低电压大电流的直流电源。

本实施例的电源系统输入50hz、380v三相交流电源，所述整流器12输出750v的直流母线电压，所述输出滤波器16输出400hz、115v三相交流电源，所述移项变压器15输出400hz、28v三相交流电源(移相角度0°、+15°及-15°)，所述多脉冲整流器17输出18脉28v直流电源，所述移项变压器15为中频移项变压器。如图8所示为本实施例的所述输出电容cout取值与所述输出直流电源dc-out的电压纹波及流过所述输出电容cout的电流有效值的关系示意图；如图9～图11所示为18脉冲整流下所述输出电容cout依次取值0.1mf、1.5mf及30mf时的波形情况；由图可知，随着所述输出电容cout的取值不断增大，所述输出直流电源dc-out的电压纹波逐渐减小，且当所述输出电容cout的取值为30mf时所述输出直流电源dc-out基本稳定，电压纹波很小。

与实施例一的12脉冲整流相比，本实施例的18脉冲整流在输出直流电源的输出电容cout的取值更小的情况下可得到稳定的输出电压纹波，因此，可选择容值较小的输出电容，进而相应减小电容及电路板体积。

需要说明的是，所述多脉冲整流器17可以包括例如12脉冲、18脉冲、24脉冲等多脉冲整流电路，在此不一一列举。

实施例三

如图12所示，本实施例提供一种电源系统，与实施例一的不同之处在于，所述电源系统用于获得高电压小电流的输出直流电源。

具体地，如图12所示，在本实施例中，所述多脉冲整流器17包括两个串联的整流单元171及并联于所述多脉冲整流器17输出端的输出电容cout。两个整流单元171结合移项变压器15中具有相位差的两组副边线圈实现12脉冲整流，且通过两个整流单元171的输出端串联得到高电压小电流的直流电源(例如270vdc)。

本实施例的电源系统输入50hz、380v三相交流电源，所述整流器12输出750v的直流母线电压，所述输出滤波器16输出400hz、115v三相交流电源，所述移项变压器15输出400hz、270v三相交流电源，所述多脉冲整流器17输出12脉270v直流电源，所述移项变压器15为中频移项变压器。

需要说明的是，所述多脉冲整流器17可基于需要的所述输出直流电源dc-out的大小及输出稳定性进行结构的设定，在此不一一赘述。

综上所述，本实用新型提供一种电源系统，包括整流器，将输入交流电源转换为直流母线电压；逆变器，连接于所述整流器的输出端，将所述整流器输出的直流母线电压转换为交流电压；滤波器，连接于所述逆变器的输出端，对所述逆变器输出的交流电压进行滤波；移项变压器，连接于所述滤波器的输出端，对所述滤波器输出的交流电压进行电压转换得到输出交流电源及具有相位差的若干路交流电压；及多脉冲整流器，连接于所述移项变压器的输出端，对所述若干路交流电压进行整流得到输出直流电源。本实用新型的电源系统输出交流电源及输出直流电源共用一个移项变压器，系统设计简洁，零部件少，可靠性高；采用模块化的igbt功率单元，pwm整流器和中频逆变器通用，维护性和互换性好，降低使用成本；基于pwm整流，电流谐波小，降低对电网的电磁干扰；通过变压器隔离降低对负载的电磁干扰；通过移相整流减小输出直流电源的纹波。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。