机内辅助隔离电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种机内辅助隔离电源，特别是适用于三相三线制大功率电力电子变换器的机内辅助电源，可以为电力电子变换器提供多路高隔离电压的直流输出，为控制、检测、保护、显示和驱动电路供电。
【背景技术】
[0002]电力电子变换器一般由功率主回路、辅助电源和控制回路组成。辅助电源主要用来给功率主回路的控制电路、驱动电路或系统的监控电路供电。为了人身和低压电子元器件的安全，功率主回路与输出回路应该电气隔离，因此大功率电力电子变换器需要多路隔离的直流电源。目前三相三线制大功率电力电子变换器的辅助电源大多数采用工频变压器降压，经整流滤波稳压实现或工频变压器降压加一个或多个开关电源模块的供电方式，不仅体积、重量大，而且效率低。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处，而提供一种机内辅助隔离电源。它是一种AC/DC变换器，输入为三相380V交流，输出为多路隔离的直流电压。机内辅助隔离电源的输出包括双路正负输出的直流电压、四路隔离的直流输出，双路正负输出的直流电压为控制、检测、保护和显示电路供电，四路隔离的直流输出为采用全桥拓扑的电力电子变换器同时提供四路IGBT驱动电源。交流输入与直流输出之间、多路直流输出之间的隔离电压达到AC4000V，满足大功率电力电子变换器输入与输出间的隔离要求。它能满足三相三线制大功率电力电子变换器机内辅助电源的使用要求。
[0004]本实用新型的目的是通过如下技术措施来实现的:机内辅助隔离电源，它包括三相输入整流滤波电路，DC/DC变换电路，峰值电流控制电路，预置过流保护电路，输出滤波电路五部分。峰值电流控制电路和预置过流保护电路将输出电压反馈信号和电流检测输入信号转换为输出脉冲控制信号，控制DC/DC变换电路使之输出多路隔离的直流电压；三相输入整流滤波电路的输入端与三相交流输入相连，DC/DC变换电路的功率输入端与三相输入整流滤波电路的输出端相连，DC/DC变换电路的控制信号输入端与峰值电流控制电路的输出端相连，DC/DC变换电路的功率输出端经过输出滤波电路与负载相连。
[0005]在上述技术方案中，三相输入整流滤波电路由输入保险丝，热敏电阻，压敏电阻，EMI滤波器，三相整流电路，输入滤波电容等元件组成。
[0006]在上述技术方案中，DC/DC变换电路由一只功率开关管和高频变压器构成单端反激变换器，通过高频变压器在物理上对各个线圈进行隔离，输出多路隔离的直流电压。功率开关管导通时，高频变压器原边绕组进行电能储存，当功率开关管关断时，副边整流二极管导通，经整流滤波获得输出电压。但由于高频变压器漏感的存在及其它分布参数的影响，反激变换器在功率开关管关断瞬间会产生很大的尖峰电压，为保证功率开关管的正常工作，在高频变压器原边两端和功率开关管两端增加RCD吸收电路对尖峰电压进行抑制。高频变压器采用特种工艺，将其线圈在物理上进行隔离，使其原边绕组与副边绕组之间、各副边绕组之间的隔离电压达到AC4000V。
[0007]在上述技术方案中，峰值电流控制电路检测输出电压反馈信号和母线电流信号，形成电流内环、电压外环的双闭环控制，起脉宽调制作用。
[0008]在上述技术方案中，预置过流保护电路通过预设电流检测比较器输入端的电压工作点，降低电流取样电阻的阻值。当功率开关管达到最大电流时，取样电阻上取样电压就会抬高电流检测比较器输入端的电压，达到保护点实现保护功能。
[0009]在上述技术方案中，输出滤波电路是在反激变换输出增加了一级共模滤波，减小输出纹波电压。
[0010]本实用新型结构简单，功能完善，与现有技术相比具有以下优点:
[0011]I)输入为三相380V交流电源，可以在三相三线制大功率电力电子变换器中直接使用，无需工频变压器进行变换。
[0012]2)交流输入与直流输出之间、多路直流输出之间的隔离电压达到AC4000V，满足大功率电力电子变换器输入与输出间的隔离要求，提高变换器的抗干扰性能。
[0013]3)通过预置过流保护点技术，预设保护点工作电压，能够灵敏地限制输出最大电流；同时降低电流取样电阻阻值，减小损耗，提高电源效率。
[0014]4)输出纹波电压小于100mV。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型机内辅助隔离电源的整体电路原理框图。
[0016]图2为本实用新型实施例中三相输入整流滤波电路原理图。
[0017]图3为本实用新型实施例中DC/DC变换电路拓扑图。
[0018]图4为本实用新型实施例中峰值电流控制电路原理图。
[0019]图5为本实用新型实施例中预置过流保护电路原理图。
[0020]图6为本实用新型实施例中输出滤波电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
[0022]如图1所示，一种机内辅助隔离电源，它包括三相输入整流滤波电路，DC/DC变换电路，峰值电流控制电路，预置过流保护电路，输出滤波电路五部分。峰值电流控制电路检测流过功率开关管的电流信号，将其与误差放大器输出信号进行比较，调节占空比使流过功率开关管的峰值电流跟随误差电压变化而变化，实现稳定的电压输出。
[0023]如图2所示，所述三相输入整流滤波电路，压敏电阻RVl和RV2构成浪涌电压抑制器，热敏电阻R32?R34起瞬时限流保护作用，刚通电时因滤波电容上的压降不能突变，其容抗趋于零，而此时热敏电阻阻值较高，限制瞬时充电电流，但伴随电流通过发出的热量，在电源转入正常工作后，热敏电阻阻值迅速减小，功耗明显降低，实现启动浪涌电流限制功能。C40?C44、L7、C26、C1、C8、C10构成输入EMI滤波器。三相380V的交流输入经过EMI滤波器后，通过三相整流滤波电路得到DC540V的直流电压。
[0024]如图3所示，所述DC/DC变换电路，采用单端反激变换器拓扑，其中Tl为高频变压器，Np为原边绕组，Nsl?Ns7为副边绕组，Ql为功率开关管。高频变压器采用特种工艺，将其线圈在物理上进行隔离，实现原边绕组与副边绕组之间、各副边绕组之间的隔离。Ql栅极接脉宽调制信号，漏极接原边绕组下端。在脉宽调制信号正半周Ql导通，原边绕组进行电能储存，此时副边绕组输出整流二极管截止，没有输出。负半周时Ql截止，此时原边绕组产生极性相反的感应电压，副边绕组输出整流二极管导通，经过整流滤波获得输出电压。R9、R10、C19、D6构成RCD箝位电路，在Ql关断时，将变压器漏感能量转移到电容C19上，Ql漏源电压被箝位，最后将漏感能量消耗在电阻R9和RlO上。R36、R37、C47、D15构成RCD缓冲电路，在Ql关断瞬间，电流流过电容C47和阻尼二极管D15，减慢Ql漏源电压上升速度，电阻R36、R37在Ql开通瞬间将电容C47上电荷迅速放掉，防止通过Ql的电流过分增加。
[0025]如图4所示，所述峰值电流控制电路，其核心是峰值电流控制器UC3844。电阻R15、R23、C33、C35构成启动电路，在Ul的7脚电压超过15V时电路启动，然后由Nsl、D7、C33构成的自馈电电路供电。R22、C29产生振荡器的振荡频率，取样电阻Rll将电流检测信号转化为电压信号后输入电流检测放大器，R21、C32构成RC滤波网络抑制电流尖峰信号。仅Ns4绕组输出提供主要反馈电压信号，通过R25、R27、R30构成的电阻分压网络对反馈电压取样，取样电压通过TL431进行比较放大，并将比较误差电压转换为误差电流，作用于光电親合器PC817的内部发光二极管，经光电親合转换为误差电压送入Ul的I脚，作为误差放大器输出，对输出电压Vo2进行调整，其余各路输出也按照一定的比例关系得到调整。
[0026]如图5所示，所述预置过流保护电路，通过预设Ul的3脚的电压工作点，降低取样电阻Rll的阻值。预置过流保护点由预设电阻R22与R24、前馈电阻R19、滤波电阻R21、取样电阻Rll共同确定。其中Ul的8脚为5V参考电压，经过预设电阻R22与R24分压，给3脚提供电压工作点，再由前馈电阻R19得到前馈电压，最终组成3脚的预置电压。当功率管达到最大电流时，Rll上取样电压就会抬高3脚的电压，达到保护点实现保护功能。
[0027]如图6所示，所述输出滤波电路，是在反激变换的输出增加一级共模滤波。该级滤波由一个共模电感和两个电容构成。通过该共模滤波器，将直流输出的纹波电压降低到10mV以下。
[0028]综上所述，本实用新型机内辅助隔离电源的各项技术性能如下:
[0029]1、输入电压:(三相三线制)AC380V±10% ;50Hz±5%
[0030]2、输出电压:①+15V ;负载电流:200mA
[0031]②-15V;负载电流:200mA
[0032]③+24V ;负载电流:300mA
[0033]④+24V ;负载电流:300mA
[0034]⑤+24V ;负载电流:300mA
[0035]⑥+24V ;负载电流:300mA3、输出纹波电压(峰-峰值)..( 10mV
[0036]4、输出电压精度:< ± 1.5%
[0037]5、源效应:彡 ±0.5%
[0038]6、负载调整率:主:彡±1.0%
[0039]辅<±2.0%
[0040]7、工作效率:彡80%
[0041]8、隔离电压:4000VAC (?0οεχο9τχο9τ"籁德锁鬆，6 〔3§0〕
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【主权项】
1.机内辅助隔离电源，其特征在于:机内辅助隔离电源包括峰值电流控制电路和预置过流保护电路将输出电压反馈信号和电流检测输入信号转换为输出脉冲控制信号，控制DC/DC变换电路使之输出多路隔离的直流电压；三相输入整流滤波电路的输入端与三相交流输入相连，DC/DC变换电路的功率输入端与三相输入整流滤波电路的输出端相连，DC/DC变换电路的控制信号输入端与峰值电流控制电路的输出端相连，DC/DC变换电路的功率输出端经过输出滤波电路与负载相连。
2.根据权利要求1所述的机内辅助隔离电源，其特征是:所述DC/DC变换电路由一只功率开关管和高频变压器构成单端反激变换器，通过高频变压器在物理上对各个线圈进行隔离，输出多路隔离的直流电压。
【专利摘要】本实用新型提供一种机内辅助隔离电源。它是一种AC/DC变换器，输入为三相380V交流，输出为多路隔离的直流电压，包括双路正负输出的控制电源、四路隔离输出的IGBT驱动电源。它可以为采用全桥拓扑的电力电子变换器同时提供四路IGBT驱动电源和控制电源。通过预置过流保护点技术，预设保护点工作电压，能够灵敏地限制输出最大电流。交流输入与直流输出之间、多路直流输出之间的隔离电压达到AC4000V，满足大功率电力电子变换器输入与输出间的隔离要求。它能满足三相三线制大功率电力电子变换器机内辅助电源的使用要求。
【IPC分类】H02M7-217
【公开号】CN204290762
【申请号】CN201420595888
【发明人】吴小丽, 魏彦, 王晓民, 余跃听, 盖忠伟, 雷元林, 何锦坤, 罗青青
【申请人】武汉杭久电气有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年10月15日