直流直流变换单元及直流电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型宽输入电压范围低输出电压谐波直流电源，该电路可用于直流加热电源领域。
【背景技术】
[0002]目前，单/多晶硅、蓝宝石等新型材料的制备通常采用直拉法在晶体炉中拉晶生长成型，其制备过程分为高温化料和等径拉晶两个阶段，这两个阶段都需要用一台大功率直流电源来为晶体炉加热，因此，电源效率的高低就成为晶体制备过程是否节能的关键。
[0003]现有用于晶体炉加热的直流电源主要分为两类，一类是可控硅整流电源，如中国专利200910059542，一类是高频电源，可控硅整流电源采用可控硅对工频整流的方式提供直流电，而高频电源则采用高频逆变方式将工频逆变成高频，再将高频整流和滤波变成直流而为负载供电，它与可控硅整流电源相比，具有以下几个特点:
[0004]I)高频变压器体积小，耗铜耗铁量小，成本低廉，符合绿色环保主潮流；2)效率比可控硅电源略高；3)输出波形质量好，有利于延长加热器寿命；4)功率因数高，无需无功补偿装置。因此，高频电源取代可控硅整流电源是必然趋势。
[0005]普通的高频电源常以额定输出电压满载荷的工作效率作为电源效率指标。但就晶体生长而言，需要电源满载负荷工作的高温化料时间只为4-5个小时，而需要电源半载负荷工作的等径拉晶时间却长达20-25个小时，因此，只衡量电源的满载效率显然是不够的，其半载负荷的工作效率也很重要的，但目前用于晶体炉加热的高频电源其满载荷的效率都能达到95%，而半载荷的效率只有80%左右，难以满足低碳节能的需要。同时，工业现场输入电压波动范围较大，为了适应宽输入电压范围需求，后级直流变换器的设计不能实现最优化，因此系统整体效率不佳。
[0006]本实用新型的宽输入电压范围指的是电网电压波动范围在±20%之间。本实用新型低输出电压谐波的谐波含量是输出滤波器前的电压谐波含量，即是L。前的电压波形。
【发明内容】
[0007]为了适应工业现场输入电压波动范围较大的技术问题，本实用新型提出一种宽输入电压范围低输出电压谐波直流变换单元及直流电源。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0009]直流直流变换单元，包括均压电路、多个自关断器件、变压器组及整流滤波单元，其特殊之处在于:
[0010]所述多个自关断器件分为第一开关组和第二开关组，第一开关组包括依次串联的S1, S2, S3, S4,第二开关组包括依次串联的S5、S6、S7、S8，其中S1、S5的集电极分别与电源的正极连接，S4, S8的发射极分别与电源的负极连接，每个自关断器件的发射极与集电极之间均反并联了一个二极管，
[0011]所述均压电路包括连接在电源正负极之间的两个串联的输入电容Cinl及Cin2、连接在S1的发射极与S 3的发射极之间的两个串联的二极管D cll及D。12，连接在S5的发射极与S 7的发射极之间的两个串联的二极管0。13及D。14，所述0&的阴极与S i的发射极连接，所述D。13的阴极与35的发射极连接，C inl与C in2的连接点、D dl与D。12的连接点及D。13与D。14的连接点之间电连接，
[0012]所述变压器组包括变压器!\及变压器T 2，所述变压器T1的原边绕组的同名端通过隔直电容(:吣与S6的发射极连接，所述T1的原边绕组的异名端与S2的发射极连接；所述变压器T2的原边绕组的同名端通过隔直电容(:％2与S6的发射极连接，所述1~2的原边绕组的异名端与电源负极连接，
[0013]所述变压器1\及变压器T 2的副边绕组串联并通过整流滤波单元输出直流电流。
[0014]—种直流电源，其特殊之处在于:
[0015]包括依次连接的交流电源、二极管不控整流单元及三电平低输出电压纹波直流直流变换单元，所述交流电源通过二极管不控整流单元为三电平低输出电压纹波直流直流变换单元提供直流输入，所述三电平低输出电压纹波直流直流变换单元的结构如上所述。
[0016]上述二极管不控整流单元为三相桥式二极管不控整流单元。
[0017]上述直流电源还包括设置在不控整流单元与三电平低输出电压纹波直流直流变换单元之间的直流稳压功率因数校正单元，
[0018]所述直流稳压功率因数校正单元包括电感Lin、自关断器件Sin、二极管Din，所述Lin的输入端与二极管不控整流单元的输出正端连接，所述L ^的输出与D in的正端连接；所述Din的负端与三电平低输出电压纹波直流直流变换单元的输入正端连接；所述自关断器件Sin还反并联一个二极管IV，所述自关断器件Sin的集电极连接与电感Lin的输出端连接，所述自关断器件Sin的发射极与二极管不控整流单元的输出负端连接。
[0019]本实用新型与现有技术相比，优点是:
[0020]I)本实用新型输入电压范围宽，输入电压适应380V±30%的变换范围，且不影响后级变换单元效率；
[0021]2)本实用新型功率因数达到0.95，输入谐波小于20% ；
[0022]3)本实用新型输出电压谐波极低，可有效减小输出滤波器体积，提高系统动态；
[0023]4)本实用新型适应恒阻值宽电压输出范围，保证全范围效率优化。
【附图说明】
[0024]图1为大功率三电平低输出电压纹波直流直流变换单元电路拓扑。
[0025]图2为本实用新型宽输入电压范围低输出电压谐波直流电源结构图。
[0026]图3本专利提出电路拓扑的输出滤波器先后电压示意。
[0027]图4是实施例中变压器副边工作在Uin/kT模式下导通原理图。
[0028]图5是实施例中变压器副边工作在Uin/2kT模式下导通原理图。
[0029]图6是实施例中变压器副边工作在O模式下导通原理图。
[0030]图7是实施例中变压器副边工作在_Uin/kT模式下导通原理图。
[0031]图8是实施例中变压器副边工作在_Uin/2kT模式下导通原理图。
[0032]图9是实施例中变压器副边工作在O模式下导通原理图。
【具体实施方式】
[0033]下面根据实施例详细说明本实用新型的结构和工作原理。
[0034]图2为采用本实用新型的大功率三电平低输出电压纹波直流直流变换单元电路拓扑的实施例，其变压器原边电路特征是:直流输入正极与S1的集电极、S5的集电极以及Cinl的一端联接于I ;C inl的另一端与C in2的一端、D dl的阳极、D。12的阴极、D。13的阳极以及Dd4的阴极联接于2 ;直流输入负极与C in2的另一端、S 4的发射极、变压器T 2原边绕组T 21)的非同名端以及&的发射极联接于3 ;S i的发射极与S 2的集电极以及D dl的阴极联接于4 ;S 2的发射极与S3的集电极以及变压器T 1原边绕组T lp的非同名端联接于5 ;S 3的发射极与S 4的集电极以及Dd2的阳极联接于6 ;变压器T 边绕组T lp的同名端与Cbu的一端联接于7 ;S5的发射极与S 6的集电极、D。13的阴极以及C ss的一端联接于8 ;CBU的另一端与S 6的发射极、S7的集电极以及Cbu的联接于9 ;CBU的另一端与变压器TJII边绕组T2p的同名端联接于10 ;S7的发射极与S 8的集电发射极、Css的另一端以及Dcd2的阳极联接于11。其变压器副边电路特征是:!\副边绕组Tlsl的同名端与D &的阳极联接与12 副边绕组Tlsl的非同名端与！^副边绕组T2sl的同名端联接于13 ;T2副边绕组T2sl的非同名