专利名称：大功率四象限直流脉冲开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关电源，尤其涉及一种可以以直流、脉冲两种方式运行的开关电源。
背景技术：
加速器有不同的实验终端，束流方向由二级铁控制，所以实验不能同时进行。为了提高对加速器束流的使用效率，使不同的实验终端可以同时进行实验，束流方向可由开关磁铁的磁场方向按一定的周期控制，对开关磁铁电源提出了以直流、脉冲双向运行的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能以直流、脉冲两种方式运行的大功率开关电源。
本发明的目的可以通过以下措施实现；一种大功率四象限直流脉冲开关电源，包括低压变压器、高压变压器、低压整流桥、高压整流桥、斩波电路及负载；所述斩波电路由IGBT模块组成，其输入端与整流桥的输出端相接，其输出端与负载连接；所述高压整流桥与低压整流桥并联。
所述IGBT模块由大功率管与二极管并联组成；其中，第一、第二IGBT模块有共同的输入端，且该输入端与整流桥的正极相连；第三、第四IGBT模块有共同输入端，且该输入端与整流桥的负极相连；第一、第三IGBT模块有共同的输出端，且经负载与第二、第四IGBT模块的共同输出端相连；所述高压整流桥与电容并联后经第五IGBT模块输出；所述低压整流桥与电容并联后经二极管输出，且该输出端与所述高压整流桥的输出端并接。
所述负载由电感及电容组成，其中第一电感与并联的第二电感、电容串联。
所述的高、低压变压器为三相变压器；所述的整流桥为三相整流桥。
本实用新型的优点如下1、本实用新型采用IGBT及新型控制原理，输出功率大，兼顾直流、脉冲工作时的两种参数，保证了在直流、脉冲工作时电源都有很好的性能。以电流为横坐标轴，电压为纵坐标轴，电源可以在四个象限运行。
2、主回路结构清晰，电源的控制方式简单。
3、本实用新型独特的电路结构及控制方式，使其电源动态响应速度快、电流输出稳定度高、工作可靠、电磁兼容性好，电流在零点过渡平滑。
图1为本实用新型的电路结构图图2为本实用新型斩波电路的触发脉冲关系图具体实施方式
参照图1，一种大功率四象限直流脉冲开关电源，包括低压三相变压器T1、高压三相变压器T2、低压三相整流桥1、高压三相整流桥3、斩波电路2及负载。斩波电路2由大功率管与二极管并联的IGBT模块组成，其中第一IGBT模块V1、D1与第二IGBT模块V2、D2有共同的输入端，且该输入端与整流桥的正极相连；第三IGBT模块V3、D3与第四IGBT模块V4、D4有共同输入端，且该输入端与整流桥的负极相连；第一IGBT模块V1、D1与第三IGBT模块V3、D3有共同的输出端，且该输出端经负载与第二IGBT模块V2、D2、第四IGBT模块V4、D4的共同输出端相连；上述高压整流桥3与电容C2并联后经IGBT模块V5、D14输出，低压三相整流桥1与电容C1并联后经二极管D13输出，且该输出端与上述高压三相整流桥3的输出端并接。上述负载由电感L1、L2及电容C3组成，其中电感L1与并联的电感L2、电容C3串联。
上述电源直流运行时由T1提供能量，电源脉冲运行时由T2提供能量。三相整流桥1、3的输出电压可根据负载要求设计。下面以电源直流工作方式说明该开关电源的工作原理及控制方式参照图2，在T1-T2段，V1、V4占空比为50％，有效占空比(V1、V4同时导通的时间)为零；V2、V3占空比为50％，有效占空比同样为零；V3的触发脉冲是V1触发脉冲的反逻辑，V2的触发脉冲是V4触发脉冲的反逻辑，所以电路既没有能量传输到负载，变换整流桥也不会发生短路。
T3-T6段，电流给定正向上升，V1、V4占空比增加，大于50％，V2、V3占空比减小，小于50％，V1、V4导通时间有交错，电路有能量传输到负载，其具体工作过程如下当V1、V4同时导通时，电流通路为V1-负载-V4，当V1截止、V4导通时，电流通路为负载-V4-D3-负载，形成续流回路，V3虽有触发脉冲，但两端电压反偏，V3截止；当V4截止、V1导通时，电流通路为负载-D2-V1-负载，形成续流回路，V2虽有触发脉冲，但两端电压反偏，V2截止，这样就完成了一个周期。以电流为横坐标轴，电压为纵坐标轴，电源工作在第一象限。
在T7-T9段，给定电流正向下降，如果负载为感性，负载两端电压反向，电流方向不变，其具体工作过程如下当V1、V4同时截止时，电流方向为负载-D2-D14-C2-D3-负载，负载电压反向，加速电流的下降；V4截止，V1或V4导通时V1截止时，电流方向与T3-T6段相同，电源工作在第二象限。
给定电流为负向时，V2、V3占空比增加，大于50％，V1、V4占空比减小，小于50％，V2、V3导通时间有交错，电路有能量传输到负载，其具体工作过程如下当V2、V3同时导通时，电流通路为V2-负载-V4，当V2截止、V3导通时，电流通路为负载-V3-D4-负载，形成续流回路，V4虽有触发脉冲，但两端电压反偏，V4截止；当V3截止、V2导通时，电流通路为负载-D1-V2-负载，形成续流回路，V1虽有触发脉冲，但两端电压反偏，V1截止，这样就完成了一个周期，电源工作在第三象限。
当电流给定由负向零变化时，如果负载为感性，负载两端电压反向，电流方向不变，其具体工作过程如下当V2、V3同时截止时，电流方向为负载-D1-D14-C2-D4-负载，负载电压反向，加速电流的下降；V2截止，V3导通或V4导通、V1截止时，电流途径与上述相同，电源工作在第四象限。
电源作脉冲运行时，因为电流上升时间短于感性负载的固有时间常数，因此要加强基击电压，所以高压整流器T2投入，V5开通，D13反偏。其它工作原理与直流模式相同。
权利要求1.一种大功率四象限直流脉冲开关电源，包括低压变压器(T1)、高压变压器(T2)、低压整流桥(1)、高压整流桥(3)、斩波电路(2)及负载，其特征在于所述斩波电路(2)由IGBT模块组成，其输入端与整流桥的输出端相接，其输出端与负载连接；所述高压整流桥(3)与低压整流桥(1)并联。
2.如权利要求1所述的大功率四象限直流脉冲开关电源，其特征在于所述IGBT模块由大功率管与二极管并联组成；其中，第一、第二IGBT模块(V1、D1)、(V2、D2)有共同的输入端，且该输入端与整流桥的正极相连；第三、第四IGBT模块(V3、D3)、(V4、D4)有共同输入端，且该输入端与整流桥的负极相连；第一、第三IGBT模块(V1、D1)、(V3、D3)有共同的输出端，且经负载与第二、第四IGBT模块(V2、D2)、(V4、D4)的共同输出端相连；所述高压整流桥(3)与电容(C2)并联后经IGBT模块(V5、D14)输出；所述低压整流桥(1)与电容(C1)并联后经二极管(D13)输出，且该输出端与所述高压整流桥(3)的输出端并接。
3.如权利要求1或2所述的大功率四象限直流脉冲开关电源，其特征在于所述负载由电感(L1、L2)及电容(C3)组成，其中电感(L1)与并联的电感(L2)、电容(C3)串联。
4.如权利要求1或2所述的大功率四象限直流脉冲开关电源，其特征在于所述的高、低压变压器(T2)、(T1)为三相变压器；所述的整流桥(1、3)为三相整流桥。
专利摘要本实用新型涉及一种新型控制原理的大功率四象限直流脉冲开关电源，可以以直流、脉冲两种方式运行。以电流为横坐标轴，电压为纵坐标轴，电源可以在四个象限运行。该开关电源包括低压变压器、高压变压器、低压整流桥、高压整流桥、斩波电路及负载；其中斩波电路由IGBT模块组成。本实用新型基于脉宽调制工作方式，继承了开关电源输出电压纹波小，反应速度快调节灵敏度高的优点，同时有其自身的优点主回路结构清晰、控制方式简单、输出功率大、电流输出稳定度高、工作可靠性高、电磁兼容性好。
文档编号H02M3/04GK2636496SQ0326257
公开日2004年8月25日 申请日期2003年7月24日 优先权日2003年7月24日
发明者武荣, 燕宏斌, 高大庆 申请人:中国科学院近代物理研究所