一种线性高稳定直流滤波电路的制作方法

本发明属于大功率电源滤波器件领域，具体是一种线性高稳定直流滤波电路。

背景技术：

现有技术中，大功率交/直流转换电源采用无源的lc滤波电路进行滤波，但是，由于lc滤波电路对低频纹波的抑制较困难，因此，因触发电路脉冲不均匀、电网三相电压不平衡产生的50hz、100hz等整流输出低频谐波电压无法得到很好抑制。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种线性高稳定直流滤波电路，采用该电路可以对大功率交/直流转换电源电路中的50hz、100hz等整流输出低频谐波电压进行很好地抑制。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种线性高稳定直流滤波电路，该电路包括igbt开关k1、igbt开关k2、直流可调电源、电容cbuck、电容cbuck充电电源、igbt开关组sd、igbt开关sk以及开关sw；

所述直流可调电源设有两个输出端口，分别为第一输出端口afps1和第二输出端口afps2，且第一输出端口afps1的“－”极与第二输出端口afps2的“－”极连接；

所述igbt开关k1的e极连接igbt开关k2的c极，且作为本有源滤波电路的“+”极；igbt开关k1的c极连接第一输出端口afps1的“+”极，igbt开关k2的e极连接第一输出端口afps1的“－”极；所述igbt开关k1和igbt开关k2的g极连接igbt开关控制器，igbt开关控制器控制igbt开关k1和igbt开关k2工作于"线性放大区"；

所述电容cbuck的两极分别连接电容cbuck充电电源输出端的“+”、“－”极；所述igbt开关sk的c极连接第二输出端口afps2的“+”极，igbt开关sk的e极连接电容cbuck充电电源输出端的“－”极；所述开关sw连接在电容cbuck充电电源输出端的“+”极和第一输出端口afps1的“－”极之间；

所述igbt开关组sd中的各个igbt开关的e极和c极顺次连接，其中，第一个igbt开关的c极连接电容cbuck充电电源输出端的“+”极，最后一个igbt开关的e极连接电容cbuck充电电源输出端的“－”极，且各个igbt开关的e极和c极之间均连接有放电电阻；

所述igbt开关组sd中各个igbt开关的g极、igbt开关sk的g极以及电容cbuck充电电源的控制信号输入端分别连接电容cbuck两端电压控制器的信号输出端，所述电容cbuck两端电压控制器信号输出端接收电压信号，所述电压信号包括外部无源lc滤波电路的滤波电容两端的电压v0信号、电容cbuck两端的电压vcbuck信号。

进一步的，所述igbt开关控制器的信号输出端连接igbt开关k1和igbt开关k2的g极，信号输入端接收外部电流信号，所述电流信号包括外部无源lc滤波电路的滤波电容电流if信号、本线性高稳定直流滤波电路的输入电流iaf信号、水冷磁体电流实际值im与设定值iref的误差电流ierr信号。

进一步的，所述igbt开关组sd包括六个igbt开关，分别记为igbt开关s0～s5，其中igbt开关s5的c极连接电容cbuck充电电源输出端的“+”极，igbt开关s0连接电容cbuck充电电源输出端的“－”极。

进一步的，各个igbt开关的g极均连接有igbt驱动器。

进一步的，所述igbt开关控制器和电容cbuck两端电压控制器可均采用plc控制器。

进一步的，所述电容cbuck两端电压控制器对电容cbuck两端电压vcbuck的控制方法如下：

通过控制对电容cbuck进行充放电，使igbt开关k2的c级与e极间电压vo-vcbuck瞬时值满足：

3v≤vo-vcbuck≤17v

(1)电容cbuck的快速放电的控制：

当vo-vcbuck＜3时，对电容cbuck的快速放电是通过导通igbt开关s0或igbt开关sk实现的，vcbuck的平均值时，导通igbt开关sk，为其它值时，导通igbt开关s0，作为vcbuck的低通滤波值，导通igbt开关s0的cbuck放电电阻值rf由以下公式计算：

通过采样输出值，来控制igbt开关s1～s5通/断，这是随值随时确定；igbt开关s1～s5工作状态由取整求反的二进制计算确定；

(2)电容cbuck的快速充电的控制：

当vo-vcbuck＞17v时，立即启动电容cbuck充电电源为电容cbuck快速充电，电容cbuck充电电源工作在最大电流输出模式；

(3)稳定的控制：

作为vo-vcbuck的低通滤波值，由的正偏离值决定电容cbuck充电电源为电容cbuck慢充电电流的大小，最大慢充电电流为5a。

本发明的有益效果是：该电路可以对大功率交/直流转换电源电路中的50hz、100hz等整流输出低频谐波电压进行很好地抑制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本一种线性高稳定直流滤波电路及其应用示意图；

图中，电阻的单位为ω。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种线性高稳定直流滤波电路，包括igbt开关k1、igbt开关k2、igbt开关k1和k2的控制器、直流可调电源、电容cbuck、电容cbuck充电电源、电容cbuck两端电压控制器、igbt开关组sd、igbt开关sk以及开关sw。

所述直流可调电源有两个输出端口，分别为第一输出端口afps1和第二输出端口afps2，且afps1的“－”极与afps2的“－”极连接。

主电路为：

所述k1的e极连接k2的c极，且作为本线性高稳定直流滤波电路的“+”极；k1的c极连接afps1的“+”极，k2的e极连接afps1的“－”极；k1和k2的控制器的控制输出端分别连接k1和k2的g极，控制k1和k2工作在线性放大区；k1和k2的控制器接收外部电流信号，这些电流信号包括外部无源lc滤波电路的滤波电容电流if信号、本有源滤波电路的输入电流iaf信号、水冷磁体电流实际值im与设定值iref的误差电流ierr信号。

所述电容cbuck的两极分别连接cbuck的充电电源输出端的“+”、“－”极；所述sd的中的各个igbt开关的e极和c极顺次连接，其中，第一个igbt开关的c极连接cbuck的充电电源输出端的“+”极，最后一个igbt开关的e极连接cbuck的充电电源输出端的“－”极；各个igbt开关的e极和c极之间均连接有放电电阻；所述igbt开关sk的c极连接afps2的“+”极，sk的e极连接cbuck的充电电源输出端的“－”极；所述电容cbuck两端电压的控制器的控制信号输出端分别连接sd的中的各个igbt开关的g极、sk的g极、以及cbuck的充电电源的控制信号输入端；cbuck两端电压的控制器接收的电压信号，这些电压信号包括外部无源lc滤波电路的滤波电容两端的电压v0信号、电容cbuck两端的电压vcbuck信号。

所述开关sw连接在cbuck的充电电源输出端的“+”极和afps1的“－”极之间。

所述igbt开关组sd包括六个igbt开关分别记为s0～s5，其中s5的c极连接cbuck的充电电源输出端的“+”极，s0连接cbuck的充电电源输出端的“－”极。

所述本线性高稳定直流滤波电路中的各个igbt开关的g极均连接有igbt驱动器。

下面结合附图与具体实施方式对本技术方案进一步说明如下：

本例中，本滤波电路用于高稳定度高功率磁体电源，该电源的要求为：额定输出电压700v、单台额定输出电流20ka、过载能力(％)10/10min、电流纹波峰－峰值10ppm、稳定度(8小时)10ppm、设定电流的分辨率2ppm、电流精度100ppm。本有源滤波电路的“+”极连接在电源的lc无源滤波电路的滤波电容c的一端，本有源滤波电路的cbuck的充电电源输出端的“－”极连接在滤波电容c的另一端。

本线性高稳定直流滤波电路包括三部分：1)主电路，2)绝缘栅双极型晶体管igbt开关k1和k2的控制电路，3)电容cbuck电压vcbuck的控制电路；详细叙述如下：

1、主电路

主电路如图1虚框中所示。

2、igbt开关k1、k2的控制器

对于k1、k2的控制独立于对cbuck的充放电控制，对于k1和k2的控制器(控制电路可选用的现有电路可以有多种，例如plc等，具有根据输入信号计算得到输出信号功能即可，同理，下方的电容cbuck两端电压vcbuck的控制器也是一样)：

a、控制电路的差分输入的信号有：滤波电容电流if、流入有源滤波电路的电流iaf、水冷磁体电流实际值im与设定值iref的误差电流ierr。

b、控制电路的输出信号有：两路用来驱动igbt开关k1和k2的信号，这两路信号经隔离(隔离采用igbt驱动器，例如高速隔离放大器ad215by)后输出。这两路信号的输出线用双绞线，双绞线的公共com端分别接k1和k2的e极、双绞线的信号端分别接k1和k2的g极。

c、除作为afps1和afps2的电源外，还需两路经隔离的±15v约10w的线性电源为高速隔离放大器ad215by和其它igbt驱动器(igbt驱动器连接在k1、k2的g极)供电，隔离电压1kvdc，电源稳定度和精度须好于1％，+15v因驱动igbt造成的压降小于2％。

3、电容cbuck两端电压vcbuck的控制器

为使k1、k2可靠工作，需通过控制对cbuck进行充放电，使k2的ce极电压vo-vcbuck瞬时值满足：

3v≤vo-vcbuck≤17v

一)cbuck的快速放电的控制：

s0～s5、sk为主电路的igbt开关，各个igbt配有起到隔离作用的的igbt驱动器。

vo-vcbuck＜3时对cbuck的快速放电是通过导通s0或sk实现的，平均值导通sk，为其它值时下导通s0，是vcbuck的低通滤波值，导通s0的cbuck放电电阻值rf由以下公式计算：

plc模数转换(a/d)采样输出控制s1～s5通或断(随值任何时刻确定)，s1～s5工作状态由取整求反的二进制计算确定，计算列表如下：

二)cbuck的快速充电的控制：

当vo-vcbuck＞17v(瞬时值)时，立即启动“hf-ps”为cbuck快速充电，“hf-ps”工作在最大电流输出模式。

三)稳定的控制

vo-vcbuck的平均值控制稳定在10v可减少对cbuck的快速充放电需要，为vo-vcbuck的低通滤波值，由的正偏离值决定“hf-ps”为cbuck慢充电电流的大小，最大慢充电电流为5a。

4、cbuck的充电电源可以采用开关电源，记为hf-ps；hf-ps电源、afps1对应电源和afps2对应电源的要求：

“hf-ps”电源有快慢二种充电模式，快充电模式响应控制器发来的高电平信号，在0.1ms内有最大为150a电流输出，慢充电模式可使输出电流在0～5a间可调。

“hf-ps”最大输出电压为700v、最大输出电流为150a，其工作占空比约为100ms/1s,则额定输出电流取30a，额定功率取小于25kw。

afps1和afps2额定输出功率6kw，输出电压在0～20v间可调，额定输出电流300a，它们都有限流功能，限流在100～300a可调，但过流保护时不切断电源，而是维持电源输出最大允许电流，允许输出电压下降。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。