專利名稱：一種用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源，特別涉及一種用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
目前由于環(huán)境污染、能源緊缺日趨嚴(yán)重，為了節(jié)能減排，將靜電除塵器中高壓電源 用IGBT驅(qū)動(dòng)的高頻模式取代目前傳統(tǒng)可控硅工頻變壓器模式已經(jīng)成為一種必然趨勢，且 隨著電力電子器件的快速發(fā)展高頻高壓開關(guān)電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)可控硅電源在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中應(yīng)用 也成為可能。高頻高壓開關(guān)電源不僅可實(shí)現(xiàn)靜電除塵器運(yùn)行的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，而且具 有以下眾多優(yōu)點(diǎn)在節(jié)能方面，電源轉(zhuǎn)換效率〉93 %，功率因數(shù)從原來小于0.7提高到 0. 95左右，提高了電能的利用率，節(jié)省電能；在經(jīng)濟(jì)方面，效率高，功率因素高，對電網(wǎng) 的諧波干擾大大減小，節(jié)省用戶運(yùn)行費(fèi)用，并且體積小，重量輕、性價(jià)比高；在環(huán)保方面， 采取反饋控制，使得輸出電壓準(zhǔn)可調(diào)，滿足電除塵的各種環(huán)境需求，從而實(shí)現(xiàn)除塵效果的 最優(yōu)化。因此，高頻高壓開關(guān)電源在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)可控硅電源。電除塵用高頻 高壓開關(guān)電源的設(shè)計(jì)在目前來說還存在許多困難，現(xiàn)在國內(nèi)許多單位都在研究高頻電源， 但能夠研制出高電壓大功率并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的公司還很少，且有成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的國 外公司也很少，因?yàn)殡姵龎m電源輸出電壓一般達(dá)70kV以上，輸入電壓530V，升壓比達(dá)133這 就使得變壓器漏感和寄生電容都比較大，變壓器的高匝比也增添了其能量損失，降低了電 源的轉(zhuǎn)換效率和可靠性；其次，電除塵用高頻電源需要的功率大，通常要達(dá)到幾十或百余千 瓦；因此電流也大，一次峰值電流達(dá)數(shù)百安培，電壓高，二次電壓通常要達(dá)到70kV或更高， 這對變換器、變壓器和整流器件的要求很高；再則，電除塵負(fù)載具有特殊性，為了達(dá)到盡可 能高的除塵效率，正常使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)閃絡(luò)(瞬間放電)，甚至出現(xiàn)短路、開路等情況，因此 要求其具有良好的閃絡(luò)控制特性及保護(hù)功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對電除塵用高頻高壓開關(guān)電源設(shè)計(jì)困難的問題，提出了一種用于電除 塵的高頻高壓開關(guān)電源，采用帶有串并聯(lián)諧振軟開關(guān)的全橋逆變電路、高頻升壓電路、高壓 硅堆整流電路，具有短路、過流保護(hù)，開機(jī)軟啟動(dòng)，跟蹤諧振電流實(shí)現(xiàn)諧振頻率的跟蹤控制 等功能。能夠產(chǎn)生適合電除塵設(shè)備各種工況要求的波形。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源，包括三相整流濾波 電路、高頻逆變電路、高頻脈沖變壓器、高壓硅堆整流硅堆、DSP控制器及檢測電路，輸入三 相交流電源，經(jīng)三相整流濾波電路成直流，再經(jīng)過高頻逆變電路，高頻逆變電路中兩逆變橋 臂之間接入串并聯(lián)諧振軟開關(guān)電路，串并聯(lián)諧振軟開關(guān)輸出接高頻脈沖變壓器升壓后經(jīng)高 壓整流硅堆成高壓直流到電除塵器；DSP控制器輸出控制信號給高頻逆變電路，電除塵輸 入側(cè)接電壓電流檢測電路，檢測電路對電壓、電流進(jìn)行檢測，信號輸入DSP控制器，通過DSP 控制器對高頻逆變電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，DSP控制器通過CAN接口與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)化 控制。
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所述高頻逆變電路包括全橋逆變器、串并聯(lián)諧振軟開關(guān)電路，全橋逆變器包括四 個(gè)IGBT和每個(gè)IGBT的集電極和發(fā)射集之間連接的續(xù)流二極管，全橋逆變器串兩橋臂輸出 接并聯(lián)諧振軟開關(guān)電路，并聯(lián)諧振軟開關(guān)電路包括變壓器初級的串聯(lián)諧振電容、串聯(lián)諧振 電感和并聯(lián)電容，變壓器次級接整流管，整流管上并聯(lián)有電除塵等效電容和等效電阻。所述DSP控制器以TMS320F2812為主控單元，主要包括模擬量采集與處理、PWM控 制信號發(fā)生與輸出電路、鍵盤輸入、液晶顯示、火花檢測、CAN總線通信、驅(qū)動(dòng)電路和故障檢 測保護(hù)單元，驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路以IR2110為核心，PWM控制信號發(fā)生與輸出電路產(chǎn)生PWM信 號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換和光耦隔離后送給IR2110驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)而控制逆變器中IGBT的通斷，故障檢 測保護(hù)單元的數(shù)據(jù)由液晶顯示單元完成。所述三相整流濾波電路中加有開機(jī)軟啟動(dòng)電路，開機(jī)軟啟動(dòng)電路由二極管整流 橋、穩(wěn)壓電容器、比較器LM324、放大器、繼電器構(gòu)成，交流電經(jīng)過二極管整流橋整流輸出直 流電，通過繼電器觸點(diǎn)開關(guān)選擇限流電阻后，經(jīng)電容器穩(wěn)壓接負(fù)載電阻，15V電源通過電位 器分壓得到一電壓值并輸出接比較器LM324正端，比較器負(fù)極接從直流母線電容上采樣出 的電壓值，比較器LM324輸出通過放大器接繼電器線圈。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源，用于電除塵設(shè) 備具有體積小、重量輕、諧波污染小、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)換效率高、能夠產(chǎn)生適合電除塵設(shè)備各 種工況要求的波形，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。


圖1為本發(fā)明用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源主電路圖3為本發(fā)明用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖4為本發(fā)明用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源開機(jī)軟啟動(dòng)電路圖。
具體實(shí)施例方式基于DSP TMS320F2812的高頻高壓開關(guān)電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中主電路 為輸入三相380V50HZ的交流電源，經(jīng)三相整流濾波電路1成為530V直流電壓，再經(jīng)過IGBT 模塊組成的高頻逆變電路2，高頻脈沖變壓器3升壓后經(jīng)高壓整流硅堆4成72kV高壓直流 給電除塵器5 ；DSP控制器7實(shí)現(xiàn)高頻逆變電路2的H橋觸發(fā)，電除塵輸入側(cè)接電壓電流檢 測板6對完成對電壓、電流的檢測，信號輸入DSP控制器7，通過DSP控制器7對高頻逆變電 路2進(jìn)行調(diào)節(jié)，DSP控制器通過CAN接口 8與上位機(jī)9連接，實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)化控制。圖2中三相交流電經(jīng)過三相整流濾波后接帶有串并聯(lián)諧振軟開關(guān)的逆變電路2， 逆變器的四個(gè)開關(guān)器件選用三菱的型號為CM100DY-12H的IGBT，分別為圖中的Q1-Q4，四個(gè) IGBT的集電極和發(fā)射集之間分別接入四個(gè)續(xù)流二極管D1-D4，兩橋臂輸出方波電壓接入串 并聯(lián)諧振電路，9Γ94和DfD4組成全橋逆變器，Cr為串聯(lián)諧振電容，Lr為串聯(lián)諧振電感， Cp并聯(lián)在變壓器的初級，為變壓器副邊及高壓整流二極管的分布電容折算至初級的等效電 容，CO和R分別并聯(lián)在變壓器次邊上，CO為電除塵等效電容R為其等效電阻。電容電阻構(gòu) 成的串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。它的輸出電壓可以高于或低于輸入電壓，負(fù)載變化范圍寬。串并聯(lián) 諧振電路為移相全橋逆變電路提供了零電壓開通條件，實(shí)現(xiàn)了高頻開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù)，降低了開關(guān)損耗，電路具有部分輸出電壓源和輸入電流源的特性，元器件電流電壓的 應(yīng)力較小，負(fù)載變化范圍大，開關(guān)頻率的變化范圍小，輕載時(shí)輸入電流也較小。這些特性 非常適用與電除塵負(fù)載工況要求。本系統(tǒng)所有的控制功能均有DSP控制器7完成，如圖3所示，DSP控制器7以 TMS320F2812為主控單元，主要包括模擬量采集與處理、PWM控制信號發(fā)生與輸出電路、鍵 盤輸入、液晶顯示、火花檢測、CAN總線通信、驅(qū)動(dòng)電路和故障檢測保護(hù)單元。驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電 路以IR2110為核心，在主控電路板的PWM輸出信號作用下發(fā)生驅(qū)動(dòng)信號，能對IGBT的過電 流進(jìn)行保護(hù)。由于采集下來的電流電壓信號中有的是直接從高壓回路中通過分壓的方式采 集，會(huì)給微處理器帶來安全隱患，要對其前端信號進(jìn)行預(yù)處理，也簡化了主控板。EV模塊產(chǎn) 生PWM信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換和光耦隔離后送給IR2110驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)而控制逆變器中IGBT的通 斷。ADC模塊對采集到的一次二次電流電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的PID閉環(huán)控制，同時(shí)可 以很容易的實(shí)現(xiàn)除塵器的火花次數(shù)的精確控制和閃絡(luò)電壓控制。CAN控制器模塊接入總線 通信單元可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)獨(dú)立電源的集中管理。開路、短路、閃絡(luò)、過載、欠壓、過熱(IGBT、油 箱)及通訊故障等保護(hù)處理由故障檢測保護(hù)單元完成，電源的數(shù)據(jù)(運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、顯示、故 障狀態(tài))由液晶顯示單元完成。通過DSPTMS320F2812我們可以很容易的實(shí)現(xiàn)電除塵專用高 頻高壓電源的智能控制。電源的控制系統(tǒng)一般會(huì)有三種工作模式正常工作模式，啟動(dòng)模式和保護(hù)模式。電 源剛開始工作或者故障后啟動(dòng)的時(shí)候，為了防止負(fù)載側(cè)電壓上升過快而導(dǎo)致電路故障，就 需要采用軟啟動(dòng)的方法，軟啟動(dòng)包括兩個(gè)部分在輸入側(cè)通過對輸入電壓慢慢升壓的方式 保證逆變電路不會(huì)因?yàn)橥蝗患由?30V的電壓而發(fā)生故障，硬件軟啟動(dòng)的電路如圖4交流 電經(jīng)二極管整流橋整流輸出直流電，電容器Cl起穩(wěn)壓作用，15V電源通過電位器分壓得到 一電壓值并輸出給比較器LM324正端，比較器負(fù)極接從直流母線電容上采樣出的電壓值， 在系統(tǒng)上電初期，由于LM324正極輸入大于負(fù)極，比較器輸出為正，繼電器吸合，整流橋輸 出串接電阻R3對電容和負(fù)載供電。當(dāng)直流母線電壓升高至低于工作電壓50V左右時(shí)，輸入 LM324的電壓采樣信號大于正極信號，比較器輸出負(fù)電壓，QlO關(guān)閉，繼電器彈起，電阻R3被 短接，從而有效避免了上電過程中濾波電容產(chǎn)生過大的沖擊電流。
權(quán)利要求
一種用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源，包括三相整流濾波電路、高頻逆變電路、高頻脈沖變壓器、高壓硅堆整流硅堆、DSP控制器及檢測電路，其特征在于，輸入三相交流電源，經(jīng)三相整流濾波電路成直流，再經(jīng)過高頻逆變電路，高頻逆變電路中兩逆變橋臂之間接入串并聯(lián)諧振軟開關(guān)電路，串并聯(lián)諧振軟開關(guān)輸出接高頻脈沖變壓器升壓后經(jīng)高壓整流硅堆成高壓直流到電除塵器；DSP控制器輸出控制信號給高頻逆變電路，電除塵輸入側(cè)接電壓電流檢測電路，檢測電路對電壓、電流進(jìn)行檢測，信號輸入DSP控制器，通過DSP控制器對高頻逆變電路進(jìn)行調(diào)節(jié)， DSP控制器通過CAN接口與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源，其特征在于，所述高頻逆變 電路包括全橋逆變器、串并聯(lián)諧振軟開關(guān)電路，全橋逆變器包括四個(gè)IGBT和每個(gè)IGBT的集 電極和發(fā)射集之間連接的續(xù)流二極管，全橋逆變器串兩橋臂輸出接并聯(lián)諧振軟開關(guān)電路， 并聯(lián)諧振軟開關(guān)電路包括變壓器初級的串聯(lián)諧振電容、串聯(lián)諧振電感和并聯(lián)電容，變壓器 次級接整流管，整流管上并聯(lián)有電除塵等效電容和等效電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源，其特征在于，所述DSP控制器 以TMS320F2812為主控單元，主要包括模擬量采集與處理、PWM控制信號發(fā)生與輸出電路、 鍵盤輸入、液晶顯示、火花檢測、CAN總線通信、驅(qū)動(dòng)電路和故障檢測保護(hù)單元，驅(qū)動(dòng)及保護(hù) 電路以IR2110為核心，PWM控制信號發(fā)生與輸出電路產(chǎn)生PWM信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換和光耦隔離 后送給IR2110驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)而控制逆變器中IGBT的通斷，故障檢測保護(hù)單元的數(shù)據(jù)由液晶 顯示單元完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源，其特征在于，所述三相整流 濾波電路中加有開機(jī)軟啟動(dòng)電路，開機(jī)軟啟動(dòng)電路由二極管整流橋、穩(wěn)壓電容器、比較器 LM324、放大器、繼電器構(gòu)成，交流電經(jīng)過二極管整流橋整流輸出直流電，通過繼電器觸點(diǎn)開 關(guān)選擇限流電阻后，經(jīng)電容器穩(wěn)壓接負(fù)載電阻，15V電源通過電位器分壓得到一電壓值并輸 出接比較器LM324正端，比較器負(fù)極接從直流母線電容上采樣出的電壓值，比較器LM324輸 出通過放大器接繼電器線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電除塵的高頻高壓開關(guān)電源，輸入三相交流電源，經(jīng)三相整流濾波電路成直流，再經(jīng)過高頻逆變電路，高頻逆變電路中兩逆變橋臂之間接入串并聯(lián)諧振軟開關(guān)電路，串并聯(lián)諧振軟開關(guān)輸出接高頻脈沖變壓器升壓后經(jīng)高壓整流硅堆成高壓直流到電除塵器；DSP控制器輸出控制信號給高頻逆變電路，電除塵輸入側(cè)接電壓電流檢測電路，檢測電路對電壓、電流進(jìn)行檢測，信號輸入DSP控制器，通過DSP控制器對高頻逆變電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，DSP控制器通過CAN接口與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。此開關(guān)電源用于電除塵設(shè)備具有體積小、重量輕、諧波污染小、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)換效率高、能夠產(chǎn)生適合電除塵設(shè)備各種工況要求的波形，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
文檔編號H02M3/335GK101954313SQ20101027520
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者張潮海, 欒天, 金志輝, 高立潁 申請人:上海理工大學(xué)