本實(shí)用新型涉及一種DC/DC變換設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源。尤其在長波通信領(lǐng)域，長波發(fā)信機(jī)的工作狀態(tài)有移頻報(bào)和等幅報(bào)，即高壓電源負(fù)載為脈沖工作方式。發(fā)射系統(tǒng)工作時(shí)，要求輸入的供電電壓穩(wěn)定、動態(tài)性能好，紋波電壓小，調(diào)壓范圍廣。

DC/DC變換設(shè)備作為將恒定直流輸入電壓變換為可調(diào)的輸出電壓的變換裝置，是電源系統(tǒng)中的重要組成部分，然而，目前的DC/DC變換設(shè)備普遍輸出電壓紋波較大，難以滿足穩(wěn)定性要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有DC/DC變換設(shè)備的上述問題，提出一種輸出電壓紋波小，穩(wěn)定性高的DC/DC變換設(shè)備。具體技術(shù)方案如下：

DC/DC變換設(shè)備，主要用于電源系統(tǒng)，包括柜體、多個(gè)并聯(lián)的DC/DC變換單元以及

輸出回路，用于濾除輸出直流電壓的紋波，減小負(fù)載擾動的影響；和

控制回路，用于將所述DC/DC變換單元的狀態(tài)信號處理后發(fā)送給電源系統(tǒng)的控制器，并接收所述電源系統(tǒng)的控制器發(fā)來的驅(qū)動信號；

所述DC/DC變換單元輸出端與所述輸出回路電連接，所述控制回路分別與所述DC/DC變換單元和所述輸出回路電連接。

進(jìn)一步地，所述DC/DC變換單元包括：

輸入濾波電容，用于吸收全橋電路的高頻下因?yàn)榧纳姼幸鸬碾妷骸㈦娏骷夥澹?/p>

全橋逆變電路，由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)組成，用于實(shí)現(xiàn)DC/AC變換；

輸出變壓器，用于傳輸功率并實(shí)現(xiàn)原副邊隔離；

單相橋式整流器，由二極管組成，用于實(shí)現(xiàn)AC/DC變換；以及

輸出濾波器，用于抑制電流脈動以及實(shí)現(xiàn)高頻電壓紋波濾除；

所述輸入濾波電容與所述全橋逆變電路并聯(lián)，連接于模塊的輸入端，輸入的直流電壓經(jīng)所述全橋逆變電路轉(zhuǎn)換為交流電壓后，經(jīng)過所述輸出變壓器和所述單相橋式整流器轉(zhuǎn)換為可變直流電壓輸出，所述輸出濾波器對輸出電流和輸出電壓進(jìn)行濾波。

所述DC/DC變換單元還包括：進(jìn)線熔斷器，所述進(jìn)線熔斷器在模塊的輸入端與所述輸入濾波電容之間，當(dāng)DC/DC單元主電路或控制電路失效，主電路元器件損壞、短路時(shí)，使其熔斷。

所述DC/DC變換單元還包括：隔直電容器，所述隔直電容器連接在所述全橋逆變電路與所述輸出變壓器之間，為變壓器激磁電流提供流通通路，防止變壓磁偏。

所述DC/DC變換單元還包括：過壓吸收電路，所述過壓吸收電路連接在所述單相橋式整流器與所述輸出濾波器之間，抑制所述二極管換流過程產(chǎn)生的過電壓尖峰，防止二極管過壓擊穿。

進(jìn)一步地，所述輸出回路包括：

濾波電容器，用于濾除輸出直流電壓的紋波；

放電單元，用于在系統(tǒng)正常停機(jī)或出現(xiàn)故障時(shí)，迅速釋放電容器存儲的電能，避免次生故障；

輸出電壓檢測器，用于檢測輸出電壓；和

輸出電流檢測器，用于檢測輸出電流。

進(jìn)一步地，所述控制回路包括：

IGBT驅(qū)動器，用于將輸入的PWM驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成IGBT的開關(guān)信號；

控制輸入輸出單元，用于與上位機(jī)進(jìn)行信息交互，比如控制指令的下傳與上傳；

多路開關(guān)電源，作為板載的供電電源設(shè)備，用以將24V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成PCB控制板各個(gè)元器件使用的電壓；

信號處理單元，將傳感器采集得到的狀態(tài)信號進(jìn)行分析處理，計(jì)算得到用于控制IGBT器件的IGBT開關(guān)信號。

該控制回路由所述電源系統(tǒng)的控制器控制。

所述狀態(tài)信號包括：所述輸出電流檢測器檢測的輸出電流信號、所述輸出電壓檢測器檢測的輸出電壓信號、過熱檢測信號以及IGBT驅(qū)動器故障信號。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型包括多個(gè)DC/DC變換單元，其采用多組電容器濾波，同時(shí)抑制了差摸共模信號的傳輸；輸出回路采用多組大容量的電容濾波器，使輸出直流電壓紋波小，負(fù)載擾動時(shí)輸出電壓波動?。煌ㄟ^控制回路與電源系統(tǒng)的控制器連接，能夠?qū)崟r(shí)反饋并接收指令；本實(shí)用新型能夠有效地減小電源系統(tǒng)輸出電壓紋波，提高響應(yīng)速度，增強(qiáng)可靠性，適合復(fù)雜電磁干擾的環(huán)境。

附圖說明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的DC/DC變換單元電路原理圖。

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的輸出回路電路原理圖。

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的控制回路結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖1所示，DC/DC變換設(shè)備包括柜體、20個(gè)DC/DC變換單元、1套輸出回路和1套控制回路。

20個(gè)DC/DC變換單元分為兩組，用于將恒定直流輸入電壓變換為可調(diào)的輸出電壓。每組10個(gè)單元，輸出與本組濾波電容濾波器相連。組內(nèi)DC/DC功率變換單元采用多重化移相技術(shù)，依次移相18°(半周期180°)，移相控制的DC/DC功率變換使高壓電源等效開關(guān)頻率增加，控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)加快，系統(tǒng)輸出紋波電流減少。輸出回路用于濾除輸出直流電壓的紋波，減小負(fù)載擾動的影響?？刂苹芈酚糜趯⑺鯠C/DC變換單元的狀態(tài)信號處理后發(fā)送給電源系統(tǒng)的控制器，并接收所述電源系統(tǒng)的控制器發(fā)來的驅(qū)動信號。所述DC/DC變換單元輸出端與所述輸出回路電連接，所述控制回路分別與所述DC/DC變換單元和所述輸出回路電連接。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的DC/DC變換單元電路原理如圖2所示，該DC/DC功率變換單元為DC/AC、AC/DC兩個(gè)功率變換，經(jīng)隔離變壓器耦合。該DC/DC功率變換采用移相全橋軟開關(guān)控制技術(shù)。

DC/DC功率變換單元主電路有進(jìn)線熔斷器RD，當(dāng)DC/DC單元主電路或控制電路失效，主電路元器件損壞、短路時(shí)，使其熔斷，使DC/DC功率變換單元與AC/DC變換隔離。電容器(薄膜電容)C1輸入母線電壓緩沖，減少進(jìn)線電壓波動。晶體管(T1～T4)組成全橋逆變電路，實(shí)現(xiàn)DC/AC變換。輸出變壓器TB傳輸功率并實(shí)現(xiàn)原副邊隔離。隔直電容器(薄膜電容)C3，為變壓器激磁電流提供流通通路，防止變壓磁偏。二極管(超快恢復(fù)) (D1～D4)為單相橋式整流器，實(shí)現(xiàn)AC/DC變換。電抗器L1、L2和輸出電容(薄膜電容)C2組成(L-C-L)濾波器，對輸出電流和輸出電壓進(jìn)行濾波，并對輸出電容(電解電容)濾波器進(jìn)行緩沖。R-C為過壓吸收電路，抑制二極管換流過程產(chǎn)生的過電壓尖峰，防止二極管過壓擊穿。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的輸出回路電路原理圖如圖3所示。

所述輸出回路包括：用于濾除輸出直流電壓的紋波的濾波電容器；用于在系統(tǒng)正常停機(jī)或出現(xiàn)故障時(shí)，迅速釋放電容器存儲的電能，避免次生故障的放電單元；用于檢測輸出電壓的輸出電壓檢測器；以及用于檢測輸出電流的輸出電流檢測器。

(1)濾波電容器

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的濾波電容器共有三組分別為1Co3、2Co3和Co，濾波電容器1Co3和2Co3分別與兩組DC/DC功率變換單元相連，第三組濾波電容器Co位于發(fā)射系統(tǒng)的輸入端，每組電容器的總?cè)萘亢艽?，大容量的電容濾波器，使輸出直流電壓紋波小，負(fù)載擾動時(shí)輸出電壓波動小。

(2)放電單元

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的放電單元由放電開關(guān)交流接觸器To和放電電阻器R構(gòu)成驅(qū)動控制器。交流接觸器To三組觸點(diǎn)并聯(lián)使用，放電電阻R為陶瓷金屬電阻。放電控制信號由高壓電源控制系統(tǒng)控制。放電單元釋放電容濾波器中存儲的電能。系統(tǒng)正常停機(jī)或發(fā)射系統(tǒng)工作過程出現(xiàn)故障時(shí)，在0.2s內(nèi)將電容器存儲的電能釋放，以免設(shè)備發(fā)生次生故障而損壞。

(3)輸出電壓、電流檢測器

高壓電源是一電壓閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，輸出電壓穩(wěn)定度要求比較高。在供電電網(wǎng)電壓波動和發(fā)射系統(tǒng)載波脈沖發(fā)射時(shí)，其輸出電壓要求穩(wěn)定不變(變化率小于±1.5％)。輸出電壓要進(jìn)行高速與高精度的采樣，選用高性能的專用采樣器件才能勝任。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的輸出電流檢測采用霍爾電流傳感器，信號用于控制系統(tǒng)的前饋控制，加快系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程，減小輸出電壓波動。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的輸出電壓檢測采用如下方法：差分電阻采樣后，經(jīng)過信號調(diào)理模塊，例如放大器等，輸入到高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最終得到精準(zhǔn)數(shù)字量。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的控制回路結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。所述控制回路包括：IGBT驅(qū)動器、控制輸入輸出單元、多路開關(guān)電源和信號處理單元。IGBT驅(qū)動器用于將輸入的PWM信號(0-5V)轉(zhuǎn)換成IGBT的開關(guān)信號，即-9V-15V的PWM信號?？刂戚斎胼敵鰡卧糜谂c上位機(jī)進(jìn)行信息交互，比如控制指令的下傳與上傳。多路開關(guān)電源作為板載的供電電源設(shè)備，用以將24V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成PCB控制板各個(gè)元器件使用的電壓，例如5V，3.3V，12V等。信號處理單元與輸出電流檢測器、輸出電壓檢測器以及溫度傳感器等電連接，將上述傳感器采集得到的狀態(tài)信號進(jìn)行分析處理，計(jì)算得到用于控制IGBT器件的IGBT開關(guān)信號。該控制回路由所述電源系統(tǒng)的控制器控制。

每個(gè)DC/DC變換單元都有相同的獨(dú)立控制回路，該驅(qū)動控制器將DC/DC變換單元的電流信號、過熱檢測信號、IGBT驅(qū)動器故障信號等信號處理后，通過控制輸入輸出端口發(fā)送給電源系統(tǒng)的控制器；系統(tǒng)控制器根據(jù)驅(qū)動控制器發(fā)送來的信號判斷該DC/DC變換單元的狀態(tài)，并發(fā)送驅(qū)動信號給驅(qū)動控制器。驅(qū)動控制器將接收到的驅(qū)動信號進(jìn)行處理后驅(qū)動IGBT驅(qū)動器，進(jìn)而驅(qū)動IGBT，致使變壓器副邊產(chǎn)生需要的交流電壓，并通過整流二極管整流以及電抗器、電容器的濾波后產(chǎn)生出需要的直流電壓，完成DC/DC變換。

在本實(shí)施例中，引入了FPGA、CPLD芯片和光纖通信口，極大的豐富了控制單元的硬件重構(gòu)性能，提升了核心控制板的功能性。光纖通信的引入，增強(qiáng)了控制板的EMI/EMC能力，適合復(fù)雜電磁干擾的環(huán)境。

上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例做了詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下做出的各種變化，均應(yīng)歸屬于本實(shí)用新型專利涵蓋范圍。