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高频电源

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技术咨询电话:13858918082

一、基本特点

1、体积小、重量轻:

体积与重量为可控硅整流器1/5-1/10,便于规划、扩建、移动和安装。

2、工作效率高:

开关电源由于采用了高频变压器,转换效率大大提高,正常情况下较可控硅设备提高效率10%以上,负载率达70%以下时较可控硅设备提高效率30%以上。

3、技术含量高:

核心部件采用国际专利技术产品,控制电路采用专有技术,稳压性能强,提高了工作效率。

4、可靠性强:

保证设备安全运行,减少故障发生,保护齐全,隔离及防腐措施合理

5、控制精度高:

由于系统反应速度快(微秒级),对于网电及负载变化具有极强的适应性,输出精度可优于1%。开关电源的工作效率高、所以控制精度高,有利于提高产品质量。

6、节电效果好:

较可控硅整流器可节电15%-30%,对企业降低成本定会发挥重要作用。

7、灵活性强:

输出电压、电流可调,限压、限流可调,大大提高客户使用灵活性。

8、保护功能齐全:

软启动保护,输入交流欠压、过压保护,输出过流、过热保护功能。

9、输出波形易于调制:

由于工作频率高,其输出波形调整相对处理成本较低,可以较方便的按照用户工艺要求改变输出波形。这样对于工作现场提高工效,改善加工产品质量有较强作用。

10、寿命长:

水冷系列采用密封及水冷结构,功率部件通过水冷却,延长了其使用寿命,可使用自然水或洁净自然水冷却;风冷系列采用独立隔离风道从而确保其具有较高的防腐等级。

二、设计方案

电源高频开关电源的基本构成如下图:

图1 高频开关电源构成示意图

1、输入滤波模块:该模块由共模和差模电感构成,其作用是谐波治理。

2、输入整流模块:该模块是开关电源不可缺少的基本电路。其主要功能是为逆变环节提供直流供电电源。

3、逆变模块:该模块是开关电源的核心组成部分,其基本构成是逆变控制模块及逆变动作两个模块,所完成的功能是实现20KHz左右的交流脉冲输出。

4、变压及隔离模块:本模块采用高频变压器实现电压变换,并实现输入输出电流隔离。

5、输出整流模块:本模块的基本功能是实现输出电流整流,向用电设备提供脉动直流或直流(通过滤波电路实现)电压。

6、控制模块:控制模块包括PWM控制电路、驱动电路、计算机控制电路等,其作用是控制电源运行过程,提供用电设备所需要的电流形式。

7、调节及显示模块:该模块提供操作人员观察及调节手段,包括调节电位器,控制按钮,数字式显示仪表等。

开关电源各主要模块对应的工作波形如下图:

图2 开关电源各主要模块波形图

8、采供高精度的控制设计方案

⑴、高精度的双闭环控制电路

电流、电压双闭环控制电路是我公司在多年电源生产实践中逐步完善的控制电路。其电路原理属于通用技术,但具体参数配置合理与否决定了闭环调节速度。闭环调节速度的快慢决定了电源的跟随特性。特别是高精度电源对此要求极高。我公司闭环调节速度为微秒级。

⑵、独创的共模差模滤波电路

开关电源与其他变流设备一样,必然存在EMI。通过理论计算及实际电路实验,我公司摸索出了一套在不大量增加成本的基础上最大程度减轻EMI的有效途径。根据不同规格的电源,提供最合理的共模和差模结合治理的EMC方案。这样,对于多台开关电源同时使用提供了较好的安全保障。

⑶、快速保护电路

IGBT是一种结合了MOS管和晶体管优点的高效开关器件。但他同时存在过流能力较弱的缺点。要保证IGBT安全运行,在系统发生异常现象时,在几个脉冲周期内有效关断脉冲信号,是开关电源的必要保护手段。我公司产品提供了这种微秒级保护电路,电源安全运行有保证。

⑷、高精度的并联控制电路

大功率开关电源的实现,离不开电源模块并联技术。并联技术的关键是均流技术。其目的是保证电源模块间电流应力和热应力均匀分配,防止一台或多台模块运行在电流极限值(限流)状态。因为并联运行的各个模块特性并不一致,外特性好(电压调整率小)的模块,可能承担更多的电流,甚至过载,从而使某些外特性较差的模块运行于轻载,甚至基本上是空载运行。其结果必然是分担电流多的模块,热应力大,降低了可靠性。

我公司采取的是主从均流法,这一方法适用于电流型控制的并联开关电源系统中。

所谓电流型控制是指开关电源模块中有电压控制和电流控制,形成双闭环系统。电流环是内环,电压环是外环。控制原理示意图如下图所示:

图3 并联控制原理图

Vr为主模块的基准电压,Vf为输出电压反馈信号。经过电压误差放大器,得到误差电压Ve,控制脉宽调制器和驱动器(图中未画出驱动器)工作。于是主模块电流将按电流基准Ve调制,即模块电流近似与Ve成正比。

各个从模块的电压误差放大器接成跟随器的形成,主模块的电压误差Ve输入各跟随器,于是跟随器输出均为Ve,它既是从模块的电流基准,因此各个从模块的电流都按同一Ve值调制,与主模块电流基本一致,从而实现了均流。

我公司并联控制电路控制效果远远超过开关电源并联系统的基本要求,各路误差远低于1%,10000A输出的开关电源内部各路误差仅为数十安。

我公司开关电源的独特优势:

1、控制有效,高度一致,适应性好。

2、装配规范,结构紧凑,可靠性高。

3、跟随迅速,波形稳定,使用效果佳。

4、器件优良,余量合理,使用寿命长。

三、器件选用国际和国内知名品牌,质量有保证

1、IGBT:IGBT模块是开关电源逆变环节的核心部件。IGBT选用合理与否对开关电源运行的可靠性具有决定性作用。我公司选用英飞凌IGBT模块,该模块热性能好,工艺成熟,是开关电源的首选模块。

2、三项整流桥:其内部结构为全桥式整流电路,决定三相整流桥质量的主要因素是管芯及封装工艺。本公司三相整流桥选用日本芯片三相整流桥。

3、主变压器:选用高频钠米晶变压器,由于该变压器采用了全新的结构形式,其生产制作的一致性高,特别适用于大功率电源的生产制造。

4、输出整流管:输出整流管选型的关键是正向导通压降的大小及各管的一致性。我公司选用德国IXYS的肖特基整流管,耐压高,输出稳定性好。

5、倒极装置:我公司采用国内一线品牌,稳定性及控制精度高的双电源转换开关进行实现电源输出的极性转换,其不受负载的损耗而受到相应的损坏,提高了电源使用的稳定性。

四、结构及工艺特点

1、完善的风道隔离技术

在污染情况严重的运行环境下,我公司电源采用特殊的风道隔离技术,将电源的散热部分与功率器件及控制部分实行风道隔离,这是电源长期可靠运行的必要手段。我公司产品实行了彻底的风道隔离技术。其实,这一技术的关键是,在实行风道隔离的前提下,为电源系统提供良好的散热环境,这就需要选用合适的风机、合适的散热器、布置合理的风道。我公司选用国产优质250风机,定制符合风道设计的散热器,散热系统高效可靠。

2、先进的高频噪声处理电路

由于开关电源采用了高速的大功率开关器件,在这些开关器件开通和关断的瞬间(5微秒以内),其输出波形存在尖锐而短暂的高频噪声(2微秒以内)。这种高频噪声对接用设备的使用效果有的情况下会产生不利作用。消除高频噪声也是开关电源性能好坏的一个重要指标。我公司采用了参数合理的处理电路,较好的解决了这一问题。

3、抽屉式设计

在电源设计方面,我公司充分考虑电源在整个系统使用中的重要作用,电源发生故障,整个系统将处于瘫痪状态中,我公司在电源设计方面采用了抽屉式的设计,这样设计首先加大了电源内部的余量,使得电源在使用过程中不超载运行,保证了其在性能上稳定运行;其次万一电源在使用过程中出现了单机故障,其他单机能够正常运行,不影响整个系统的工作;再次,如果一旦电源出现故障,现场工作人员使用简单的工具将可以将故障单元轻松拆解出来,通过现代通讯技术实现远程指导,比较容易修复电源,减少电源故障产生的损失。

4、电源谐波治理

我公司对于电源输出可能对电网产生一定的污染,特别设计加入了谐波治理单元电路,使得降低或者完全解除电源工作时产生的谐波对电网的污染,保护了其他用电设备。

5、电源控制方式灵活

我公司采用电源输出本机控制、模拟量PLC控制接口和RS485数字控制接口以及人机界面控制,按照不同客户使用习惯和要求单独进行设计,设计方法灵活,可以最大程度的满足客户的使用要求。

6、工艺要求:

1)金属机箱全部采用1.5mm电解板制作另加表面喷塑处理;连接件用不锈钢。

2)整流器内所有大电流连接部位均涂敷导电膏,控制线接点采用旋压接线帽并硅胶密封端口;初级接线长期使用保证绝缘良好;

3)整流器的冷却系统均采用散热器冷却方式,并且在散热器上涂环氧漆来增强耐蚀;

4)铜排与铝散热器采用先涂抹导电膏再连接,避免铜铝对接;所有线口用连接端子接好后用密封胶密封。

7、结构

机箱采用双层防护罩结构,内部防护层为独立封闭式的,电源所有器件放置于内部防护罩的内部,

外层为活动密封门板,可将内层防护防护罩及其内部所有器件罩在内部。

五、设备主要性能参数说明:

1、输入电源电压:

电源:3相AC380V±15%,50Hz-60Hz既设备额定输入电压三相AC:320~430V;过电压保护:AC 440V,欠电压保护:AC 310V,缺相保护:UH。

2、电源控制调节方式要求:

远程操作箱电位器控制输出电压、电流。可以实现恒电压/限电流与恒电流/限电压控制方式的转换.    当电网电压波动±10%,负载不变时,输出偏差≤±0.5%。当设备处于稳压工作状态时输出短路,短路电流被自动限定在额定值范围内;当设备处于稳流工作时,输出短路,短路电流值变化<±0.5%范围内并且可调。

3、输出恒电压调整控制:

1)连续从DCU= 0V起到DCU=额定值止,

2)稳定误差≤0.5%,

3)调整和显示精度±1字。

4、输出恒电流调整控制:

1)连续从DCI=0A起到DCI=额定值止,

2)稳定误差≤1%,

3)调整和显示精度±1字。

5、显示仪表 电源的输出:

1)输出电压隔离变送输出:0-V/4-20ma

2)输出电流隔离变送输出:0-A/4-20ma标准信号输出以供监控。

6、冷却水的要求(25℃时):

水质量要求:当需要采用自然水作为冷却水时.其水质要求为:电导率≤0.04S/m,酸度(PH值)在7-8之间,溶解性总固体含量≤1000mg/L,总硬度(以碳酸钙计)≤450mg/L. 无沙石杂物。

7、对冷却水的供水要求:

1)流 量:≤ 10升/分钟

2)进口水压:工作水压应在≥0.2Mpa.

3)进水温度: 5~30℃ 用水冷却的设计冷却水温度≤ 30℃

4)出水管内径大于3英寸

8、工艺要求:

5)金属机箱全部采用1.5mm电解板制作另加表面喷塑处理;连接件用不锈钢。

6)整流器内所有大电流连接部位均涂敷导电膏,控制线接点采用旋压接线帽并硅胶密封端口;初级接线长期使用保证绝缘良好;

7)整流器的冷却系统均采用水冷方式,并且在散热器上涂环氧漆来增强耐蚀;

8)铜排与铝散热器采用先镀锡再连接,避免铜铝对接;所有线口用连接端子接好后用密封胶密封。

9、结构

机箱采用双层防护罩结构,内部防护层为独立封闭式的,电源所有器件放置于内部防护罩的内部,

外层为活动密封门板,可将内层防护防护罩及其内部所有器件罩在内部。


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