專利名稱：等離子體點火用大容量開關電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及等離子體裝置，特別涉及等離子體點火用大容量開關電源。
背景技術：
目前，火力發(fā)電廠煤粉鍋爐的點火及穩(wěn)燃、助燃通常采用燃燒燃油的方式來實現。但是，這種燃油點火方式點火時間長、耗油量大。隨著世界能源日益緊張，無油點火已成為鍋爐點火的研究熱點。在眾多的無油點火方案中，等離子體點火技術受到了業(yè)界的廣泛重視。與傳統的油槍點火相比，等離子體點火具有經濟、環(huán)保、高效、自動化程度高等諸多優(yōu)點。與等離子體發(fā)生器相配套的電源系統對成功點火和穩(wěn)然至關重要。 當前應用最為廣泛的等離子體發(fā)生器專用電源系統一般是采用晶閘管器件的三相橋式整流電路結構，該結構需要較大容量的變壓器和輸出平波電抗器。由于屬于相控變流方式，其存在功率因數低和效率低，電流波形畸變嚴重，響應速度慢的缺點。其次是采用高頻開關電源模塊的電源系統，高頻開關電源技術省去了大容量的隔離整流變壓器，取而代之的是體積小、重量輕的高頻變壓器，節(jié)約了大量金屬材料，并且該電源具有效率高，動態(tài)性能良好，電網無功占用少等特點，有利于節(jié)能。但目前其電源主電路通常采用全橋結構，全橋結構存在橋臂上下管直通的可能，可靠性差，而且控制上為單環(huán)控制，響應速度相對較慢。

實用新型內容本實用新型提供等離子體點火用大容量開關電源，解決現有大功率直流電源系統功率因數低、效率低、響應速度慢、運行不穩(wěn)定的缺點。本實用新型提出的等離子體點火用大容量開關電源，包括控制電路和主電路，其中，主電路包括三相半控橋、無源功率因數校正(PFC)電感、無源PFC電容、雙管正激電路、第一高頻變壓器、第二高頻變壓器、第一高頻二極管、第二高頻二極管、第三高頻二極管、第四高頻二極管、以及直流濾波電感三相交流電接三相半控橋；三相半控橋的輸出接無源PFC電感；無源PFC電感輸出接無源PFC電容；無源PFC電容輸出接兩路并聯的雙管正激電路；雙管正激電路輸出接第一高頻變壓器、第二高頻變壓器的原邊繞組，第一高頻變壓器、第二高頻變壓器的付邊繞組的輸出依次接第一高頻二極管、第二高頻二極管、第三高頻二極管、第四高頻二極管；第一高頻二極管、第二高頻二極管、第三高頻二極管、第四高頻二極管為依次串聯的關系，其輸出接直流濾波電感；直流濾波電感的輸出即開關電源的直流輸出。[0016]進一步，所述等離子體點火用大容量開關電源，其中兩路并聯的雙管正激電路完全相同，第一高頻變壓器、第二高頻變壓器的分別有兩組付邊繞組，四路串聯的第一高頻二極管、第二高頻二極管、第三高頻二極管、第四高頻二極管完全相同。進一步，所述等離子體點火用大容量開關電源，其中開關電源采樣輸出直流平均值電流作為外環(huán)電路的控制電流，采樣原邊峰值電流作為內環(huán)電路的控制電流，通過比例積分微分(PID)控制模塊輸出恒定的直流電流。進一步，所述等離子體點火用大容量開關電源，其中輸出直流平均值電流采用電流霍爾元件采樣，原邊峰值電流采用電流互感器采樣，兩組主電路的控制相角相差180度。進一步，所述等離子體點火用大容量開關電源，其中 外環(huán)電路和內環(huán)電路采用脈寬調制(PWM)方式。進一步，所述等離子體點火用大容量開關電源，其中外環(huán)電路和內環(huán)電路采用專用PWM芯片UC2825A。進一步，所述等離子體點火用大容量開關電源，其中開關電源采用高頻開關技術，開關頻率15k，第一高頻變壓器和第二高頻變壓器采用鐵氧體材料，直流濾波電感采用高磁通粉芯。進一步，所述等離子體點火用大容量開關電源，其中雙管正激電路中單個橋臂采用半橋結構的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)模塊構成，其中一個IGBT接-9V電源作為復位二極管，另一個IGBT的驅動采用專用驅動器2SC0108T。進一步，所述等離子體點火用大容量開關電源，其中開關電源采用熱插拔結構，多個開關電源并聯輸出，通過外部自動均流電路進行電流均衡。進一步，所述等離子體點火用大容量開關電源，其中外部自動均流電路采用線性光耦與開關電源隔離。本實用新型具有至少如下之一的有益效果本實用新型采用無源PFC (Power Factor Correction,功率因數校正)技術及雙管正激主電路，原邊并聯、付邊串聯，電流諧波含量低，功率因數高，效率高，響應速度快，運行穩(wěn)定，有利于節(jié)能。本實用新型采用高頻開關電源技術，熱插拔結構，多模塊并聯輸出，自動電流均衡，擴展容易，可維護性好。本實用新型采用平均值電流外環(huán)、峰值電流內環(huán)雙環(huán)PWM (脈寬調制)控制技術，PID (Proportion Integration Differentiation,比例積分微分)閉環(huán)控制，響應速度快、動態(tài)性能良好，有利于等離子體發(fā)生器起弧及穩(wěn)弧。

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本實用新型的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中[0039]圖I為本實用新型等離子體點火用大容量開關電源主電路原理示意圖；圖2 Ca)為本實用新型中開關電源并聯實現電流自動均衡的一種實施方式；圖2 (b)為本實用新型中開關電源并聯實現電流自動均衡的另一種實施方式；圖3為本實用新型中控制電路進行雙環(huán)控制的方框圖。
具體實施方式
現在將參照附圖來詳細描述本實用新型的各種示例性實施例。應注意到除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置和數值不限制本實用新型的范圍。同時，應當明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個部分的尺寸并不是按照實際的比例關系繪制的。 以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本實用新型及其應用或使用的任何限制。對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為授權說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它示例可以具有不同的值。應注意到相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。開關電源包括控制電路和主電路。圖I為本實用新型等離子體點火用大容量開關電源主電路原理示意圖。該開關電源的主電路包括三相半控橋I、無源PFC電感2、無源PFC電容3、雙管正激電路4、第一高頻變壓器6、第二高頻變壓器7、第一高頻二極管8、第二高頻二極管9、第三高頻二極管10、第四高頻二極管11、以及直流濾波電感12。三相交流電接三相半控橋I。三相半控橋I的輸出接無源PFC電感2。無源PFC電感2輸出接無源PFC電容3。無源PFC電感2和無源PFC電容3組成無源PFC電路用以降低電流的諧波含量，提高功率因數。無源PFC電容3輸出接兩路并聯的雙管正激電路4。雙管正激電路4輸出接第一高頻變壓器6、第二高頻變壓器7的原邊繞組，第一高頻變壓器6、第二高頻變壓器7的付邊繞組的輸出依次接第一高頻二極管8、第二高頻二極管9、第三高頻二極管10、第四高頻二極管11。第一高頻二極管8、第二高頻二極管9、第三高頻二極管10、第四高頻二極管11為依次串聯的關系，其輸出接直流濾波電感12。直流濾波電感12的輸出即開關電源的直流輸出。本實用新型采用無源PFC技術及雙管正激主電路，原邊并聯、付邊串聯，電流諧波含量低，功率因數高，效率高，響應速度快，運行穩(wěn)定，有利于節(jié)能。在一實施例中，兩路并聯的雙管正激電路4完全相同，第一高頻變壓器6、第二高頻變壓器7分別有兩組付邊繞組。四路串聯的第一高頻二極管8、第二高頻二極管9、第三高頻二極管10、第四高頻二極管11完全相同，該四路付邊繞組串聯使用可以降低整流二極管的電壓應力，使得采用較低電壓、快反向恢復二極管成為可能。在一實施例中，開關電源采用高頻開關技術，開關頻率15k。第一高頻變壓器6和第二高頻變壓器7采用鐵氧體材料，直流濾波電感12采用高磁通粉芯。高頻化及鐵氧體材料的使用可減小開關電源的體積，提聞效率。在一實施例中，雙管正激電路4中單個橋臂5采用半橋結構的絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)模塊構成，其中一個 IGBT 接-9V 電源作為復位二極管，另一個IGBT的驅動采用專用驅動器2SC0108T。半橋IGBT的使用可降低成本，同時便于結構安裝，而專用驅動器2SC0108T可提高可靠性。所述開關電源具備輸入過壓\欠壓、輸出過流、IGBT短路、原邊過流、過溫等保護功能，提高了模塊的可靠性。請參閱圖2，該圖為本實用新型中開關電源并聯實現電流自動均衡的原理圖，由圖 中可見，開關電源采用熱插拔結構，多個開關電源可并聯輸出，通過外部自動均流電路自動進行電流均衡。圖2 Ca)為本實用新型中開關電源并聯實現電流自動均衡的一種實施方式。根據開關電源的數量及所需電流大小，通過外部設置固定模塊輸出直流電流參考來均衡電流，這種方式若其中某個開關電源故障，必須重新設定模塊電流參考。圖2 (b)為本實用新型中開關電源并聯實現電流自動均衡的另一種實施方式。系統具有總電流外部閉環(huán)，設定系統所需總電流值參考，采樣電流和參考值比較后通過PID控制自動生成各開關電源電流值參考，此方式當其中某個開關電源故障，參考值自動變化，不需要重新設定。所述的外部自動均流電路采用線性光耦與開關電源隔離，抗干擾能力強，可靠性聞。請參閱圖3，該圖為本實用新型中控制電路進行雙環(huán)控制的方框圖。由圖中可見，所述開關電源采樣輸出直流平均值電流作為外環(huán)電路的控制電流，采樣原邊峰值電流作為內環(huán)電路的控制電流，通過PID控制模塊輸出恒定的直流電流。 其中，輸出直流平均值電流采用電流霍爾元件采樣，原邊峰值電流采用電流互感器采樣。兩組主電路的控制相角相差180度。外環(huán)電路和內環(huán)電路采用PWM方式。外環(huán)電路和內環(huán)電路采用專用PWM芯片UC2825A，PID控制技術?？紤]到目前應用的等離子體發(fā)生器用大功率直流電源系統存在的系統響應速度慢，功率因數低、可靠性低的缺點。本實用新型采用無源PFC技術及雙管正激組合主電路，電流諧波含量低，功率因數高，可靠性高，效率高，有利于節(jié)能。本實用新型采用平均值電流外環(huán)、峰值電流內環(huán)雙環(huán)PWM (脈寬調制)控制技術，PID閉環(huán)控制，響應速度快、動態(tài)性能良好，有利于等離子體發(fā)生器起弧及穩(wěn)弧。本實用新型采用高頻開關電源技術，熱插拔結構，多模塊并聯輸出，自動電流均衡，擴展容易，可維護性好。顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變 型在內。
權利要求1.等離子體點火用大容量開關電源，包括控制電路和主電路，其特征在于，主電路包括三相半控橋(I)、無源功率因數校正(PFC)電感(2)、無源PFC電容(3)、雙管正激電路(4)、第一高頻變壓器(6)、第二高頻變壓器(7)、第一高頻二極管(8)、第二高頻二極管(9)、第三高頻二極管(10)、第四高頻二極管(11)、以及直流濾波電感(12): 三相交流電接三相半控橋(I); 三相半控橋(I)的輸出接無源PFC電感(2)； 無源PFC電感(2)輸出接無源PFC電容(3)； 無源PFC電容(3)輸出接兩路并聯的雙管正激電路(4)； 雙管正激電路(4)輸出接第一高頻變壓器(6)、第二高頻變壓器(7)的原邊繞組，第一高頻變壓器(6)、第二高頻變壓器(7)的付邊繞組的輸出依次接第一高頻二極管(8)、第二高頻二極管(9)、第三高頻二極管(10)、第四高頻二極管(11)； 第一高頻二極管(8)、第二高頻二極管(9)、第三高頻二極管(10)、第四高頻二極管(11)為依次串聯的關系，其輸出接直流濾波電感(12 ); 直流濾波電感(12)的輸出即開關電源的直流輸出。
2.如權利要求I所述等離子體點火用大容量開關電源，其特征在于 兩路并聯的雙管正激電路(4)完全相同，第一高頻變壓器(6)、第二高頻變壓器(7)的分別有兩組付邊繞組，四路串聯的第一高頻二極管(8)、第二高頻二極管(9)、第三高頻二極管(10 )、第四高頻二極管(11)完全相同。
3.如權利要求I或2所述等離子體點火用大容量開關電源，其特征在于 開關電源采樣輸出直流平均值電流作為外環(huán)電路的控制電流，采樣原邊峰值電流作為內環(huán)電路的控制電流，通過比例積分微分(PID)控制模塊輸出恒定的直流電流。
4.如權利要求3所述等離子體點火用大容量開關電源，其特征在于 輸出直流平均值電流采用電流霍爾元件采樣，原邊峰值電流采用電流互感器采樣，兩組主電路的控制相角相差180度。
5.如權利要求3所述等離子體點火用大容量開關電源，其特征在于 外環(huán)電路和內環(huán)電路采用脈寬調制(PWM)方式。
6.如權利要求5所述等離子體點火用大容量開關電源，其特征在于 外環(huán)電路和內環(huán)電路采用專用PWM芯片UC2825A。
7.如權利要求I或2所述等離子體點火用大容量開關電源，其特征在于 開關電源采用高頻開關技術，開關頻率15k，第一高頻變壓器(6)和第二高頻變壓器(7)采用鐵氧體材料，直流濾波電感(12)采用高磁通粉芯。
8.如權利要求I或2所述等離子體點火用大容量開關電源，其特征在于 雙管正激電路(4)中單個橋臂(5)采用半橋結構的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)模塊構成，其中一個IGBT接-9V電源作為復位二極管，另一個IGBT的驅動采用專用驅動器2SC0108T。
9.如權利要求I或2所述等離子體點火用大容量開關電源，其特征在于 開關電源采用熱插拔結構，多個開關電源并聯輸出，通過外部自動均流電路進行電流均衡。
10.如權利要求9所述等離子體點火用大容量開關電源，其特征在于外部自動均流電路采用線性光耦與開關電源隔 離。
專利摘要本實用新型公開了等離子體點火用大容量開關電源。包括控制電路和主電路，該主電路包括三相交流電接三相半控橋；三相半控橋的輸出接無源PFC電感；無源PFC電感輸出接無源PFC電容；無源PFC電容輸出接兩路并聯的雙管正激電路；雙管正激電路輸出接第一高頻變壓器、第二高頻變壓器的原邊繞組，第一高頻變壓器、第二高頻變壓器的付邊繞組的輸出接第一高頻二極管、第二高頻二極管、第三高頻二極管、第四高頻二極管；第一高頻二極管、第二高頻二極管、第三高頻二極管、第四高頻二極管依次串聯，其輸出接直流濾波電感；直流濾波電感的輸出即開關電源的直流輸出。本實用新型效率高、可靠性高、動態(tài)響應快。
文檔編號H02M7/217GK202798508SQ201220489898
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權日2012年9月24日
發(fā)明者韋光輝, 楊金華, 呼志杰, 趙國柱, 梁強, 張興 申請人:煙臺龍源電力技術股份有限公司