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一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置

阅读：779发布：2024-02-15

专利汇可以提供一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，包括单相PFC功率单元、双管正激DC‑DC功率变换单元、高频变压器、倍压整流功率单元、基于ARM的监控单元，能够产生可整定、限电压、限电流的10kV直流高压输出以净化空气，同时满负荷工作时三相输入电源的功率因数可达0.99以上，有效地降低了网侧输入无功损耗及谐波干扰；当高压负载侧发生短路时，该高压电源装置能够在微秒级时间内自动切断保护，并在短路故障消失后自动重启。此外，该高压电源装置亦能够对各功率单元的运行状态进行实时监测，并通过CAN网络向上级监控系统传输运行参数、故障信息等，同时接收上级监控系统发送的开关命令。，下面是一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，其特征在于：
包括单相PFC功率单元、双管正激DC-DC功率变换单元、高频变压器、倍压整流功率单元、基于ARM的监控单元；
所述单相PFC功率单元，用于将220V单相输入电源变换成稳定的直流400V电源输出，供后级双管正激DC-DC功率变换单元使用，同时使220V网侧电源的输入功率因数达0.99以上；
所述双管正激DC-DC功率变换单元，用于将前级单相PFC功率单元输出直流400V电源变换成高频功率脉冲波，供高频变压器升压使用；
所述高频变压器，用于将双管正激DC-DC功率变换单元输出的高频功率脉冲波升压至
1.7kV左右的高频脉冲波，供后级倍压整流功率单元倍压使用；
所述倍压整流功率单元，用于将高频变压器输出的1.7kV左右的高频脉冲波倍压整流成10kV直流电压，供高压空气净化使用；
所述基于ARM的监控单元，用于对各功率组成单元的运行状态进行实时监测，并通过CAN网络向上级监控系统传输运行参数、故障信息，同时接收上级监控系统向该高压电源装置发送的开关命令；
所述单相PFC功率单元由一个Boost高频电感、六个功率二极管、一个碳化硅高频功率管及控制电路组成；控制电路采用ICE3PCS系列专用集成控制芯片进行PWM脉宽信号的产生和调理，其无需直接来自交流电源的正弦波参考信号，采用电流平均值控制方法，使得功率因数可以达到0.99。
2.如权利要求1所述一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，其特征在于：
所述双管正激DC-DC功率变换单元由两个碳化硅高频功率管、两个碳化硅快恢复二极管、RCD缓冲电路及控制电路构成；控制电路设计成基于电流型PWM控制芯片UC1845的恒流恒压双闭环控制模式；电路采集电流反馈信号和电压反馈信号进行PI调节，两个控制环的输出控制信号同时输入到UC1845的COMP脚，实现两路控制信号的低有效；采样元件将流经高频功率管的瞬时电流信号输入到UC1845的ISENSE脚，同时电路设计成软启动功能。
3.如权利要求1所述一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，其特征在于：所述高频变压器采用符合船用条件的非晶及纳米晶软磁合金材料，并采用多股并绕工艺，实现将双管正激DC-DC功率变换单元输出的高频脉冲波升压至1.7kV左右高频脉冲波的目的。
4.如权利要求1所述一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，其特征在于：所述倍压整流功率单元由12个高压二极管、9个高压电容组成，高压二极管选用低导通压降型号，高压电容选用低漏电流规格。
5.如权利要求1所述一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，其特征在于：所述基于ARM的监控单元由ARM、信号调理电路、状态隔离电路、CAN通讯电路组成，实现电源装置运行状态的实时监测及与上级监控系统的通讯。

说明书全文

一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置

技术领域

[0001] 本发明涉及船用单相220V输入高压静电净化电源技术领域，具体是一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置。

背景技术

[0002] 船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，是一种新颖的智能化高压电源装置，具有高输入功率因数、高功率密度、无低频噪声、电磁干扰小、可靠性高、便于计算机远程控制等优越性能。

[0003] 船舶单相220V输入高压静电净化领域目前仍主要采用变压器低频升压整流、高频不控整流等传统电源技术，虽然技术成熟，但体积重量较大，功率密度低，低频噪声较大，网侧功率因数较低，对电网污染严重，且不适应船舶电气智能化发展的需求。因此，研制高性能、智能化、“绿色”船用单相220V输入高功率因数高压电源装置势在必行。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，用于替代变压器低频升压整流、高频不控整流等传统高压电源装置，以实现船舶单相220V输入高压静电净化领域高功率因数、高性能、智能化的发展需求。

[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，包括单相PFC功率单元、双管正激DC-DC功率变换单元、高频变压器、倍压整流功率单元、基于ARM的监控单元；

[0006] 所述单相PFC功率单元，用于将220V单相输入电源变换成稳定的直流400V电源输出，供后级双管正激DC-DC功率变换单元使用，同时使220V网侧电源的输入功率因数达0.99以上，有效降低网侧输入无功损耗及谐波干扰；

[0007] 所述双管正激DC-DC功率变换单元，用于将前级单相PFC功率单元输出直流400V电源变换成高频功率脉冲波，供高频变压器升压使用；采用碳化硅功率元件的该功率变换单元，是目前船用领域中小功率等级DC-DC隔离变换综合性能最优、最新颖的电路结构之一。

[0008] 所述高频变压器，用于将双管正激DC-DC功率变换单元输出的高频功率脉冲波升压至1.7kV左右的高频脉冲波，供后级倍压整流功率单元倍压使用；

[0009] 所述倍压整流功率单元，用于将高频变压器输出的1.7kV左右的高频脉冲波倍压整流成10kV直流电压，供高压空气净化使用。

[0010] 所述基于ARM的监控单元，用于对各功率组成单元的运行状态进行实时监测，并通过CAN网络向上级监控系统传输运行参数、故障信息，同时接收上级监控系统向该高压电源装置发送的开关命令。

[0011] 其中，所述单相PFC功率单元由一个Boost高频电感、六个功率二极管、一个碳化硅高频功率管及控制电路组成；控制电路采用ICE3PCS系列专用集成控制芯片进行PWM脉宽信号的产生和调理，其无需直接来自交流电源的正弦波参考信号，采用电流平均值控制方法，使得功率因数可以达到0.99。

[0012] 其中，所述双管正激DC-DC功率变换单元由两个碳化硅高频功率管、两个碳化硅快恢复二极管、RCD缓冲电路及控制电路构成；控制电路设计成基于电流型PWM控制芯片UC1845的恒流恒压双闭环控制模式；电路采集电流反馈信号和电压反馈信号进行PI调节，两个控制环的输出控制信号同时输入到UC1845的COMP脚，实现两路控制信号的低有效；采样元件将流经高频功率管的瞬时电流信号输入到UC1845的ISENSE脚，同时电路设计成软启动功能。

[0013] 其中，所述高频变压器采用符合船用条件的非晶及纳米晶软磁合金材料，并采用多股并绕工艺，实现将双管正激DC-DC功率变换单元输出的高频脉冲波升压至1.7kV左右高频脉冲波的目的。

[0014] 其中，所述倍压整流功率单元由12个高压二极管、9个高压电容组成，高压二极管选用低导通压降型号，高压电容选用低漏电流规格。

[0015] 其中，所述基于ARM的监控单元由ARM、信号调理电路、状态隔离电路、CAN通讯电路组成，实现电源装置运行状态的实时监测及与上级监控系统的通讯。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0017] 本发明能够产生可整定、限电压、限电流的10kV直流高压输出以净化空气，同时满负荷工作时三相输入电源的功率因数可达0.99以上，有效地降低了网侧输入无功损耗及谐波干扰；此外，该高压电源装置亦能够对各功率单元的运行状态进行实时监测，并通过CAN网络向上级监控系统传输运行参数、故障信息等，同时接收上级监控系统发送的开关命令。相较于传统的变压器低频升压整流、高频不控整流等船用高压电源装置，具有明显优势，因此在船舶领域具有广阔的应用前景。
附图说明

[0018] 图1为本发明所介绍单相PFC功率单元；

[0019] 图2为本发明所介绍双管正激DC-DC功率变换单元主电路；

[0020] 图3为本发明所介绍双管正激DC-DC功率变换单元电流控制环；

[0021] 图4为本发明所介绍双管正激DC-DC功率变换单元电压控制环；

[0022] 图5为本发明所介绍双管正激DC-DC功率变换单元UC1845控制电路；

[0023] 图6为本发明所介绍倍压整流功率单元。

[0024] 图7为本发明实施例一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置的系统框图。

具体实施方式

[0025] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0026] 如图7所示，本发明实施例提供了一种船用单相220V输入高功率因数高压电源装置，包括单相PFC功率单元、双管正激DC-DC功率变换单元、高频变压器、倍压整流功率单元、基于ARM的监控单元。

[0027] 本发明所述单相PFC功率单元如图1所示，整流电路为单相桥式不可控整流，主电路采用DC-DC Boost变换电路，基于ICE3PCS系列专用集成控制芯片的控制电路，内部包含有一个电压环电路、一个电流环电路及PWM控制器，采用电压、电流双闭环控制方式，电流反馈网络的取样信号是升压变换器的电感电流，电压反馈网络的取样信号是变换电路的输出电压。电压环电路正常工作时，输出电压基本保持恒定，该CCM升压型PFC控制电路的高频功率管关断占空比Doff正比于Vin，电流环电路调整电感电流的平均值，使它正比于关断占空比Doff，从而电使感电流的平均值正比于输入电压Vin，实现了功率因数校正的功能。

[0028] 图2为本发明所述双管正激DC-DC功率变换单元主电路，主要由两个碳化硅高频功率管、两个碳化硅快恢复二极管、高频功率管RCD缓冲电路构成。控制电路电流控制环和电压控制环，分别如图3和图4所示，采集电流反馈信号和电压反馈信号进行PI调节，两个控制环的输出控制信号VB同时输入到控制芯片UC1845的COMP脚，实现两路控制信号的低有效；使用高精度采样元件采样主电路流经碳化硅高频功率管的电流，将瞬时采样信号输入到UC1845的ISENSE脚，同时电路设计成软启动功能，UC1845控制电路如图5所示。采用碳化硅功率元件的双管正激DC-DC功率变换单元，是目前船用领域中小功率等级DC-DC隔离变换综合性能最优、最新颖的电路结构之一。

[0029] 本发明所述倍压整流功率单元如图6所示，主要由12个高压二极管和9个高压电容组成，形成高频变压器副边六倍压的整流能力。需要注意的是，为了保证稳定的、高质量10kV直流输出，高压二极管应选用低导通压降型号，高压电容应选用低漏电流规格。

[0030] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

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