CN106487239A - 一种高压变频器的辅助电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压变频器的辅助电源电路包括两个交流输入电源、两个整流电路、滤波储能元件、两个电源转换电路，其中：每个交流输入电源与整流电路连接，交流输入电源输出交流电，经整流电路整流为直流电并输出；两个整流电路的输出端并联连接，且该输出端与所述滤波储能元件连接形成第一回路，由所述滤波储能元件对输出端输出的直流电进行储能和滤波；所述滤波储能元件分别与所述两个电源转换电路连接形成回路，所述电源转换电路用于分别将滤波储能元件两端的直流电转换为交流电压；两个电源转换电路的输出端分别与负载连接，同时对负载供电。本发明在降低了供电成本的基础上，可以保证在电源切换时没有掉电的情况发生，实现无缝切换。

Description

一种高压变频器的辅助电源电路

技术领域

本发明涉及电源设计技术领域，尤其涉及一种高压变频器的辅助电源电路。

背景技术

高压变频器的辅助电源电路，主要是为了向高压变频器的主控系统供电。为了保证现有高压变频器系统中主控系统供电的可靠性，需要两路电源对辅助电源电路进行供电，所以就存在着380V市电和6kV/10kV高压通过辅助绕组提供380V电源互相切换，通过辅助电源电路对主控系统进行联合供电的问题。目前主要有以下方案：

采用一次电源，一次电源是指将380V变换成标称值为48V的直流电，一次电源的进线采用高低压冷备方式，该方案需要高低压切换接触器、检测电路、电容电池等相关信号和器件，380V市电和6kV/10kV高压通过辅助绕组提供的380V电源通过高低压切换接触器连接到一次电源，利用检测电路对这两路电源进行检测，检测到某一路电源出现故障时通知主控系统，由主控系统发控制信号控制高低压切换接触器，切换到另一路电源来对一次电源进行供电。

该方案中，检测电路具体是在380V市电回路中并联检测继电器，通过检测继电器来判断380V市电回路是否带电，从而选择是否切换供电电源，这就存在着一个从检测到执行再到切换的时间，由于这个时间较长，为了保证主控系统不掉电还需要使用蓄电池或电容进行支持，占用了多个电气元件，使得切换不稳定、成本高。

发明内容

本发明提供一种高压变频器的辅助电源电路，在降低了供电成本的基础上，可以保证在电源切换时没有掉电的情况发生，实现无缝切换。

一种高压变频器的辅助电源电路，包括第一交流输入电源、第二交流输入电源、第一整流电路、第二整流电路、滤波储能元件、第一电源转换电路和第二电源转换电路，其中：

所述第一交流输入电源与所述第一整流电路连接，所述第一交流输入电源输出交流电，经所述第一整流电路整流为直流电并输出；

所述第二交流输入电源与所述第二整流电路连接，所述第二交流输入电源输出交流电，经所述第二整流电路整流为直流电并输出；

所述第一整流电路的输出端与所述第二整流电路的输出端并联连接，且该输出端与所述滤波储能元件连接形成第一回路，由所述滤波储能元件对输出端输出的直流电进行储能和滤波；

所述滤波储能元件分别与所述第一电源转换电路连接形成第二回路，与所述第二电源转换电路连接形成第三回路，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路用于分别将滤波储能元件两端的直流电转换为交流电压；

所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端分别与负载连接，同同时对负载供电。

优选地，所述第一交流输入电源的电压为220V，所述第二交流输入电源的电压为220V，所述第二交流输入电源由高压变压器辅助绕组提供，且第一交流输入电源和第二交流输入电源的电压相位相同；

所述第一交流输入电源为通过市电提供的380V电源，第二交流输入电源的电压为高压变频器产生的高压通过辅助绕组提供的380V电源。

优选地，所述第一整流电路和/或第二整流电路为整流桥；或者

所述第一整流电路和/或第二整流电路为由四个二极管构成的整流电路。

优选地，所述滤波储能元件为一个电容元件，或为两个串联的电容元件。

优选地，所述滤波储能元件为两个串联的电容元件时，该电路还包括：

并联连接在每个电容元件的两端的均压电阻。

优选地，所述第一电源转换电路或第二电源转换电路包括PWM控制芯片、第一开关管、第二开关管和变压器，其中：

所述变压器包括一个原边和至少一个副边，原边的第一输入端经第一开关管与滤波储能元件的一端连接，原边的第二输入端经第二开关管与滤波储能元件的另一端连接；

所述第一开关管分别与所述PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接；

所述第二开关管分别与所述PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接；

所述PWM芯片，通过发出PWM脉冲信号控制第一开关管K1导通或关断，控制第二开关管K2关断或导通；

所述变压器用于将原边输入的电压传递到每个副边并输出。

优选地，所述变压器包括多个副边，所述多个副边为相互隔离方式，或为非隔离多抽头方式。

优选地，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端分别经一个与负载串联连接的二极管与负载连接。

优选地，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端均连接一个与负载并联的电容元件。

优选地，还包括第一防雷电路和第一EMC滤波电路、第二防雷电路和第二EMC滤波电路，其中：

所述第一防雷电路和第一EMC滤波电路串联连接后，连接在第一交流输入电源和第一整流电路之间；

所述第二防雷电路和第二EMC滤波电路串联连接后，连接在第二交流输入电源和第二整流电路之间。

利用本发明提供的高压变频器的辅助电源电路，具体以下技术效果：

1)相比于原有的供电系统，在供电电路构成上大幅度的简化，去掉了高低压切换的接触器、用于维持切换时间的电池或电容，节省了电源切换的时间所需要的电气元件；

2)由于采用了整流电路后母线并联电流源方式，极大的提高的系统供电的可靠性；

3)由于采用了热备份的冗余设计，系统可由两路电源并联同时对负载供电，在任意一路电源发生故障或者供电丢失的时候，可以保证在电源切换时没有掉电的情况发生，实现无缝切换，提高了供电的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的高压变频器的辅助电源电路的电路图；

图2为本发明实施例2提供的高压变频器的辅助电源电路的电路图；

图3为本发明实施例3提供的高压变频器的辅助电源电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的高压变频器的辅助电源电路进行详细地说明。

本发明提供一种高压变频器的辅助电源电路，包括第一交流输入电源、第二交流输入电源、第一整流电路、第二整流电路、滤波储能元件、第一电源转换电路和第二电源转换电路，其中：

所述第一交流输入电源与所述第一整流电路连接，所述第一交流输入电源输出交流电，经所述第一整流电路整流为直流电并输出；

所述第二交流输入电源与所述第二整流电路连接，所述第二交流输入电源输出交流电，经所述第二整流电路整流为直流电并输出；

所述第一整流电路的输出端与所述第二整流电路的输出端并联连接，且该输出端与所述滤波储能元件连接形成第一回路，由所述滤波储能元件对输出端输出的直流电进行储能和滤波；

所述滤波储能元件分别与所述第一电源转换电路连接形成第二回路，与所述第二电源转换电路连接形成第三回路，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路用于分别将滤波储能元件两端的直流电转换为交流电压；

所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端分别与负载连接，同同时对负载供电。

本发明实施例的供电电路采用新的热备无缝切换的新技术以代替原有的供电系统，相比于原有的供电系统，在供电电路构成上大幅度的简化，去掉了高低压切换的接触器、用于维持切换时间的电池或电容，节省了电源切换的时间所需要的电气元件；由于采用双路电源同时对负载供电，因此提高了供电的可靠性；由于采用了整流桥后母线并联电流源方式，极大的提高的系统供电的可靠性。

优选地，所述第一交流输入电源的电压为220V，所述第二交流输入电源的电压为220V，所述第二交流电源由高压变频器中整流变压器的辅助绕组提供，且第一交流输入电源和第二交流输入电源的电压相位相同，如果不接相位相同，就会出现输入电压不是220V而是线电压而导致后边器件损坏；

所述第一交流输入电源为通过市电提供的380V电源，第二交流输入电源的电压为高压变频器产生的高压通过辅助绕组提供的380V电源。采用380V电源时，两路电源可以相位相同，也可以不相位相同。

优选地，所述第一整流电路和/或第二整流电路为整流桥；或者

所述第一整流电路和/或第二整流电路为由四个二极管构成的整流电路。

当然，整流电路还可以是其它具有整流作用的整流电路。

优选地，所述滤波储能元件为一个电容元件，或为两个串联的电容元件。

两个整流电路的输出端并联，即两个整流电路的母线并联，并联后采用滤波储能元件进行储能，在母线电压较低时，可以采用一个电容元件，在母线电压较高时，为了防止击坏母线电容，采用两个串联的电容元件。

优选地，所述滤波储能元件为两个串联的电容元件时，为了防止两个电容分压不均增加均压电阻，该电路还包括：并联连接在每个电容元件的两端的均压电阻，其主要作用是对电容进行均压。

优选地，所述第一电源转换电路或第二电源转换电路包括PWM控制芯片、第一开关管、第二开关管和变压器，其中：

所述变压器包括一个原边和至少一个副边，原边的第一输入端经第一开关管与滤波储能元件的一端连接，原边的第二输入端经第二开关管与滤波储能元件的另一端连接；

所述第一开关管分别与所述PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接；

所述第二开关管分别与所述PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接；

所述PWM芯片，通过发出PWM脉冲信号控制第一开关管K1导通或关断，控制第二开关管K2关断或导通；

所述变压器用于将原边输入的电压传递到每个副边并输出。

第一电源转换电路和第二电源转换电路的作用是将直流电转换为方波形式的交流电，具体的电路不限于采用上述结构。

优选地，所述变压器包括多个副边，所述多个副边为相互隔离方式，即多个副边是相互隔离的，或为非隔离多抽头方式，即多个副边是通过多个抽头产生但不相互隔离。

优选地，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端分别经一个与负载串联连接的二极管与负载连接。

优选地，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端分别连接一个与负载并联的电容元件。

优选地，为了进一步增加供电的稳定性，本发明提供的辅助电源电路还包括第一防雷电路和第一EMC滤波电路、第二防雷电路和第二EMC滤波电路，其中：

所述第一防雷电路和第一EMC滤波电路串联连接后，连接在第一交流输入电源和第一整流电路之间；

所述第二防雷电路和第二EMC滤波电路串联连接后，连接在第二交流输入电源和第二整流电路之间。

下面给出本发明提供的高压变频器的辅助电源电路的优选实施例。

实施例1

如图1所示，第一交流输入电源为通过市电提供的380V电源，第二交流输入电源的电压为高压变频器产生的高压通过辅助绕组提供的380V电源，两个380V电源可以是三相四线制。

对于每一路电源，先经防雷电路再输入到EMC滤波电路进行滤波，滤波后输入到整流电路进行整流后输出交流电。

整流电路具体为由四个二极管构成的整流电路，如图1中的二极管D1、D2、D3和D4构成第一整流电路，图1中的二极管D5、D6、D7和D8构成第二整流电路。第一整流电路/第二整流电路的作用是将交流电流转换为直流电，对于380V电源，整流后输出的583V直流电。

两个整流电路的母线直接并联，即第一整流电路和第二整流电路的输出端并联连接，之后连接滤波电容元件形成回路。

本实施例中由于母线电压较高，因此采用第一电容C1和第二电容C2串联，并为了防止两个电容分压不均增加第一均压电阻L1、第二均压电阻L2，第一均压电阻L1与第一电容C1并联连接，第二均压电阻L2和第二电容C2并联连接。

本实施例中滤波储能元件的两端分别连接第一电源转换电路和第二电源转换电路，将直流电压转换为方波形式的交流电压，如图1所示，第一电源转换电路包括PWM控制芯片、开关管K1、开关管K2和变压器，第二电源转换电路PWM控制芯片、开关管K3、开关管K4和变压器，开关管K1分别与第一电源转换电路中的PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接，开关管K2分别与第一电源转换电路中的PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接；开关管K3分别与第二电源转换电路中的PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接，开关管K4分别与第一电源转换电路中的PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接.

开关管可以但不限于采用MOS管。

本实施例中第一电源转换电路中的变压器包括一个原边和一个副边，原边的第一输入端经开关管K1与滤波储能元件的一端连接，原边的第二输入端经开关管K2与滤波储能元件的另一端连接。

本实施例中第二电源转换电路中的变压器包括一个原边和一个副边，原边的第一输入端经开关管K3与滤波储能元件的一端连接，原边的第二输入端经开关管K4与滤波储能元件的另一端连接。

第一电源转换电路中PWM芯片，通过发出PWM脉冲信号控制开关管K1导通或关断，控制开关管K2关断或导通，从而控制变压器将原边输入的电压传递到副边并输出。

第二电源转换电路中PWM芯片，通过发出PWM脉冲信号控制开关管K3导通或关断，控制开关管K4关断或导通，从而控制变压器将原边输入的电压传递到副边并输出。

如图1所示，在第一电源转换电路中，在开关管K1连接原边的一端，还可以通过二极管d1与滤波储能元件的一端连接，在开关管K2连接原边的一端，还可以通过二极管d2与滤波储能元件的一端连接。在第二电源转换电路中，在开关管K1连接原边的一端，还可以通过二极管d4与滤波储能元件的一端连接，在开关管K4连接原边的一端，还可以通过二极管d5与滤波储能元件的一端连接。二极管d1、d2是钳位二极管，当反向电压较高时工作，将开关管K1、K2的反向电压限制在母线电压下，防止损坏MOS管即方式损耗开关管K1、K2。二极管d4、d5是钳位二极管，当反向电压较高时工作，将开关管K3、K4的反向电压限制在母线电压下，防止损坏MOS管即方式损耗开关管K3、K4。

在第一电源转换电路中，变压器的副边可以先连接一个与负载串联连接的二极管d3，再连接一个与负载并联连接的电容元件，在第二电源转换电路中，变压器的副边可以先连接一个与负载串联连接的二极管d6，再连接一个与负载并联连接的电容元件。

优选地，第一电源转换电路的输出端经一个与负载串联连接的二极管d7与负载连接，第二电源转换电路的输出端经一个与负载串联连接的二极管d8与负载连接。

第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端在接负载之前，均连接一个与负载并联的电容元件C3。

输出端即C3两端输出的电压可以是任意电压值，目前没有给定值，C3的作用是滤波、储能。

本发明实施例中，市电380Vac与副绕380Vac为两路相互独立的电源，分别经过两个整流电路，整流后的母线直接并联，两路独立的电源并联在整流后的母线上，两路开关电源的输出使用二极管互为备用，双路电源同时对负载供电，在某一路电源出现故障时可实现无扰切换，确保控制电源的稳定。

实施例2

本发明实施例与实施例1的区别在于，变压器中副边的数量为2个，如图2所示，其中K1为变压器原边、K2为变压器副边电路，K3为二极管热冗余输出电路。即在变压器有多个副边时，第一电源转换电路中的一个副边与第二电源转换电路中的一个副边经二极管同时连接负载。对于具有多个副边的电源转换电路，可以实现为多个负载供电。

K2的电路数量可以为1、2、3等。

K2电路之间可以是非隔离多抽头方式，也可以是相互隔离的方式，本实施例采用相互隔离方式。

母线电容串联数量根据整流桥后的母线电压确定，本实施例也是采用两个电容串联。

本实施例中与实施例1工作过程基本相同，只是输出的数量可以是2个，具体供电过程这里不再详述。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例2的区别在于，第一交流输入电源为通过市电提供的220V电源，第二交流输入电源的电压为高压变频器产生的高压通过辅助绕组提供的220V电源，两个220V电源必须是相位相同电源。滤波储能元件为一个电容元件，且不需要在电容两端并联电阻。

两路电源经过防雷电路和整流电路后母线直接并联，母线上电压为450V，由于母线电压较低可采用450V以下常用电容即可，本直接并联在电流源母线的高频变压器输出经过两个二极管并联后输出给负载。

其中K1为高频变压器原边、K2为高频变压器副边电路，K3为二极管热冗余输出电路。

K2的电路数量可以为1、2、3…，本实施例中K2的数量为2个。

优选地，可以在两路电源输出端之间并联模拟检测电路，以实时对开关电源的状态进行检测，两个开关电源输出的故障状态经过与门后提供给高压变频器的主控，如果某个开关某路输出出现故障，检测回路将向主控发出故障信号，提供告警或保护。

本发明提供的实施例，在系统构成上大幅度的简化。去掉了高低压切换的接触器、用于维持切换时间的电池或电容，节省了电源切换的时间所需要的电气元件。由于采用了整流桥后母线并联电流源方式，极大的提高的系统供电的可靠性。由于采用了热备份的冗余设计，系统可由两路电源并联同时对负载供电，在任意一路电源发生故障或者供电丢失的时候，可以保证在电源切换时没有掉电的情况发生，实现无缝切换。采用这种系统在降低了系统成本的基础上，同时提高了系统的可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高压变频器的辅助电源电路，其特征在于，包括第一交流输入电源、第二交流输入电源、第一整流电路、第二整流电路、滤波储能元件、第一电源转换电路和第二电源转换电路，其中：

所述第一交流输入电源与所述第一整流电路连接，所述第一交流输入电源输出交流电，经所述第一整流电路整流为直流电并输出；

所述第二交流输入电源与所述第二整流电路连接，所述第二交流输入电源输出交流电，经所述第二整流电路整流为直流电并输出；

所述第一整流电路的输出端与所述第二整流电路的输出端并联连接，且该输出端与所述滤波储能元件连接形成第一回路，由所述滤波储能元件对输出端输出的直流电进行储能和滤波；

所述滤波储能元件分别与所述第一电源转换电路连接形成第二回路，与所述第二电源转换电路连接形成第三回路，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路用于分别将滤波储能元件两端的直流电转换为交流电压；

所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端分别与负载连接，同时对负载供电。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述第一交流输入电源的电压为220V，所述第二交流输入电源的电压为220V，所述第二交流输入电源由高压变频器中整流变压器的辅助绕组提供，且第一交流输入电源和第二交流输入电源的电压相位相同；

所述第一交流输入电源为通过市电提供的380V电源，第二交流输入电源的电压为高压变频器产生的高压通过辅助绕组提供的380V电源。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述第一整流电路和/或第二整流电路为整流桥；或者

所述第一整流电路和/或第二整流电路为由四个二极管构成的整流电路。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述滤波储能元件为一个电容元件，或为两个串联的电容元件。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述滤波储能元件为两个串联的电容元件时，该电路还包括：

并联连接在每个电容元件的两端的均压电阻。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电源转换电路或第二电源转换电路包括PWM控制芯片、第一开关管、第二开关管和变压器，其中：

所述变压器包括一个原边和至少一个副边，原边的第一输入端经第一开关管与滤波储能元件的一端连接，原边的第二输入端经第二开关管与滤波储能元件的另一端连接；

所述第一开关管分别与所述PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接；

所述第二开关管分别与所述PWM控制芯片、滤波储能元件的两端连接；

所述PWM芯片，通过发出PWM脉冲信号控制第一开关管K1导通或关断，控制第二开关管K2关断或导通；

所述变压器用于将原边输入的电压传递到每个副边并输出。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述变压器包括多个副边，所述多个副边为相互隔离方式，或为非隔离多抽头方式。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端分别经一个与负载串联连接的二极管与负载连接。

9.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的输出端均连接一个与负载并联的电容元件。

10.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括第一防雷电路和第一EMC滤波电路、第二防雷电路和第二EMC滤波电路，其中：

所述第一防雷电路和第一EMC滤波电路串联连接后，连接在第一交流输入电源和第一整流电路之间；

所述第二防雷电路和第二EMC滤波电路串联连接后，连接在第二交流输入电源和第二整流电路之间。