一种模块化中高压交流电源制造技术

本发明专利技术提供一种模块化中高压交流电源，包括低压直流电源输入端、若干个低压逆变模块、高压交流电源输出端，所述低压逆变模块的输入端相互并联并与低压直流电源输入端连接，所述低压逆变模块的输出端依次串联后与高压交流电源输出端相连，低压逆变模块的同步端子J通过同步信号线连接，通过改变逆变模块串联数量来扩展输出交流电压等级，基于分时复用原理实现同步信号和输出均压参考的传送，仅采用非通信总线方式的单母线数据传输方法，结构简单，大大减小了传统逆变方案变压器的损耗，成本低实用性强，为中高压交流电源提供了一种新的方案。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化中高压交流电源
本专利技术涉及电力电子领域，特别涉及一种模块化中高压交流电源。
技术介绍
通过电晕放电或介质阻挡放电实现低温等离子体技术广泛应用于空气净化、污水处理和材料表面污垢清洗。然而，想要产生电晕放电或介质阻挡放电就必须要求高压交流电源，其电压幅值为几千伏到几十千伏范围。在汽车空气净化领域，高压交流电源输入为12V直流电，输出为高压交流电，由于输出电压有效值远高于输入电压的幅值，常用逆变方案通过使用高匝比高频变压器和直流变换电路实现对直流电压的大倍数升压，再经逆变电路将其逆变为高压交流电。但该方案存在变压器损耗大、功率管承受高压、散热要求高、设计难度大和成本高的不足。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供一种模块化中高压交流电源。一种模块化中高压交流电源，包括低压直流电源输入端、若干个低压逆变模块、高压交流电源输出端，所述低压逆变模块的输入端相互并联并与低压直流电源输入端连接，所述低压逆变模块的输出端依次串联后与高压交流电源输出端相连，低压逆变模块的同步端子J通过同步信号线连接，所述低压逆变模块包括：电压RMS测量电路，与低压逆变模块的输出端连接，用于获取输出电压有效值Vrms；二选一复用开关，一端与同步端子J连接，用于同步信号线分时传输同步信号syn和输出电压有效值平均值同步电路，一端与二选一复用开关的CH0端连接，用于获取所有低压逆变模块中最先产生的中断溢出信号OV，并生成唯一的同步信号Syn；输出电压平均电路，其一端与二选一复用开关的CH1端连接，输入端与电压RMS测量电路连接，用于获取低压逆变模块的输出电压有效值平均值控制器，其分别与电压RNS测量电路、同步电路、输出电压平均电路以及二选一复用开关连接，通过接收到的输出电压有效值、输出电压有效值平均值及同步信号，根据逆变控制算法获得逆变电路开关管的占空比，并输出该占空比的PWM信号；逆变电路，根据控制器输出的PWM信号将直流电逆变为交流电。所述同步电路包括PWM模块、三态门、PWM输出控制模块、同步信号Syn丢失定时/计数模块，所述PWM模块的PWM输出端与三态门输入端连接，所述PWM模块的OV端与PWM输出控制模块连接，所述PWM输出控制模块与三态门的控制端连接，所述同步信号Syn丢失定时/计数模块复位信号输出端与PWM输出控制模块连接，所述PWM输出控制模块及同步信号Syn丢失定时/计数模块分别通过获取同步端子J的同步信号Syn输出CTL信号及Reset信号。所述同步电路还包括上电延时模块，实现电路在上电之后延时Td，Td大于PWM信号的周期Ts，所述上电延时模块连接PWM模块的EN端。所述同步电路的工作原理为：PWM模块出现中断溢出信号OV，最早出现OV↑的同步电路触发PWM输出控制模块，将CTL锁存为高，三态门G1开通，PWM信号输出，从而产生同步信号Syn；Syn↑将其他同步电路的PWM输出控制模块锁死，不受对应的中断溢出信号OV的控制，CTL保持不变，其他非OV出现最早的同步电路的三态门G1锁死，自动竞争出有且唯一的同步信号Syn；当所述同步信号Syn丢失定时/计数模块在Syn丢失时间或个数超过设定值时，输出Reset复位PWM输出控制模块，再次接收中断溢出信号OV，进而再次竞争出新的同步信号Syn。所述二选一复用开关工作步骤为：第一步，syn↓定义为t0时刻，启动定时控制逻辑；第二步，启动定时控制逻辑后，设定了3个定时时间点t1～t3，分别实现：开关投切到CH1、采样和定时结束，复位到CH0，返回第一步。所述控制器的逆变控制算法包括幅值调节算法、相位调节算法和逆变调制算法。所述幅值调节算法包括均压补偿算法和电压控制算法，所述均压补偿算法如下：一、获取输出电压有效值Vrms与所有低压逆变模块输出电压有效值的平均值的偏差量；二、获得补偿量并与设定电压有效值参考量Uref叠加得到动态调节输出电压有效值的参考值所述电压控制算法如下：对与Vrms之间偏差量进行调节，得到逆变调制算法的幅值输入量U*。所述相位调节算法如下：一、在获取环路执行周期Tp的基础上，得到相邻两次环路执行间隔的相角增量为2πf*Tp，其中f*为交流电频率，Tp为执行逆变控制算法间隔时间；二、进而计算出当前环路执行时刻的相位α[k]，满足：α[k]＝α[k-1]+2πf*Tp，同步信号Syn↑没有出现时，则相位输入量α*＝α[k]；同步信号Syn↑出现，则执行α*＝0，并且清零α[k-1]。所述逆变调制算法根据幅值调节算法得出的幅值输入量U*和相位调节算法得出的相位输入量α*，计算出逆变电路开关管的占空比。本专利技术的有益效果：本专利技术采用输出串联结构，通过改变逆变模块串联数量来扩展输出交流电压等级，基于分时复用原理实现同步信号和输出均压参考的传送，仅采用非通信总线方式的单母线数据传输方法，结构简单，大大减小了传统逆变方案变压器的损耗，成本低实用性强，为中高压交流电源提供了一种新的方案。附图说明图1为高压交流电源示意图图2为逆变模块内部原理图图3为逆变控制算法原理图图4为二选一复用开关的控制逻辑时序图图5为同步信号原理图具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施例作进一步说明：假定逆变模块具有相同的参数，为不失一般性，本专利技术用序号为j(1≤j≤n)的逆变模块作为阐述对象。图1所示为高压交流电源示意图，逆变模块的输入端相互并联并与低压直流电源输入端连接，逆变模块的输出端依次串联后与高压交流电源输出端相连，逆变模块的同步端子J通过同步信号线连接，通过改变逆变模块的数量n的值，调控高压交流电源的输出电压值。同步信号线用于同步信号syn和输出电压有效值平均值的传送。逆变模块将低压直流电逆变为交流电。图2为逆变模块内部原理图，主要包括：插头plug、二选一复用开关、输出电压平均电路、同步电路、控制器、电压RMS测量电路和逆变电路。插头plug与插座J匹配，实现信号传送的物理连接；电压RMS测量电路与低压逆变模块的输出端连接，用于获取输出电压有效值Vrms；二选一复用开关一端与同步端子J连接，用于同步信号线分时传输同步信号syn和输出电压有效值平均值同步电路一端与二选一复用开关的CH0端连接，用于获取所有低压逆变模块中最先产生的中断溢出信号OV，并生成唯一的同步信号Syn；输出电压平均电路一端与二选一复用开关的CH1端连接，输入端与电压RMS测量电路连接，用于获取低压逆变模块的输出电压有效值平均值控制器分别与电压RNS测量电路、同步电路、输出电压平均电路以及二选一复用开关连接，通过接收到的输出电压有效值、输出电压有效值平均值及同步信号，根据逆变控制算法获得逆变电路开关管的占空比，并输出该占空比的PWM信号；逆变电路根据控制器输出的PWM信号将直流电逆变为交流电。图3所示为逆变模块控制算法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化中高压交流电源，其特征在于：包括低压直流电源输入端、若干个低压逆变模块、高压交流电源输出端，所述低压逆变模块的输入端相互并联并与低压直流电源输入端连接，所述低压逆变模块的输出端依次串联后与高压交流电源输出端相连，低压逆变模块的同步端子J通过同步信号线连接，所述低压逆变模块包括：/n电压RMS测量电路，与低压逆变模块的输出端连接，用于获取输出电压有效值V

【技术特征摘要】
1.一种模块化中高压交流电源，其特征在于：包括低压直流电源输入端、若干个低压逆变模块、高压交流电源输出端，所述低压逆变模块的输入端相互并联并与低压直流电源输入端连接，所述低压逆变模块的输出端依次串联后与高压交流电源输出端相连，低压逆变模块的同步端子J通过同步信号线连接，所述低压逆变模块包括：
电压RMS测量电路，与低压逆变模块的输出端连接，用于获取输出电压有效值Vrms；
二选一复用开关，一端与同步端子J连接，用于同步信号线分时传输同步信号syn和输出电压有效值平均值
同步电路，一端与二选一复用开关的CH0端连接，用于获取所有低压逆变模块中最先产生的中断溢出信号OV，并生成唯一的同步信号Syn；
输出电压平均电路，其一端与二选一复用开关的CH1端连接，输入端与电压RMS测量电路连接，用于获取低压逆变模块的输出电压有效值平均值
控制器，其分别与电压RNS测量电路、同步电路、输出电压平均电路以及二选一复用开关连接，通过接收到的输出电压有效值、输出电压有效值平均值及同步信号，根据逆变控制算法获得逆变电路开关管的占空比，并输出该占空比的PWM信号；
逆变电路，根据控制器输出的PWM信号将直流电逆变为交流电。


2.根据权利要求1所述的一种模块化中高压交流电源，其特征在于：所述同步电路包括PWM模块、三态门、PWM输出控制模块、同步信号Syn丢失定时/计数模块，所述PWM模块的PWM输出端与三态门输入端连接，所述PWM模块的OV端与PWM输出控制模块连接，所述PWM输出控制模块与三态门的控制端连接，所述同步信号Syn丢失定时/计数模块复位信号输出端与PWM输出控制模块连接，所述PWM输出控制模块及同步信号Syn丢失定时/计数模块分别通过获取同步端子J的同步信号Syn输出CTL信号及Reset信号。


3.根据权利要求2所述的一种模块化中高压交流电源，其特征在于：所述同步电路还包括用于实现电路在上电之后延时Td的上电延时模块，Td大于PWM信号的周期Ts，所述上电延时模块连接PWM模块的EN端。


4.根据权利要求2或3所述的一种模块化中高压交流电源，其特征在于：所述同步电路的工作原理为：
PWM模块出现中断溢出信号OV，最早出现OV↑的同步电路触发PWM输出控制模块，将CTL锁存为高，三态门...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志辉，袁鑫，
申请(专利权)人：温州贝塔电子科技有限公司，温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33