一种高压大电流电源系统技术方案

本实用新型专利技术公开了电源领域的一种高压大电流电源系统，包括三相不控全桥整流电路、交错并联buck电路、高速直流开关及扼流电感，所述三相不控全桥整流电路的输入端连接三相电而输出端连接交错并联BUCK电路的输入端，三相不控全桥整流电路的输出端还并联有用于传递功率的输入电容；所述扼流电感与高速直流开关串联在所述交错并联BUCK电路的输出端，所述高速直流开关配置为碳化硅MOS管。本实用新型专利技术选用碳化硅MOSFET开关器件，通过三相不控全桥整流电路、交错并联BUCK模块、扼流电感、高速开关模块的连接配合，具有开关频率高、整体功耗小，综合成本低等优点。综合成本低等优点。综合成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高压大电流电源系统


[0001]本技术涉及高压大电流电源领域，具体是一种高压大电流电源系统。

技术介绍

[0002]高压大电流直流电源作为顺应电力市场需求发展起来的高技术产品，它具有明显的电力保护功能：当市电断电时，不断地向负载继续供电；当市电不稳定的时候，可以避免负载遭受欠压、浪涌冲击等危害，并全面地改善供电质量。当供电系统故障时，能够给负载以全面的保护，并起到过载、短路、电池过放等防护，为负载提供一个稳定的工作环境。
[0003]目前市场上的高压大电流电源采用IGBT功率开关器件，存在开关频率低、整机体积大、重量大、损耗大、成本高等缺点，不能满足电源设计时的高要求，为适应市场的需求，申请人提出一种高压大电流电源系统。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种高压大电流电源系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0006]一种高压大电流电源系统，包括三相不控全桥整流电路、交错并联buck电路、高速直流开关及扼流电感，所述三相不控全桥整流电路的输入端连接三相电而输出端连接交错并联BUCK电路的输入端，三相不控全桥整流电路的输出端还并联有用于传递功率的输入电容；所述扼流电感与高速直流开关串联在所述交错并联BUCK电路的输出端，所述高速直流开关配置为碳化硅MOS管。
[0007]在一些实施例中，所述交错并联BUCK电路的输出端并联滤波电容组，所述滤波电容组包括多组并联的滤波单元，每组滤波单元包括两个串联的电解电容，所述滤波电容组还包括与滤波单元并联的高频吸收薄膜电容。
[0008]在一些实施例中，所述交错并联BUCK电路的开关管采用CAS120M12BM2型碳化硅MOSFET器件。
[0009]在一些实施例中，所述扼流电感的两端并联有RD续流回路。
[0010]在一些实施例中，所述高速直流开关的源极与漏极之间并联有RCD吸收电路。
[0011]在一些实施例中，所述输入电容为薄膜电容。
[0012]在一些实施例中，所述三相不控全桥整流电路的型号为赛米控桥式整流SEMiX341D16s。
[0013]有益效果：三相交流电600VAC后经三相不控全桥整流电路整流成直流，输入电容不对电压进行滤波，仅传递功率，降压部分采用交错并联BUCK模块，可以减小输出电压和电流的纹波，交错并联BUCK模块中的开关管以及高速开关模块均采用碳化硅MOS管，可以减少损耗，扼流电感用于限制高速开关模块主电流的变化率，在短路电流达到高速直流开关及其他元件忍受值前争取足够时间给高速开关模块进行关断。本技术选用碳化硅MOSFET
开关器件，通过三相不控全桥整流电路、交错并联BUCK模块、扼流电感、高速开关模块的连接配合，具有开关频率高、整体功耗小，综合成本低等优点。
附图说明
[0014]图1为本技术中电路模块的原理框图；
[0015]图2为本技术电源的输出电压波形图；
[0016]图3为本技术电源输出电压的波形放大图；
[0017]图4为本技术输出电压在5kHZ频率下的调制波形。
具体实施方式
[0018]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0019]一种高压大电流电源系统包括三相不控全桥整流电路、交错并联buck电路、高速直流开关及扼流电感。设计目标如下表所示。
[0020][0021][0022]实施例，如图1所示，三相不控全桥整流电路包括桥臂二极管D1～D6，其输入端接入600
±
10％VAC的三相电，输出端输出700VDC直流电压。桥臂二极管D1～D6按照常规设计，则每管电压承受的最大电压为整流电路的输出功率为49kW，所以其输出电流为考虑一定的裕量，因此优选采用赛米控桥式整流SEMiX341D16s，其能通过的整流电流为348A，额定电压为1600V。
[0023]本实施例中，三相不控全桥整流电路的输出端并联有输入电容C1，该输入电容为薄膜电容，不对初级整流后的电压进行滤波，仅起到传递功率的作用，以满足整流电路输出
功率与后级所需功率之差。由于电源稳态最大输出功率为P
out
＝49kW，假设开关电源的工作效率为0.9，则三相不控全桥整流电路及输入电容C1所需要提供的功率为P
out
/0.9，则计算可得出C1＝63uF，考虑一定的裕量，取输入电容C1为100uF。
[0024]交错并联BUCK电路可以减小输出电压和电流的纹波，其输入端与三相不控全桥整流电路的输出端连接，包括开关管V1～V4、滤波电感Lr1、Lr2及滤波电容组，每个开关管的源极与漏极之间分别并联二极管。单个开关管承受的最大电压为整流桥的最大输出电压848V，考虑电网侧
±
10％的电压波动开关管上承受的最大电压为：U
H
＝1.1*848＝933V。开关电源的额定输出电流为70A，则开关管电流的最大值为35A。
[0025]为了减小开关管的损耗，开关管采用CREE公司的CAS120M12BM2型SiC MOSFET器件，该器件额定电压为1200V，额定电流为120A。参考芯片的数据手册，在节温为150℃的情况下，可以计算出开关管的导通损耗为138W，开关损耗为63W，所以单个开关管的损耗为201W，温升为13.5℃。在三相不控全桥整流电路正常工作时，散热器温度控制不高于136.5℃。
[0026]滤波电感Lr1、Lr2电流的平均值为35A，电感电流的连续条件为额定的百分之十，即3.5A。经计算，滤波电感最小的电感值为5.4
×
10
‑4H，考虑一定的裕量，滤波电感Lr1、Lr2可取值7.5
×
10
‑4H。在BUCK工作模式下，滤波电容组若配置为单个电容，则最小的值为186nf，但综合考虑滤波效果以及输出功率对滤波电容电压的影响，为了防止在突加载和突卸载的时候导致交错并联BUCK电路的输出电压存在过大的前冲和顶降，滤波电容组采用5组并联、每组包括2个串联的550V/470μF电解电容的方式，形成了5组滤波单元，同时还并联高频吸收薄膜电容用于滤除高频纹波。
[0027]扼流电感Lf1与高速直流开关串联在交错并联BUCK电路的输出端，由于开关电源要实现5kHz调制，单个电源模块的开通和关断时间均要小于20μs。为了提高电源系统的效率，高速直流开关的开通和关断损耗也要尽可能的低，因此高速直流开关配置为碳化硅MOS管，以达到设计要求。单个电源模块的输出参数为700V/70A，考虑一定的电压电流裕量，高速直流开关可采用w本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压大电流电源系统，其特征在于，包括三相不控全桥整流电路、交错并联buck电路、高速直流开关及扼流电感，所述三相不控全桥整流电路的输入端连接三相电而输出端连接交错并联BUCK电路的输入端，三相不控全桥整流电路的输出端还并联有用于传递功率的输入电容；所述扼流电感与高速直流开关串联在所述交错并联BUCK电路的输出端，所述高速直流开关配置为碳化硅MOS管。2.根据权利要求1所述的一种高压大电流电源系统，其特征在于，所述交错并联BUCK电路的输出端并联滤波电容组，所述滤波电容组包括多组并联的滤波单元，每组滤波单元包括两个串联的电解电容，所述滤波电容组还包括与滤波单元并联的高频吸收薄膜电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，郭斐，王俊傢，周宇，黄懿赟，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：新型
国别省市：