專利名稱：便攜式變頻高壓直流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電源，尤其是一種便攜式變頻高壓直流電源，屬于電氣電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)高壓電源多數(shù)采用220V工頻交流電源經(jīng)升壓、整流濾波而獲得直流高壓。但其通常需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源因其高頻節(jié)能等特點發(fā)展起來，與傳統(tǒng)相比，開關(guān)電源具有低發(fā)熱量、能量損耗小、工作效率高等特點。但是到目前為止，對于高壓直流電源技術(shù)的研究，國外擁有核心技術(shù)，并對該領(lǐng)域的研究技術(shù)具有主導趨勢，特別是國外的特種產(chǎn)品對我國禁運，嚴重限制了我國電力電子設(shè)備的市場競爭力，因此開展高壓直流電源的研發(fā)，對提高我國高壓直流電源技術(shù)水平具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種體積小、方便攜帶運輸， 并且工作穩(wěn)定,成本低的便攜式變頻高壓直流電源。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是便攜式變頻高壓直流電源，包括高壓逆變單元、一次升壓單元、脈沖振蕩控制單元、倍壓整流單元和高壓測量單元。輔助供電輸出的直流電輸入到高壓逆變單元，使之逆變成交流電。調(diào)節(jié)脈沖振蕩控制單元控制高壓逆變單元的工作頻率，再將高壓逆變單元輸出的交流電通過一次升壓單元和倍壓整流單元輸出到高壓測量單元，輸出高壓直流電。本發(fā)明將脈沖振蕩控制單元與高壓逆變單元的結(jié)合，通過調(diào)節(jié)脈沖振蕩控制單元控制高壓逆變單元的工作頻率。本發(fā)明將二次升壓后的高壓直流電的輸出端與高壓測量單元相連接，通過高壓測量單元能時刻觀察到輸出電壓和電流的大小，以方便監(jiān)測電源輸出的電壓電流是否線性可調(diào)。本發(fā)明采用可控硅Ql作為高壓逆變單元的核心器件，使高壓電源在工作時穩(wěn)定性更強，適用范圍更廣，效率更高。本發(fā)明中的脈沖振蕩控制單元利用TL494的變頻功能，實現(xiàn)對整體電路工作頻率的改變，使電路在工作時處于高頻狀態(tài)，不產(chǎn)生噪音。其主要特點是體積小，重量輕，便于安裝與維護，取材方便，成本低，便于攜帶運輸。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是便攜式變頻高壓直流電源內(nèi)部電路連接框圖。圖2是便攜式變頻高壓直流電源電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3是便攜式高壓逆變單元電路原理圖。圖4是可控硅Ql波形圖。圖5是倍壓整流單元電路原理圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清晰、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。給予本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖I和圖2所示便攜式變頻高壓直流電源，包括高壓逆變單元、一次升壓單元、脈沖振蕩控制單元、倍壓整流單元和高壓測量單元。輔助供電輸出的直流電輸入到高壓逆變單元，使之逆變成交流電。調(diào)節(jié)脈沖振蕩控制單元控制高壓逆變單元的工作頻率，再將高壓逆變單元輸出的交流電通過一次升壓單元和倍壓整流單元輸出到高壓測量單元，輸出高壓直流電。所述的高壓測量單元由電流表和高壓測量電阻組成。如圖3所示輔助供電的正極同時連接到電感L的輸入端和電容Cl的正極端，電感L的輸出端同時連接可控娃Ql的正極端、二極管Dl的負極端、電阻R6的輸入端、電容C3的輸入端。電阻R6的輸出端連接電容C5的輸入端，電容C3的輸出端連接變壓器Tl初級 線圈的一端。輔助供電的負極同時連接電容Cl的負極端、可控硅Ql的負極端、二極管Dl的正極端、電容C5的輸出端、變壓器初級線圈的另一端。脈沖振蕩控制單元信號輸出端連接到可控硅Ql的觸發(fā)極。如圖5所示變壓器次級線圈的一端同時連接電容C的輸入端和二級管Kl的正極端。變壓器次級線圈的另一端連接電容C’的輸入端，電容C’的輸出端同時連接二極管Kl的負極端和二極管ΚΓ的正極端，二極管ΚΓ的負極端連接電容C的輸出端。工作原理高壓逆變單元可以將輔助供電輸出的直流電有效地轉(zhuǎn)換成交流方波電。通過一次升壓單元對高壓逆變單元輸出的電壓進行一次升壓，達到一定的輸出電壓。電壓輸入端輸入直流電，經(jīng)L和Cl進行濾波，確保較好的直流電供入到高壓逆變單元的輸入端。高壓逆變單元工作頻率的高低是通過調(diào)節(jié)脈沖振蕩控制單元輸出信號實現(xiàn)的，如圖3所示。脈沖振蕩控制單元主要核心部件是TL494集成模塊，可以通過其管腳連接方式的不同，使TL494實現(xiàn)輸出脈沖控制信號，將該信號傳給高壓逆變單元中的可控硅Q1，控制可控硅Ql的導通關(guān)斷時間進而控制高壓逆變單元的工作頻率。當觸發(fā)信號使可控硅Ql導通時，外部供電電源向電感L儲能，電容C3通過可控硅Ql和Tl的初級線圈構(gòu)成一個震蕩電路，在振蕩的前半個周期，振蕩電流正向通過可控硅Ql，使其電流加強，并將能量儲存Tl初級線圈中，其中在Tl初級線圈中的電流方向為自下而上；在震蕩電路的后半個周期，震蕩電流反向流過可控硅Q1，使其電流變小降為0，剩余的電流通過續(xù)流二極管流動，將Tl初級線圈中的能量在儲存在C3中，在Dl上的管壓降就保證了可控硅的可靠關(guān)斷，Tl初級線圈中的電流方向為自上而下；在完成上述一個周期后，在變壓器上產(chǎn)生一個方波電壓，進而有效實現(xiàn)可控硅的逆變過程。當Tl初級線圈通過二極管Dl對電容C3進行反充電時，會在可控硅Ql兩端產(chǎn)生一個反向電壓，為了防止擊穿可控硅Q1，在可控硅Ql兩端并聯(lián)了 R6、C5吸收回路，以減小開關(guān)管Ql的關(guān)斷電壓尖峰。通過示波器觀察可控硅Ql工作時的波形。從圖4的波形中可以看出，可控硅Ql的導通時間小于它的截止時間，以避免可控硅Ql因連續(xù)長時間工作發(fā)熱而導致不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，使可控硅產(chǎn)生良好的工作效果。從圖4的波形也可看出，逆變尖端拉開的較長，證明高壓逆變單元處于良好的逆變工作狀態(tài)。經(jīng)一次升壓后的交流電輸入到倍壓整流單元，其電路如圖5所示。主要利用二極管的單向?qū)ㄐ院碗娙莶粩喑浞烹姽δ埽瑢崿F(xiàn)對電壓升壓和對電流的整流，使交流電轉(zhuǎn)換成直流電。當經(jīng)過一次升壓后的電壓輸出到倍壓整流單元的輸入端時，由于二極管的單向?qū)щ娦?，在前半個周期時電壓首先通過二極管ΚΓ對電容C’進行充電，在后半個周期儲存在電容C’上的電量通過二極管Kl對電容C進行充電。如此反復循環(huán)，對電容C和電容C’不斷的充電放電，電壓在電容上不斷累積，并且隨著倍壓級數(shù)的增加，輸出電壓越來越高，最終得到想要的高壓直流電。將倍壓整流單元輸出的電壓輸入到高壓測量單元，可以實現(xiàn)對輸出電壓和電流的隨時測量和監(jiān)控，以便對輸出電壓和電流的調(diào)節(jié)。高壓測量電路如圖I所示，它是由測量電阻和電流表組成。將以上各單元在工作時按照圖I正確連接。輔助供電需要6根連接線通過14腳供電插件連接到便攜式變頻高壓直流電源的輸入端，可以有效的避免輔助供電因為連線過多造成短路。 最后將以上各單元封裝到密封箱中，就可以做成一臺便攜式變頻高壓直流電源。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離發(fā)明的精髓或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合于本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.便攜式變頻高壓直流電源，其特征在于包括高壓逆變單元、一次升壓單元、脈沖振蕩控制單元、倍壓整流單元和高壓測量單元；輔助供電輸出的直流電輸入到高壓逆變單元，使之逆變成交流電，調(diào)節(jié)脈沖振蕩控制單元控制高壓逆變單元的工作頻率，將高壓逆變單元輸出的交流電通過一次升壓單元和倍壓整流單元輸出到高壓測量單元，輸出高壓直流電。
2.如權(quán)利要求I所述的便攜式變頻高壓直流電源，其特征在于，所述的高壓逆變單元電路結(jié)構(gòu)為輔助供電的正極同時連接到電感L的輸入端和電容Cl的正極端，電感L的輸出端同時連接可控硅Ql的正極端、二極管Dl的負極端、電阻R6的輸入端、電容C3的輸入端；電阻R6的輸出端連接電容C5的輸入端，電容C3的輸出端連接變壓器Tl初級線圈的一端；輔助供電的負極同時連接電容Cl的負極端、可控硅Ql的負極端、二極管Dl的正極端、電容C5的輸出端、變壓器初級線圈的另一端；脈沖振蕩控制單元信號輸出端連接到可控硅Ql的觸發(fā)極。
3.如權(quán)利要求I所述的便攜式變頻高壓直流電源，其特征在于所述的倍壓整流單元 電路結(jié)構(gòu)為變壓器次級線圈的一端同時連接電容C的輸入端和二級管Kl的正極端；變壓器次級線圈的另一端連接電容C’的輸入端，電容C’的輸出端同時連接二極管Kl的負極端和二極管ΚΓ的正極端，二極管ΚΓ的負極端連接電容C的輸出端。
全文摘要
便攜式變頻高壓直流電源，包括高壓逆變單元、一次升壓單元、脈沖振蕩控制單元、倍壓整流單元和高壓測量單元。輔助供電輸出的直流電輸入到高壓逆變單元，使之逆變成交流電。調(diào)節(jié)脈沖振蕩控制單元控制高壓逆變單元的工作頻率，再將高壓逆變單元輸出的交流電通過一次升壓單元和倍壓整流單元輸出到高壓測量單元，輸出高壓直流電。本發(fā)明采用可控硅Q1作為高壓逆變單元的核心器件，使高壓電源在工作時穩(wěn)定性更強,適用范圍更廣，效率更高。本發(fā)明中的脈沖振蕩控制單元利用TL494的變頻功能，實現(xiàn)對整體電路工作頻率的改變，使電路在工作時處于高頻狀態(tài)，不產(chǎn)生噪音。其主要特點是體積小，重量輕，便于安裝與維護，取材方便，成本低，便于攜帶運輸。
文檔編號H02M3/28GK102969900SQ201210558870
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者鄧玉福, 劉宏軍, 馬躍, 詹征, 谷珊 申請人:沈陽師范大學