[实用新型]一种高效电力直流高频开关整流器

说明书

本实用新型涉及一种用于变电站直流电源成套装置的高频开关整流器。

电力系统的变电站广泛采用由蓄电池组成的直流控制电源，蓄电池需要定期进行充电，这就需要将交流动力电源转变为直流电源的电源装置，通常称之为整流器。整流器除为蓄电池组充电外，还提供常用控制负荷的用电。

国内外电力直流电源成套装置中使用的整流器大多是晶闸管相控整流器，由工频变压器、晶闸管整流桥、滤波电感和电容组成，工频变压器实现整流器与电网的隔离，通过控制晶闸管的导通角改变输出电压，满足蓄电池不同工况时的要求。由于这种整流器是在工频情况下进行电压变换，体积大、笨重，另外其电气性能指标，比如稳压、稳流精度、纹波电压系数较低、噪音大，难以满足阀控密封铅酸蓄电池的充电要求。

目前，为改进晶闸管相控整流器的上述缺陷，有电力高频开关整流器，其由输入整流滤波、逆变电路、高频变压器、高频整流和输出滤波电感、电容组成。输入整流滤波将工频交流整流，经电容或电感电容滤波变为直流，逆变电路将直流变为高频方波脉冲(PWM脉冲)，由高频变压器进行电压变换和实现与电网的隔离，经高频整流和输出电感、电容滤波，获取所需的直流，输出电压的改变通过调整PWM脉冲的占空比来实现。与相控整流器相比，具有体积小、重量轻、稳压稳流精度高、纹波电压系数小、噪音小等优点，但仍存在以下缺陷：

1)由于输入部分采用电容滤波，只有在交流电网电压高于滤波电容两端电压时，滤波电容才开始充电，因此输入电流波形是宽度很窄的脉冲，这种电流的谐波分量很大，输入总谐波失真可高达100％～130％，功率因数只有0．6～0．7。尽管可以采用电感、电容滤波方法进行补偿，功率因数仍然低于0．92的水平。低功率因数的开关整流器存在许多问题：谐波电流污染电网，干扰变电站其他二次用电设备，造成测量仪表产生较大误差；另外，在输出功率一定的情况下，输入电流的有效值较大，必须增加电源线、输入熔断器和断路器的规格。

2)经电容滤波后的直流电压会随着电网电压的波动而变化，为保证整流器在很宽的电网电压范围内工作，比如：电网电压变化±20％，PWM脉冲的占空比必须在很大范围内变化，从而增加整流器控制方式的不稳定性。

3)逆变部分的高频开关元件通常采用功率场效应管(MOSFET)，场效应管的导通特性可等效为阻性，在大电流的情况下，产生很大的功率损耗，该损耗以热的形式耗散场效应管的管芯中，需要增大外加散热器的面积来降低管芯温度。

本实用新型的目的在于提供一种具有高功率因数的电力直流高频开关整流器，消除对电网的谐波污染，拓宽交流输入电压范围。

本实用新型的第二个目的是提供一种具有高效率的电力直流高频开关整流器。

为达到上述目的，本实用新型是这样实现的：有源功率因数校正器(1)和直流-直流变换器(2)两部分串联组成整流器，并安装在散热器(3)上，有源功率因数校正器(1)将交流输入变换为400V左右的直，直流-直流变换器(2)将400V直流经逆变、电压变换隔离、整流为220V左右的直流输出，其特征是有源功率因数校正器(1)采用平均电流型控制器。

所用的直流-直流变换器(2)采用半桥拓扑结构。

为了达到第二个目的，本实用新型的有源功率因数校正器(1)和直流-直流变换器(2)采用warp系列绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

所用的直流直流变换器(2)采用隔离单端双电压高速驱动器(4)。

为了完成本实用新型的其它目的，有源功率因数校正器(1)的开关管由控制芯片直接驱动。

所用的直流-直流变换器(2)采用电压型控制器。

为更好地说明本发明，下面通过附图予以详细说明。

附图1是本实用新型的外型剖面图。

附图2是有源功率因数校正器的电气原理示意图。

附图3是专为绝缘栅双极晶体管半桥拓扑结构设计的隔离单端双电压高速驱动器的电气原理示意图。

其中图号：

1：有源功率因数校正器；2：直流-直流变换器；3：散热器

4：隔离单端双电压高速驱动器；              5：整流桥

6：控制器；           7：储能电感；    8：绝缘栅双极晶体管

9：二极管；           10：电容；       11：脉宽调制脉冲

12：二极管；          13：驱动管；     14：15V电源

15：驱动变压器；      16：电阻；       17：电阻