[发明专利]高压隔离开关电源及多个输出隔离的开关电源系统

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，为一种高压隔离开关电源及多个输出隔离的开关电源系统。

背景技术

高压隔离电源，应用于高电压的电力电子领域，在检测仪器、仪表、电力电子变流器中功率半导体器件的驱动等方面，都需要用到原、副边隔离电压达到成千上万伏特的辅助电源。往往在一台装置或仪器中就需要用到多个这样的隔离电源。传统的隔离电源一般难以达到这样的隔离要求，在超高压领域(例如100kV)更是制作困难。由于高压隔离要求的缘故，用常规方案制作出的这样一台电源，往往其体积大、成本高、效率低下。

专利技术“用于电力电子装置的多输出隔离电源”(ZL01145559.4)提供了一种电流源作为输入的分布式高压隔离电源方案，技术上回答了上面提出的超高压隔离与低成本实现的问题。由于该专利技术中的二次开侧电路采用线性电源旁路方案，当负载空载时将消耗全部额定功率，而这消耗的功率有产生相应热量。因此，该方案的电源工作效率比较低，特别是在负载率不高的情况下。同时，该电源的体积不能太小，需要较大的散热面积。这种电源的电路如附图1所示。

采用开关电源能够减少消耗，在空载时将整流端用开关旁路，使副边电源不在电流源上呈现电压降。对此已经有研究报道的几种电流型输入的开关式电源为：

一是主电路采用并联开关输出电压受回差控制，当输出端电压过高时，将变压器副边(通过整流器)旁路，使交流电流不在变压器上产生压降，从而暂时截断输入功率；当输出降低到稍低的电压，旁路开关开路，电源继续接收输入功率。这种方案输出电压脉动较高。参见“多路输出隔离驱动电路及其在短路限流器中的应用，电源技术应用.2003.12”。这种电源的电路如附图2所示。

二是主电路采用与输入交流电流同步的并联开关PWM控制，当输出端电压过高时，将变压器副边(通过整流器)增加旁路比例，使交流电流不在变压器上压降平均值有所下降，从而控制输入功率。这种方案输出电压脉动会较低。遗憾的是，多个这样的副边电源是串联工作的，同步工作时，仅仅有PWM的前沿或后沿部分的电压被利用，当个数很多时就会在原边(即电流源)产生步调一致的PWM波(宽度根据负载大小而有所不同)，其总的电压降峰值为每个副边电源在电流源上的PWM电压幅度之和。这既干扰电流源正常工作，又限制副边电源串联个数(因为实用上的电流源，其总的输出电压降是有限制的)。因为不管负载程度情况如何，最大的串联数限制都是一样的。这种电源的主电路如附图3所示。

三是主电路采用与输入交流电流非同步的并联开关PWM控制，通常PWM的频率要高于交流电流源数倍以上(至少5倍)。遗憾的是，这种电路的开关频率很高，增加了开关损耗。另外由于副边电路输入端的旁路是具有随机性，多个副边电源同步开关的局面(即同时在电流源上呈现电压降)仍有一定出现概率，仍不能彻底解决负载比较轻情况下的串联副边电源个数问题。这种电源的主电路也如附图3所示。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高压隔离开关电源，以及基于该高压隔离开关电源的多个输出隔离的开关电源系统。

本发明要解决问题的思路是：参照专利技术“用于电力电子装置的多输出隔离电源”(ZL01145559.4)，对原边的电流源功率仍呈现均匀吸收，以消除开关波型对原边电流源的干涉，而其中的副边电源则采用高频开关工作模式，本发明电源技术改进，主要体现在于其中的副边电源上。

本发明通过以下技术方案以实现上述发明目的：

提供一种高压隔离开关电源，包括其原边通过交流母线接于交流电流源的隔离变压器，所述隔离变压器的副边顺序连接整流器、输入滤波电容器、开关变流器主电路和输出滤波装置，输出滤波装置的输出端即为高压隔离开关电源的输出端，开关调节器的输入端和输出端分别连该输出端和高频开关变流器主电路；所述输出滤波装置是输出滤波电容器或输出滤波电感中的任意一种，其电路额定储能值均为输入滤波电容器的3倍以上。

所述开关调节器是开关电源中常用的控制电路，通常具备比例、积分、微分(PID)一类调节功能，并以脉冲宽度调节(PWM)、脉冲频率调节(PFM)方式控制开关变流器主电路的工作，所谓开关变流器主电路即开关电源的主电路。

作为一种改进，所述输出滤波装置是输出滤波电容器时，输出的是直流电压；所述输出滤波装置是输出滤波电感时，输出的是直流电流。

作为一种改进，所述开关变流器主电路是具备逆变功能的开关变流器主电路，则：所述输出滤波装置是输出滤波电容器时，输出的是交流电压；所述输出滤波装置是输出滤波电感时，输出的是交流电流。