[发明专利]应用于PSM高压电源的高频变换器及PSM高压电源

说明书

本发明公开了一种应用于PSM高压电源的高频变换器及PSM高压电源。PSM高压电源的主电路由模块化的高频变换器、高压高频变压器、PSM模块组构成。该高频变换器由三相EMI滤波器电路、可控整流电路、软开关逆变器电路和控制电路组成；通过多个高频变换器共同实现数百千瓦平均功率架构，为PSM高压电源提供前级供能。本发明提出的高频变换器具有体积小、模块化、成本低、性能稳定、制造简易、维修方便等优点。多个高压高频变压器实现不同电位的绝缘隔离。多个PSM模块组通过电位叠加实现高压输出。

技术领域

本发明属于PSM高压电源技术领域，具体涉及一种应用于脉冲阶梯调制PSM（PulseStep Modulation）高压电源的高频变换器模块，通过多个高频变换器模块、高压高频变压器、PSM模块和控制电路构成PSM高压电源。

背景技术

PSM技术利用脉冲阶梯调制可输出峰值电压近百千伏、峰值电流近百安培、平均功率数百千瓦的输出参数，因其快速的动态响应和极高的可靠性，广泛应用于等离子体辅助加热领域。以辅助加热手段常见的电子回旋共振为例，采用PSM技术相对高压晶闸管调压技术和高压四象管技术具有效率高、输出电压精度高、快速保护的优点。PSM高压电源具备高电压绝缘、大功率输出、负载陡降、抗电流冲击等各项能力。

目前应用在国外的NBI、ECRH的PSM高压电源大多采用油浸式工频变压器，其原边采用△形和Y形接法，副边引出多绕组为三相全波整流拓扑的PSM供电；应用在国内的NBI、ECRH大多采用双Y绕组油浸式工频变压器和干式多绕组变压器为三相全波整流拓扑的PSM供电。

现有技术的低压侧变换器拓扑主要采用低工作频率的三相工频全波整流电路、高压变压器主要采用低工作频率的三相多绕组变压器。三相工频全波整流电路存在重量重、体积大、控制精度低、输出纹波大等缺点。低频率的多绕组变压器存在体积大、生产难度大、维修成本高等缺点。

发明内容

为了解决现有低压侧变换器存在的技术问题，本发明提供了一种应用于PSM高压电源的高频变换器。本发明的变换器采用高频逆变技术实现，通过多个变换器模块为PSM模块提供能量，多个PSM模块通过电位叠加实现高压输出。本发明的低压侧高频变换器相对工频变换器具有体积小、功率因数高、控制精度高和输出波纹小等优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种应用于PSM高压电源的高频变换器，该变换器模块化应用于PSM高压电源，该变换器由三相EMI滤波器电路、可控整流电路、软开关逆变电路和控制电路组成；

所述三相EMI滤波器电路用于对三相交流电进行去噪处理，并将处理之后的三相交流电输入到所述可控整流电路；

所述可控整流电路将接收的三相交流电转为直流电，并将直流电输入到所述软开关逆变电路；

所述软开关逆变电路将接收的直流电转为高频双极性输出，并通过高压高频变压器为PSM高压电源供能；

所述可控整流电路与所述软开关逆变电路由所述控制电路进行控制。

本发明采用三相EMI滤波器电路来抑制电磁共模噪声和电磁差模噪声；采用可控整流电路降低了电网侧谐波含量，提高功率因数，由三相EMI滤波器电路和可控整流电路共同改善高压电源系统的电网质量，提高高压控制电路工作的稳定性。本发明的高频变换器采用高频逆变技术实现，具有模块化、体积小、功率因数高、控制精度高、输出波纹小等优点。

优选的，本发明的控制电路基于DSP和ARM实现，所述控制电路控制所述可控整流电路的功率开关，使得三相电的工作电流跟随工作电压，输出直流功率；

所述控制电路控制所述软开关逆变电路的功率开关，使得功率开关零电压开通零电流关断，输出高频功率；

所述控制电路与上位机通信连接。