一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，包括單相PFC功率單元、雙管正激DC?DC功率變換單元、高頻變壓器、倍壓整流功率單元、基于ARM的監控單元，能夠產生可整定、限電壓、限電流的10kV直流高壓輸出以凈化空氣，同時滿負荷工作時三相輸入電源的功率因數可達0.99以上，有效地降低了網側輸入無功損耗及諧波干擾；當高壓負載側發生短路時，該高壓電源裝置能夠在微秒級時間內自動切斷保護，并在短路故障消失后自動重啟。此外，該高壓電源裝置亦能夠對各功率單元的運行狀態進行實時監測，并通過CAN網絡向上級監控系統傳輸運行參數、故障信息等，同時接收上級監控系統發送的開關命令。

A single phase 220V input high power factor high voltage power supply for ship

The invention discloses a ship high-voltage power supply with high power factor input device for single-phase 220V, including single-phase PFC power unit, two transistorforward DC DC power conversion unit, high frequency transformer, voltage doubler rectifier power unit, monitoring unit based on ARM, which can produce 10kV DC high voltage output power, setting pressure, current limit to purify the air, and full load power factor can reach more than 0.99 of the three-phase input power supply, effectively reduce the network side input reactive power loss and harmonic interference; when the pressure load is short circuited, the high voltage power supply device can automatically cut off protection in the microsecond time, automatically restart and disappear in a short circuit fault after. In addition, the high voltage power supply device can also monitor the operation state of the power unit, and through the CAN network to the monitoring system of transmission parameters, fault information, and transmitting and receiving superior monitoring system command switch.

【技術實現步驟摘要】
一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置
本專利技術涉及船用單相220V輸入高壓靜電凈化電源
，具體是一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置。
技術介紹
船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，是一種新穎的智能化高壓電源裝置，具有高輸入功率因數、高功率密度、無低頻噪聲、電磁干擾小、可靠性高、便于計算機遠程控制等優越性能。船舶單相220V輸入高壓靜電凈化領域目前仍主要采用變壓器低頻升壓整流、高頻不控整流等傳統電源技術，雖然技術成熟，但體積重量較大，功率密度低，低頻噪聲較大，網側功率因數較低，對電網污染嚴重，且不適應船舶電氣智能化發展的需求。因此，研制高性能、智能化、“綠色”船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置勢在必行。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，用于替代變壓器低頻升壓整流、高頻不控整流等傳統高壓電源裝置，以實現船舶單相220V輸入高壓靜電凈化領域高功率因數、高性能、智能化的發展需求。本專利技術的目的通過以下技術方案來實現：一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，包括單相PFC功率單元、雙管正激DC-DC功率變換單元、高頻變壓器、倍壓整流功率單元、基于ARM的監控單元；所述單相PFC功率單元，用于將220V單相輸入電源變換成穩定的直流400V電源輸出，供后級雙管正激DC-DC功率變換單元使用，同時使220V網側電源的輸入功率因數達0.99以上，有效降低網側輸入無功損耗及諧波干擾；所述雙管正激DC-DC功率變換單元，用于將前級單相PFC功率單元輸出直流400V電源變換成高頻功率脈沖波，供高頻變壓器升壓使用；采用碳化硅功率元件的該功率變換單元，是目前船用領域中小功率等級DC-DC隔離變換綜合性能最優、最新穎的電路結構之一。所述高頻變壓器，用于將雙管正激DC-DC功率變換單元輸出的高頻功率脈沖波升壓至1.7kV左右的高頻脈沖波，供后級倍壓整流功率單元倍壓使用；所述倍壓整流功率單元，用于將高頻變壓器輸出的1.7kV左右的高頻脈沖波倍壓整流成10kV直流電壓，供高壓空氣凈化使用。所述基于ARM的監控單元，用于對各功率組成單元的運行狀態進行實時監測，并通過CAN網絡向上級監控系統傳輸運行參數、故障信息，同時接收上級監控系統向該高壓電源裝置發送的開關命令。其中，所述單相PFC功率單元由一個Boost高頻電感、六個功率二極管、一個碳化硅高頻功率管及控制電路組成；控制電路采用ICE3PCS系列專用集成控制芯片進行PWM脈寬信號的產生和調理，其無需直接來自交流電源的正弦波參考信號，采用電流平均值控制方法，使得功率因數可以達到0.99。其中，所述雙管正激DC-DC功率變換單元由兩個碳化硅高頻功率管、兩個碳化硅快恢復二極管、RCD緩沖電路及控制電路構成；控制電路設計成基于電流型PWM控制芯片UC1845的恒流恒壓雙閉環控制模式；電路采集電流反饋信號和電壓反饋信號進行PI調節，兩個控制環的輸出控制信號同時輸入到UC1845的COMP腳，實現兩路控制信號的低有效；采樣元件將流經高頻功率管的瞬時電流信號輸入到UC1845的ISENSE腳，同時電路設計成軟啟動功能。其中，所述高頻變壓器采用符合船用條件的非晶及納米晶軟磁合金材料，并采用多股并繞工藝，實現將雙管正激DC-DC功率變換單元輸出的高頻脈沖波升壓至1.7kV左右高頻脈沖波的目的。其中，所述倍壓整流功率單元由12個高壓二極管、9個高壓電容組成，高壓二極管選用低導通壓降型號，高壓電容選用低漏電流規格。其中，所述基于ARM的監控單元由ARM、信號調理電路、狀態隔離電路、CAN通訊電路組成，實現電源裝置運行狀態的實時監測及與上級監控系統的通訊。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：本專利技術能夠產生可整定、限電壓、限電流的10kV直流高壓輸出以凈化空氣，同時滿負荷工作時三相輸入電源的功率因數可達0.99以上，有效地降低了網側輸入無功損耗及諧波干擾；此外，該高壓電源裝置亦能夠對各功率單元的運行狀態進行實時監測，并通過CAN網絡向上級監控系統傳輸運行參數、故障信息等，同時接收上級監控系統發送的開關命令。相較于傳統的變壓器低頻升壓整流、高頻不控整流等船用高壓電源裝置，具有明顯優勢，因此在船舶領域具有廣闊的應用前景。附圖說明圖1為本專利技術所介紹單相PFC功率單元；圖2為本專利技術所介紹雙管正激DC-DC功率變換單元主電路；圖3為本專利技術所介紹雙管正激DC-DC功率變換單元電流控制環；圖4為本專利技術所介紹雙管正激DC-DC功率變換單元電壓控制環；圖5為本專利技術所介紹雙管正激DC-DC功率變換單元UC1845控制電路；圖6為本專利技術所介紹倍壓整流功率單元。圖7為本專利技術實施例一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置的系統框圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。如圖7所示，本專利技術實施例提供了一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，包括單相PFC功率單元、雙管正激DC-DC功率變換單元、高頻變壓器、倍壓整流功率單元、基于ARM的監控單元。本專利技術所述單相PFC功率單元如圖1所示，整流電路為單相橋式不可控整流，主電路采用DC-DCBoost變換電路，基于ICE3PCS系列專用集成控制芯片的控制電路，內部包含有一個電壓環電路、一個電流環電路及PWM控制器，采用電壓、電流雙閉環控制方式，電流反饋網絡的取樣信號是升壓變換器的電感電流，電壓反饋網絡的取樣信號是變換電路的輸出電壓。電壓環電路正常工作時，輸出電壓基本保持恒定，該CCM升壓型PFC控制電路的高頻功率管關斷占空比Doff正比于Vin，電流環電路調整電感電流的平均值，使它正比于關斷占空比Doff，從而電使感電流的平均值正比于輸入電壓Vin，實現了功率因數校正的功能。圖2為本專利技術所述雙管正激DC-DC功率變換單元主電路，主要由兩個碳化硅高頻功率管、兩個碳化硅快恢復二極管、高頻功率管RCD緩沖電路構成?？刂齐娐冯娏骺刂骗h和電壓控制環，分別如圖3和圖4所示，采集電流反饋信號和電壓反饋信號進行PI調節，兩個控制環的輸出控制信號VB同時輸入到控制芯片UC1845的COMP腳，實現兩路控制信號的低有效；使用高精度采樣元件采樣主電路流經碳化硅高頻功率管的電流，將瞬時采樣信號輸入到UC1845的ISENSE腳，同時電路設計成軟啟動功能，UC1845控制電路如圖5所示。采用碳化硅功率元件的雙管正激DC-DC功率變換單元，是目前船用領域中小功率等級DC-DC隔離變換綜合性能最優、最新穎的電路結構之一。本專利技術所述倍壓整流功率單元如圖6所示，主要由12個高壓二極管和9個高壓電容組成，形成高頻變壓器副邊六倍壓的整流能力。需要注意的是，為了保證穩定的、高質量10kV直流輸出，高壓二極管應選用低導通壓降型號，高壓電容應選用低漏電流規格。以上對本專利技術的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本專利技術并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，其特征在于：包括單相PFC功率單元、雙管正激DC?DC功率變換單元、高頻變壓器、倍壓整流功率單元、基于ARM的監控單元；所述單相PFC功率單元，用于將220V單相輸入電源變換成穩定的直流400V電源輸出，供后級雙管正激DC?DC功率變換單元使用，同時使220V網側電源的輸入功率因數達0.99以上，；所述雙管正激DC?DC功率變換單元，用于將前級單相PFC功率單元輸出直流400V電源變換成高頻功率脈沖波，供高頻變壓器升壓使用；所述高頻變壓器，用于將雙管正激DC?DC功率變換單元輸出的高頻功率脈沖波升壓至1.7kV左右的高頻脈沖波，供后級倍壓整流功率單元倍壓使用；所述倍壓整流功率單元，用于將高頻變壓器輸出的1.7kV左右的高頻脈沖波倍壓整流成10kV直流電壓，供高壓空氣凈化使用。所述基于ARM的監控單元，用于對各功率組成單元的運行狀態進行實時監測，并通過CAN網絡向上級監控系統傳輸運行參數、故障信息，同時接收上級監控系統向該高壓電源裝置發送的開關命令。

【技術特征摘要】
1.一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，其特征在于：包括單相PFC功率單元、雙管正激DC-DC功率變換單元、高頻變壓器、倍壓整流功率單元、基于ARM的監控單元；所述單相PFC功率單元，用于將220V單相輸入電源變換成穩定的直流400V電源輸出，供后級雙管正激DC-DC功率變換單元使用，同時使220V網側電源的輸入功率因數達0.99以上，；所述雙管正激DC-DC功率變換單元，用于將前級單相PFC功率單元輸出直流400V電源變換成高頻功率脈沖波，供高頻變壓器升壓使用；所述高頻變壓器，用于將雙管正激DC-DC功率變換單元輸出的高頻功率脈沖波升壓至1.7kV左右的高頻脈沖波，供后級倍壓整流功率單元倍壓使用；所述倍壓整流功率單元，用于將高頻變壓器輸出的1.7kV左右的高頻脈沖波倍壓整流成10kV直流電壓，供高壓空氣凈化使用。所述基于ARM的監控單元，用于對各功率組成單元的運行狀態進行實時監測，并通過CAN網絡向上級監控系統傳輸運行參數、故障信息，同時接收上級監控系統向該高壓電源裝置發送的開關命令。2.如權利要求1所述一種船用單相220V輸入高功率因數高壓電源裝置，其特征在于：所述單相PFC功率單元由一個Boost高頻電感、六個功率二極管、一個碳化硅高頻功率管及控制電路組成；控制電路采用ICE3PCS系列專用集成控制芯片進行PWM脈寬信號的產生和調理，其無需直接來自交流電源的正弦波參考信號，采...

【專利技術屬性】
技術研發人員：章建峰，王文彬，陳清，林巍，戴君煜，王一帆，張雙刀，顧思琪，
申請(專利權)人：上海嘉洲環保機電設備有限責任公司，
類型：發明
國別省市：上海,31