一種模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)，屬于電力電子【技術(shù)領域】；該系統(tǒng)包括：一個帶有即插即用型接口的電源模塊、一個帶有即插即用型接口的控制模塊、一個帶有即插即用型接口的信號處理模塊、一個或多個帶有即插即用型接口的功率模塊、一個或多個高頻隔離變壓器及一個帶有多個即插即用型接口的母板；該電源模塊、控制模塊、信號處理模塊和功率模塊均通過各自的即插即用型接口插入母板對應的即插即用接口之中，并且通過母板上的信號連接母線實現(xiàn)信號傳遞；功率模塊和功率模塊以及功率模塊和高頻隔離變壓器之間通過功率連接母線連接；本發(fā)明可以實現(xiàn)功率變換系統(tǒng)的即插即用功能，并且模塊化結(jié)構(gòu)方便生產(chǎn)、裝配和維護。
【專利說明】一種模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領域】，涉及到高頻鏈功率變換系統(tǒng)，特別涉及一種模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的功率變換系統(tǒng)通常是通過工頻變壓器實現(xiàn)電壓匹配和電氣隔離。但是由于工頻變壓器體積龐大、質(zhì)量笨重、損耗較大并且噪音很大，很難實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的高功率密度和高效率。而隨著功率變換系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中越來越普及，這已經(jīng)成為實現(xiàn)高功率密度和高效率的功率變換器的一個主要障礙。
[0003]近年來，通過采用高頻變壓器取代傳統(tǒng)的工頻變壓器被普遍認為是下一代功率變換的必然發(fā)展趨勢。采用高頻變壓器方案的優(yōu)勢在于裝置的體積小、重量輕、成本低，并可避免傳統(tǒng)工頻變壓器由于鐵心磁飽和造成系統(tǒng)中電壓電流波形畸變的問題；若將開關(guān)頻率提高到20kHz以上，更可極大地降低裝置的運行噪聲。尤其在智能電網(wǎng)中功率變換系統(tǒng)越來越普及的大背景下，高頻鏈功率變換系統(tǒng)的應用前景廣闊。
[0004]目前，關(guān)于高頻鏈功率變換系統(tǒng)的研究大多停留在原理層面，而對于系統(tǒng)的開發(fā)則大多采用平面、集成的結(jié)構(gòu)，大部分電源、控制、采樣以及功率電路均被放置于同一塊集成電路板中，并且電路板采用平面結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)通常體積龐大、管理困難、不易擴容、裝配和維護，嚴重阻礙了高頻鏈功率變換系統(tǒng)的高功率密度和高效率優(yōu)勢的發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決上述的技術(shù)問題，提出一種模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)高頻鏈功率變換系統(tǒng)的即插即用功能，并且模塊化結(jié)構(gòu)方便生產(chǎn)、裝配和維護。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
[0007]—種模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:一個帶有即插即用型接口的電源模塊、一個帶有即插即用型接口的控制模塊、一個帶有即插即用型接口的信號處理模塊、一個或多個帶有即插即用型接口的功率模塊、一個或多個高頻隔離變壓器及一個帶有即插即用型接口的母板；該電源模塊、控制模塊、信號處理模塊和功率模塊均通過各自的即插即用型接口插入母板對應的即插即用接口之中，并且通過母板上的信號連接母線實現(xiàn)信號傳遞；功率模塊和功率模塊以及功率模塊和高頻隔離變壓器之間通過功率連接母線連接，并且通過功率連接母線實現(xiàn)功率流動。
[0008]所述的多個功率模塊完全相同，主要包含一個半橋或全橋變換器，直流濾波電容、散熱器、風扇、電流檢測電路、電壓檢測電路、開關(guān)管驅(qū)動電路，以及即插即用型接口 ；直流濾波電容放置于半橋或全橋變換器的直流側(cè)，半橋或全橋變換器的開關(guān)管散熱極貼于散熱器內(nèi)側(cè)，風扇放置于散熱器風道頂側(cè)，電流檢測電路的傳感器接入半橋或全橋變換器的直流側(cè)和交流側(cè)，電壓檢測電路的傳感器接入半橋或全橋變換器的直流側(cè)，開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端接入半橋或全橋變換器開關(guān)管的驅(qū)動極，電流檢測電路和電壓檢測電路的輸出、開關(guān)管驅(qū)動電路的輸入與即插即用接口相連。
[0009]所述的高頻隔離變壓器集成有理想高頻變壓器和輔助電感；
[0010]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于:
[0011]I)將整個高頻鏈功率變換系統(tǒng)離散化為一個帶有即插即用型接口的電源模塊、一個帶有即插即用型接口的控制模塊、一個帶有即插即用型接口的信號處理模塊、一個或多個帶有即插即用型接口的功率模塊、一個或多個高頻隔離變壓器及一個帶有即插即用型接口的母板，不僅可以實現(xiàn)功率變換系統(tǒng)所需要的基本功能，還實現(xiàn)了高頻鏈功率變換系統(tǒng)的即插即用功能，并且模塊化結(jié)構(gòu)方便生產(chǎn)、裝配和維護。
[0012]2)所有功率模塊完全相同，均設計為全橋或半橋結(jié)構(gòu)，并且可以獨立實現(xiàn)DC-AC變換功能，這使得高頻鏈功率變換系統(tǒng)可以靈活的擴展和變形為各種用途的功率變換設備。
[0013]3)高頻隔離變壓器將理想高頻變壓器和輔助電感集成到一個高頻隔離變壓器中，進一步增大了高頻鏈功率變換系統(tǒng)的功率密度，提高了模塊化程度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是實施例中所實現(xiàn)的模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)圖。
[0015]圖2是實施例中所實現(xiàn)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合本發(fā)明的技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。
[0017]本發(fā)明實施例中所實現(xiàn)的模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)包括:一個帶有即插即用型接口的電源模塊Ml、一個帶有即插即用型接口的控制模塊M2、一個帶有即插即用型接口的信號處理模塊M3、兩個個帶有即插即用型接口的功率模塊PM1、PM2，一個高頻隔離變壓器T，及一個帶有即插即用型接口的母板MB ;該電源模塊、控制模塊、信號處理模塊和功率模塊均通過各自的即插即用型接口 X1、X2、X3、PX1、PX2插入母板對應的即插即用接口 XB1、XB2、XB3、PXB1、PXB2之中，并且通過母板上的信號連接母線LS實現(xiàn)信號傳遞；功率模塊和功率模塊以及功率模塊和高頻隔離變壓器T之間通過功率連接母線LP連接，并且通過功率連接母線LP實現(xiàn)功率流動。
[0018]本發(fā)明系統(tǒng)各部件的具體實現(xiàn)方式及功能分別說明如下:
[0019]上述的功率模塊PMl和PM2完全相同，各包含一個全橋變換器，直流濾波電容、散熱器、風扇、電流檢測電路、電壓檢測電路、開關(guān)管驅(qū)動電路，以及即插即用型接口 ；直流濾波電容放置于半橋或全橋變換器的直流側(cè)，半橋或全橋變換器的開關(guān)管散熱極貼于散熱器內(nèi)側(cè)，風扇放置于散熱器風道頂側(cè)，電流檢測電路的傳感器接入半橋或全橋變換器的直流側(cè)和交流側(cè)，電壓檢測電路的傳感器接入半橋或全橋變換器的直流側(cè)，開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端接入半橋或全橋變換器開關(guān)管的驅(qū)動極，電流檢測電路和電壓檢測電路的輸出、開關(guān)管驅(qū)動電路的輸入與即插即用接口相連。
[0020]實施例中全橋變換器中的開關(guān)器件為日本Rohm公司生產(chǎn)的SiC-DMOS:SCH2080KE，直流濾波電容為3300μ F/450V，散熱器為PAT.N0.7151669，電流和電壓檢測電路的傳感器為LEM公司的LV25-P，開關(guān)管驅(qū)動電路的芯片為F0D3180，即插即用接口 PXl和PX2為32腳雙排插針，引腳間距2.54mm。
[0021]所述的高頻隔離變壓器集成有理想高頻變壓器和輔助電感。
[0022]本發(fā)明的系統(tǒng)實施例中所實現(xiàn)的高頻鏈功率變換拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。Hl和H2為全橋變換器，Cl和C2為直流濾波電容，L為輔助電感，Tl為理想高頻變壓器。
[0023]本實施例的帶有即插即用型接口的電源模塊，輸入為一路24V直流，輸出有三路電壓:5V直流、12V直流以及±12V直流，采用電源模塊為YD5-12S05, YD20-24S05, YD20-24S12,即插即用接口 Xl為64腳雙排插針，引腳間距2.54mm η
[0024]帶有即插即用型接口的控制模塊采用DSP、FPGA及其外圍電路組成，DSP采用F2812，F(xiàn)PGA采用XC3S500E，外圍電路為常規(guī)的外圍電路，即插即用接口 X2為64腳雙排插針，引腳間距2.54mm。
[0025]帶有即插即用型接口的信號處理模塊包括2路電壓保護電路，3路電流保護電路，6路AD轉(zhuǎn)換電路，電壓保護電路和電流保護電路為常規(guī)的保護電路，AD轉(zhuǎn)換電路中的AD轉(zhuǎn)換芯片采用AD7321，即插即用接口 X2為64腳雙排插針，引腳間距2.54mm。
[0026]帶有即插即用型接口的母板包括5個即插即用接口，其中XB1、XB2、XB3均為64腳雙排插座，引腳間距2.54mm, PXBU PXB2均為32腳雙排插座，引腳間距2.54mm。
[0027]本發(fā)明的系統(tǒng)實施例中所實現(xiàn)的模塊化即插即用結(jié)構(gòu)不僅實現(xiàn)高頻鏈功率變換系統(tǒng)的即插即用功能，并且模塊化結(jié)構(gòu)方便生產(chǎn)、裝配和維護。
【權(quán)利要求】
1.一種模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:一個帶有即插即用型接口的電源模塊、一個帶有即插即用型接口的控制模塊、一個帶有即插即用型接口的信號處理模塊、一個或多個帶有即插即用型接口的功率模塊、一個或多個高頻隔離變壓器及一個帶有即插即用型接口的母板；該電源模塊、控制模塊、信號處理模塊和功率模塊均通過各自的即插即用型接口插入母板對應的即插即用接口之中，并且通過母板上的信號連接母線實現(xiàn)信號傳遞；功率模塊和功率模塊以及功率模塊和高頻隔離變壓器之間通過功率連接母線連接，并且通過功率連接母線實現(xiàn)功率流動。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)，其特征在于，所述的多個功率模塊完全相同，主要包括一個半橋或全橋變換器，直流濾波電容、散熱器、風扇、電流檢測電路、電壓檢測電路、開關(guān)管驅(qū)動電路，以及即插即用型接口 ；直流濾波電容放置于半橋或全橋變換器的直流側(cè)，半橋或全橋變換器的開關(guān)管散熱極貼于散熱器內(nèi)側(cè)，風扇放置于散熱器風道頂側(cè)，電流檢測電路的傳感器接入半橋或全橋變換器的直流側(cè)和交流偵牝電壓檢測電路的傳感器接入半橋或全橋變換器的直流側(cè)，開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端接入半橋或全橋變換器開關(guān)管的驅(qū)動極，電流檢測電路和電壓檢測電路的輸出、開關(guān)管驅(qū)動電路的輸入與即插即用接口相連。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊化即插即用結(jié)構(gòu)的高頻鏈功率變換系統(tǒng)，其特征在于，所述的高頻隔離變壓器集成有理想高頻變壓器和輔助電感。
【文檔編號】H02M3/28GK103516176SQ201310467480
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】趙彪, 宋強, 劉文華 申請人:清華大學