[发明专利]一种高效电能隔离变换电路

说明书

 

技术领域

本发明是一种全数字化交直流电能隔离变换技术，涉及大率交直流电源，新能源电能转换，稳压、滤波、调压、电源升降压、开关电源电路等。

背景技术

一直来交流变换技术产品，特别是隔离类产品，都是采用交直变换的技术方法，如要交交隔离变换更麻烦，要通过交-直-直-交过程才能完成，这一过程不仅电路结构复杂，成本高，更重要的是功率因数低、谐波干扰大、电能转换效率低，实际中很难使产品达标。

现有出现的一些交交变换电路的设计，电路结构复杂，自身的损耗大，在主回路中多增加一个开关管或二极管，1KW以上的电路电能损耗，就显得重要了，这不仅仅是压降的损耗，如果多增加到二个以上，生产出的产品，就谈不上节能产品，高速工作更艰难、实际工作效率非常低、而且成本高，更重要的是没有真正良好的成熟控制技术电路是不能进入产品商品化的。

就现有隔离稳压、净化电源类产品，特别是交交隔离,具有多方面的缺陷：工作响应慢、体积大而笨重,一般都是自耦变压器加电机为主导的机械稳压方式,一个4KW左右的产品就会有几十公斤，工作寿命短，效率低，成本高，如要滤波净化输出，还再加滤波装制。

因此，将交流电源直接高频变换，电能转换低损耗电路结构，低成本产品，就显得非常重要更有实际意义，但交流电源直接变换需要有良好的控制技术方法，实现双向和分时控制。

发明内容

本发明是电源隔离变换技术，独特的全数字化可编程控制接口，可实现AC-AC；AC-DC；DC-DC；DC-AC升降压高频隔离电能变换，交直流工作都具有分时控制功能特点，交流电源输出频率同步于输入电源频率,由于前级输入侧省去了整流电容平波电路,不存在功率因数低和谐波的产生，电源转换主回路中的开关管器件达到最简优化从而降低工作损耗，T1高频变压器初级电感剩余能量电容吸收，程控回馈电源同时对T1磁复位，输出采用MOSFET开关管，集中数字化的控制方法，非常方便实现同步开关，从而进一步降低电能损耗，输出增加了一个储能电感将获得更高质量的输出特性。分时控制技术使效率更高，运行更可靠，非常适合直流电源大电流工作运行。

电路中Q1、Q2、Q3、Q4是开关管，每个开关管上反并了二极管，现在的开关管和二极管大部分已内置在一个器件中（开关管可由：如IGBT、MOSFET，或其它类型的开关器件，二极管可选内置的也可选外并的，本发明的附图中有开关管电极名称说明图），G1、G2、G3、G4是对应开关管Q1、Q2、Q3、Q4的控制端经隔离耦合连接到控制区（专用集成电路）对应可编程接口，通过相应的编程控制，实现不同的电能变换方式，要实现大功率大电流电能变换这些开关管（即开关管Q1-Q4）上可以分别并联多个分流开关管的方式实现。

在AC-AC交交隔离变换工作方式下，Q1和Q4是交流正负半周（L、N）电能转换的主回路开关管，Q2和Q3是T1高频变压器初级剩余能量吸收通路开关管，Ce作剩余能量吸收，通过程控使吸收的剩余能量回馈给电源同时对T1磁复位。

在AC-DC变换工作方式下，Q1和Q4是交流正负半周（L、N）电能转换的主回路开关管，Q2和Q3是储能电容Ce的电能放电转换开关管，按交流正弦规律程控4组开关管工作，电容的一次充放电过程，完成一个高频周期的电能隔离转换，该电路改变控制方法可以实现谐振变换，并对输出自动平波而不影功率因数。

在DC-AC或DC-DC或AC和DC电源备用实时切换方式下，Q1和Q4是交流正负半周或连接直流电源正极电能转换的主回路开关管，电路中的EN连接点是在直流电源输入工作方式下连接到直流负极，在直流电源输入工作方式下，Q1和Q4程控分时工作，Q2和Q3是储能电容Ce的电能转换开关管，电容的一次充放电过程，完成一个高频周期的电能隔离转换。

一般直流供电场所，电压相对低，开关管工作电流大，因此这种分时转换具有非常特到的优点，能有效地降低开关管的温升剧增，当然任何电源供电，采用分时控制，都会使设备得到更好的工作运行性能，特别适合新能源电能转换。

本发明的技术方案：

一种高效电源隔离电能变换电路，它包括电源输入、交/直流高频驱动电路1、隔离输出电路2、全数字集成控制3依次连接组成。全数字集成控制3还与交/直流电源高频驱动电路1连接。