一种串联式高压直流电源低纹波输出方法.pdf

本发明涉及一种高压电源控制领域，特别涉及一种串联式高压直流电源低纹波输出方法。所述串联式高压直流电源包括N个串联在一起的电源模块；所述电源模块为交直-交直电源模块，包含全桥逆变器模块；所述全桥逆变器模块均与脉冲控制模块连接，所述脉冲控制模块通过控制脉冲使所述N个电源模块的输出电压具有相同的纹波周期Tp及频率；本发明提供的串联式高压直流电源低纹波输出方法中，所述N个电源模块中，相邻电源模块的控制脉冲之间具有相位差，使得所述直流电源不需要使用过多的电感电容，即可有效降低输出纹波的峰值，从而使电源的输出稳定性更高。

权利要求书1.  一种串联式高压直流电源低纹波输出方法，其特征在于，所述串联式高压直流电源的N个串联在一起的电源模块的输出电压具有相同的纹波周期Tp及频率；所述N个电源模块中，相邻电源模块的控制脉冲之间具有相位差，所述相位差小于π；其中N为2以上的自然数。2.  如权利要求1所述的串联式高压直流电源低纹波输出方法，其特征在于，所述N个串联在一起的电源模块拓扑一致。3.  如权利要求1或2所述的串联式高压直流电源低纹波输出方法，其特征在于，所述N个串联在一起的电源模块的控制脉冲相位各不相同。4.  如权利要求3所述的串联式高压直流电源低纹波输出方法，其特征在于，相邻电源模块的控制脉冲相位差为π/N。5.  如权利要求1或2所述的串联式高压直流电源低纹波输出方法，其特征在于，所述N个电源模块中，M个电源模块的控制脉冲的相位为相同的，其中M为小于N的自然数。

说明书一种串联式高压直流电源低纹波输出方法
技术领域
本发明涉及一种高压电源控制领域，特别涉及一种串联式高压直流电源低纹波输出方法。
背景技术
高压直流电源在电子束真空蒸发镀膜、半导体和难容金属的电子束熔炼、电子束焊接等行业有着广泛的应用，随着工业技术的发展，电源已由传统的可控硅电源过渡到开关电源，开关电源具有转换效率高、功率因数高、耗费的铜、铁等金属少的优势。
但由于电子束加工行业对高压直流电源的输出稳定度要求越来越高，同时对输出电压的纹波峰峰值的要求也越来越高，通常要求其纹波峰值小于1％；由于高压电源的输出电流通常不大，因此电感滤波对电子束用高压电源的纹波作用非常小，主要采用电容滤波。但电子束行业用的高压直流电源的负载通常为电子枪，大电容的存在，使得电子枪在使用过程中出现打火现象时的瞬时输出功率过大，造成电子抢负载的损坏，因此，对高压开关电源来说，采用电容滤波的传统方式控制电压纹波峰值是行不通的。
传统的高压电源结构如图1所示：输入三相交流电后，经整流、滤波后成直流电，4只开关管Q1、Q2、Q3和Q4组成全桥逆变器，脉冲控制模块通过控制全桥逆变器4个开关管Q1-Q4的通断，改变Q1-Q4的导通关断时间比(即占空比)在AB两点间就会形成以占空比受控制的高频交变方波电压U1，该电压经高频高压变压器T变压后，经Do、Lo、Co(Do为输出整流硅堆，Lo为输出滤波电感，Co为滤波电容)整流后输出至负载Ro。
而个别对电源输出电压要求高的应用场合，如电子束熔炼时，单个如图1所示的高压电源结构不能满足要求，通常采用如图2所示的串联式高压直流电源，即将图1中的高压电源结构进行串联，如串联在一起的N个如图1的高压电源结构输出电压分别为U1、U2、U3………UN，则，图2所示的串联式高压直流电源输出电压U0为：U0＝U1+U2+U3.........UN。同理，当单个如图1所示的N个高压电源结构输出纹波峰值分别为Vp1、Vp2、Vp3………VpN时，在同相控制脉冲的控制下，图2所示的串联式高压直流电源输出电压的纹波峰值Vpp为VPP＝VP1+VP2+VP3.........VPN，这就造成输出电压的纹波峰值过大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有串联式高压直流电源输出电压纹波峰值过大的问题，提供一种能有效降低输出纹波峰值的串联式高压直流电源低纹波输出方法：所述串联式高压直流电源包括N个串联在一起的电源模块；所述电源模块为交直-交直电源模块，所述交直-交直电源模块中包含全桥逆变器模块；所述全桥逆变器模块均与脉冲控制模块连接，所述脉冲控制模块通过控制脉冲使所述N个电源模块的输出电压具有相同的纹波周期Tp及相同的输出频率；所述N个电源模块中，相邻两个电源模块的控制脉冲之间具有时间差t(即相邻两个电源模块的控制脉冲具有相位差，此时，不相邻的电源模块的控制脉冲可以有相位差，也可以为同相的)，所述时间差t小于所述电源模块输出电压的纹波周期Tp(当所述脉冲控制模块输出的控制脉冲周期为TS时，每个电源模块的输出电压纹波周期Tp＝TS/2，因此相邻两个电源模块的控制脉冲时间差t<Tp即相邻两个电源模块的控制脉冲相位差小于π)；其中N为2以上的自然数。
当相邻电源模块的控制脉冲具有时间差t后，所述串联式高压直流电源的输出电压依然为N个电源模块之和，其输出电压的纹波瞬时值也同样为N个电源模块的输出电压纹波瞬时值之和，但由于相邻电源模块的控制脉冲的时间差的存在，使得相邻电源模块输出电压的纹波峰值不在同一时刻到来，而是相隔时间t才到来，这就使得所述串联式高压直流电源的输出电压的纹波峰值始终不会达到N个电源模块输出电压的纹波峰值。
进一步的，所述N个串联在一起的电源模块拓扑一致。
在某些实施例中，本发明提供的串联式高压直流电源低纹波输出方法中，所述N个电源模块的控制脉冲相位各不相同，即通过脉冲控制模块的对脉冲的控制，使得所述N个电源模块的输出电压纹波峰值时间各不相同，在这种情况下，可使得所述串联式高压直流电源的输出电压的纹波峰值最小化。
进一步的，相邻电源模块的控制脉冲之间的固定时间差t＝Tp/N，当所述脉冲控制模块输出的控制脉冲周期为TS时，每个电源模块的输出电压纹波周期Tp＝TS/2，因此，相邻电源模块的控制脉冲之间的固定时间差t＝Tp/N相当于相邻电源模块的控制脉冲之间具有相位差π/N。
在另外一些实施例中，所述N个电源模块中，M个电源模块的输出电压纹波峰值相同，其中M为小于N的自然数(包含0)，即根据需要，也可使得N个电源模块中的M个电源模块具有完全相同的控制脉冲，即N个电源模块中的M个电源模块输出电压的纹波峰值处于同一时间，此时虽然所述串联式高压直流电源输出电压的纹波峰值并非最小，但依旧可以达到减小输出电压纹波峰值的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供一种串联式高压直流电源低纹波输出方法，通过控制相邻电源模块控制脉冲的相位，使得整个直流电源不需要使用过多的电感电容，即可有效降低输出纹波的峰值，使电源输出的稳定性更高。
附图说明：
图1为传统的高压电源结构图。
图2为串联式高压直流电源结构图。
图3为实施例中串联式高压直流电源结构示意图。
图4为实施例中不同电源模块控制脉冲波形图。
图5为实施例中串联式高压直流电源输出电压纹波示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：本实施例的目的在于克服现有串联式高压直流电源输出电压纹波峰值过大的问题，提供一种串联式高压直流电源低纹波输出方法：如图3所示，所述串联式高压直流电源包括2个串联在一起的电源模块1和电源模块2；所述电源模块1和所述电源模块2均为交直-交直电源模块，所述交直-交直电源模块中包含全桥逆变器模块；所述全桥逆变器模块均与脉冲控制模块连接，所述脉冲控制模块通过控制脉冲使所述电源模块1及电源模块2的输出电压具有相同的纹波周期Tp及相同的输出频率；如图4所示，当所述脉冲控制模块输出的控制脉冲周期为TS时，每个电源模块(本实施例中包括电源模块1和电源模块2)的输出电压纹波周期Tp＝TS/2，通过所述脉冲控制模块的调节，使得所电源模块1与电源模块2的控制脉冲之间具有时间差Ts/4(即电源模块1与电源模块2的控制脉冲之间相位相差π/2)。
当电源模块1与电源模块2的控制脉冲具有时间差Ts/4后，所述串联式高压直流电源的输出电压依然为电源模块1与电源模块2输出电压之和，即U0＝U1+U2，其输出电压的纹波瞬时值也同样为电源模块1和电源模块2的输出电压纹波瞬时值之和，但如图5所示，由于控制脉冲的时间差的存在，使得电源模块1与电源模块2输出电压的纹波峰值不在同一时刻到来，这就使得所述串联式高压直流电源的输出电压的纹波峰值始终不会达到2个电源模块输出电压的纹波峰值，即总输出纹波波峰峰值VPP≠VP1+VP2，其中VP1为电源模块1输出电压的纹波波峰峰值，VP2为电源模块1输出电压的纹波波峰峰值；相反，在本实施例中，当电源模块1和电压模块2的控制脉冲相差Ts/4后，所述串联式高压直流电源总输出电压的纹波周期TPP＝TP/2＝TS/4，总输出纹波峰值VPP≤VP/2(具体与实际占空比有关)。