直流直流變換單元及直流電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型寬輸入電壓范圍低輸出電壓諧波直流電源，該電路可用于直流加熱電源領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，單/多晶硅、藍(lán)寶石等新型材料的制備通常采用直拉法在晶體爐中拉晶生長(zhǎng)成型，其制備過(guò)程分為高溫化料和等徑拉晶兩個(gè)階段，這兩個(gè)階段都需要用一臺(tái)大功率直流電源來(lái)為晶體爐加熱，因此，電源效率的高低就成為晶體制備過(guò)程是否節(jié)能的關(guān)鍵。
[0003]現(xiàn)有用于晶體爐加熱的直流電源主要分為兩類，一類是可控硅整流電源，如中國(guó)專利200910059542，一類是高頻電源，可控硅整流電源采用可控硅對(duì)工頻整流的方式提供直流電，而高頻電源則采用高頻逆變方式將工頻逆變成高頻，再將高頻整流和濾波變成直流而為負(fù)載供電，它與可控硅整流電源相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
[0004]I)高頻變壓器體積小，耗銅耗鐵量小，成本低廉，符合綠色環(huán)保主潮流；2)效率比可控硅電源略高；3)輸出波形質(zhì)量好，有利于延長(zhǎng)加熱器壽命；4)功率因數(shù)高，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償裝置。因此，高頻電源取代可控硅整流電源是必然趨勢(shì)。
[0005]普通的高頻電源常以額定輸出電壓滿載荷的工作效率作為電源效率指標(biāo)。但就晶體生長(zhǎng)而言，需要電源滿載負(fù)荷工作的高溫化料時(shí)間只為4-5個(gè)小時(shí)，而需要電源半載負(fù)荷工作的等徑拉晶時(shí)間卻長(zhǎng)達(dá)20-25個(gè)小時(shí)，因此，只衡量電源的滿載效率顯然是不夠的，其半載負(fù)荷的工作效率也很重要的，但目前用于晶體爐加熱的高頻電源其滿載荷的效率都能達(dá)到95%，而半載荷的效率只有80%左右，難以滿足低碳節(jié)能的需要。同時(shí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)輸入電壓波動(dòng)范圍較大，為了適應(yīng)寬輸入電壓范圍需求，后級(jí)直流變換器的設(shè)計(jì)不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此系統(tǒng)整體效率不佳。
[0006]本實(shí)用新型的寬輸入電壓范圍指的是電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍在±20%之間。本實(shí)用新型低輸出電壓諧波的諧波含量是輸出濾波器前的電壓諧波含量，即是L。前的電壓波形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)輸入電壓波動(dòng)范圍較大的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種寬輸入電壓范圍低輸出電壓諧波直流變換單元及直流電源。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0009]直流直流變換單元，包括均壓電路、多個(gè)自關(guān)斷器件、變壓器組及整流濾波單元，其特殊之處在于:
[0010]所述多個(gè)自關(guān)斷器件分為第一開關(guān)組和第二開關(guān)組，第一開關(guān)組包括依次串聯(lián)的S1, S2, S3, S4,第二開關(guān)組包括依次串聯(lián)的S5、S6、S7、S8，其中S1、S5的集電極分別與電源的正極連接，S4, S8的發(fā)射極分別與電源的負(fù)極連接，每個(gè)自關(guān)斷器件的發(fā)射極與集電極之間均反并聯(lián)了一個(gè)二極管，
[0011]所述均壓電路包括連接在電源正負(fù)極之間的兩個(gè)串聯(lián)的輸入電容Cinl及Cin2、連接在S1的發(fā)射極與S 3的發(fā)射極之間的兩個(gè)串聯(lián)的二極管D cll及D。12，連接在S5的發(fā)射極與S 7的發(fā)射極之間的兩個(gè)串聯(lián)的二極管0。13及D。14，所述0&的陰極與S i的發(fā)射極連接，所述D。13的陰極與35的發(fā)射極連接，C inl與C in2的連接點(diǎn)、D dl與D。12的連接點(diǎn)及D。13與D。14的連接點(diǎn)之間電連接，
[0012]所述變壓器組包括變壓器!\及變壓器T 2，所述變壓器T1的原邊繞組的同名端通過(guò)隔直電容(:吣與S6的發(fā)射極連接，所述T1的原邊繞組的異名端與S2的發(fā)射極連接；所述變壓器T2的原邊繞組的同名端通過(guò)隔直電容(:％2與S6的發(fā)射極連接，所述1~2的原邊繞組的異名端與電源負(fù)極連接，
[0013]所述變壓器1\及變壓器T 2的副邊繞組串聯(lián)并通過(guò)整流濾波單元輸出直流電流。
[0014]—種直流電源，其特殊之處在于:
[0015]包括依次連接的交流電源、二極管不控整流單元及三電平低輸出電壓紋波直流直流變換單元，所述交流電源通過(guò)二極管不控整流單元為三電平低輸出電壓紋波直流直流變換單元提供直流輸入，所述三電平低輸出電壓紋波直流直流變換單元的結(jié)構(gòu)如上所述。
[0016]上述二極管不控整流單元為三相橋式二極管不控整流單元。
[0017]上述直流電源還包括設(shè)置在不控整流單元與三電平低輸出電壓紋波直流直流變換單元之間的直流穩(wěn)壓功率因數(shù)校正單元，
[0018]所述直流穩(wěn)壓功率因數(shù)校正單元包括電感Lin、自關(guān)斷器件Sin、二極管Din，所述Lin的輸入端與二極管不控整流單元的輸出正端連接，所述L ^的輸出與D in的正端連接；所述Din的負(fù)端與三電平低輸出電壓紋波直流直流變換單元的輸入正端連接；所述自關(guān)斷器件Sin還反并聯(lián)一個(gè)二極管IV，所述自關(guān)斷器件Sin的集電極連接與電感Lin的輸出端連接，所述自關(guān)斷器件Sin的發(fā)射極與二極管不控整流單元的輸出負(fù)端連接。
[0019]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是:
[0020]I)本實(shí)用新型輸入電壓范圍寬，輸入電壓適應(yīng)380V±30%的變換范圍，且不影響后級(jí)變換單元效率；
[0021]2)本實(shí)用新型功率因數(shù)達(dá)到0.95，輸入諧波小于20% ；
[0022]3)本實(shí)用新型輸出電壓諧波極低，可有效減小輸出濾波器體積，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)；
[0023]4)本實(shí)用新型適應(yīng)恒阻值寬電壓輸出范圍，保證全范圍效率優(yōu)化。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為大功率三電平低輸出電壓紋波直流直流變換單元電路拓?fù)洹?br>[0025]圖2為本實(shí)用新型寬輸入電壓范圍低輸出電壓諧波直流電源結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖3本專利提出電路拓?fù)涞妮敵鰹V波器先后電壓示意。
[0027]圖4是實(shí)施例中變壓器副邊工作在Uin/kT模式下導(dǎo)通原理圖。
[0028]圖5是實(shí)施例中變壓器副邊工作在Uin/2kT模式下導(dǎo)通原理圖。
[0029]圖6是實(shí)施例中變壓器副邊工作在O模式下導(dǎo)通原理圖。
[0030]圖7是實(shí)施例中變壓器副邊工作在_Uin/kT模式下導(dǎo)通原理圖。
[0031]圖8是實(shí)施例中變壓器副邊工作在_Uin/2kT模式下導(dǎo)通原理圖。
[0032]圖9是實(shí)施例中變壓器副邊工作在O模式下導(dǎo)通原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和工作原理。
[0034]圖2為采用本實(shí)用新型的大功率三電平低輸出電壓紋波直流直流變換單元電路拓?fù)涞膶?shí)施例，其變壓器原邊電路特征是:直流輸入正極與S1的集電極、S5的集電極以及Cinl的一端聯(lián)接于I ;C inl的另一端與C in2的一端、D dl的陽(yáng)極、D。12的陰極、D。13的陽(yáng)極以及Dd4的陰極聯(lián)接于2 ;直流輸入負(fù)極與C in2的另一端、S 4的發(fā)射極、變壓器T 2原邊繞組T 21)的非同名端以及&的發(fā)射極聯(lián)接于3 ;S i的發(fā)射極與S 2的集電極以及D dl的陰極聯(lián)接于4 ;S 2的發(fā)射極與S3的集電極以及變壓器T 1原邊繞組T lp的非同名端聯(lián)接于5 ;S 3的發(fā)射極與S 4的集電極以及Dd2的陽(yáng)極聯(lián)接于6 ;變壓器T 邊繞組T lp的同名端與Cbu的一端聯(lián)接于7 ;S5的發(fā)射極與S 6的集電極、D。13的陰極以及C ss的一端聯(lián)接于8 ;CBU的另一端與S 6的發(fā)射極、S7的集電極以及Cbu的聯(lián)接于9 ;CBU的另一端與變壓器TJII邊繞組T2p的同名端聯(lián)接于10 ;S7的發(fā)射極與S 8的集電發(fā)射極、Css的另一端以及Dcd2的陽(yáng)極聯(lián)接于11。其變壓器副邊電路特征是:!\副邊繞組Tlsl的同名端與D &的陽(yáng)極聯(lián)接與12 副邊繞組Tlsl的非同名端與！^副邊繞組T2sl的同名端聯(lián)接于13 ;T2副邊繞組T2sl的非同名