一种充电机电源模块应用于等离子和微弧氧化电源的电路拓扑结构

技术领域

本发明涉及电源技术革新领域，尤其涉及一种充电机电源模块应用于等离子炬电源和微弧氧化电源的电路拓扑结构。

背景技术

现有大功率等离子炬和微弧氧化电源的拓扑结构基本是分立原件结构。分立元件等离子炬电源拓扑结构：工频整流、滤波、功率因数调整电路（PFC）、高频逆变、高频大功率隔离变压器、高频整流滤波回路、高频高压阻挡回路、高压引弧回路、自动转接弧回路等多电路构成。分立元件微弧氧化电源拓扑结构：工频整流、滤波、功率因数调整电路（PFC）、高频逆变、高频大功率隔离变压器、高频整流滤波回路、大功率开关管斩波输出回路等多电路构成。以上拓扑结构使得电源体积庞大（元件数量、种类繁多）、重量重、发热量大（开关元件一般采用水冷散热）、电路复杂（全分立元件组装）、对电网污染不易控制（功率因数不高80-90%），能耗较大（有效功率不高80-90%），制造门槛难度大不易批量化生产、单机价格高，电源输出功率越大以上诟病越严重，因此我们提出了一种充电机电源模块应用于等离子炬和微弧氧化电源的新电路拓扑结构用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的分立元件拓扑结构使得电源体积庞大、重量重、发热量大、电路复杂、对电网污染不易控制，能耗较大，制造门槛难度大不易批量化生产、单机价格高、电源输出功率越大以上缺点越大，而提出的一种充电机电源模块应用于等离子炬电源和微弧氧化电源的新电路拓扑结构。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种充电机电源模块应用于等离子炬电源的电路拓扑结构，包括充电机电源模块；高频滤波回路；高压阻挡回路；高压引弧回路；自动转、接弧回路；单片机总控制回路，所述充电机电源模块的输入端连接三相五线交流输入，所述充电机电源模块的正极输出端电性连接有高频滤波电感L1的一端，所述高频滤波电感L1的另一端电性连接有高压阻挡电感L2的一端和三个高频滤波电容的正极，三个高频滤波电容的负极分别电性连接有三个防打火电感的一端，且三个防打火电感中的第一个防打火电感的一端与充电机电源模块的负极输出端电性连接，三个防打火电感中的第一个防打火电感的另一端与第二个防打火电感的一端电性连接，所述防打火电感中的第二个防打火电感的另一端与第三个防打火电感的一端电性连接，三个防打火电感中的第三个防打火电感的另一端和高压引弧回路的负极均电性连接有发生器阴极，所述高压阻挡电感L2的另一端电性连接有发生器三阳极和引弧限流电阻的一端，所述引弧限流电阻的一端和另一端分别连接有两个直流接触器的一端，两个直流接触器中与引弧限流电阻另一端连接的直流接触器的另一端电性连接有发生器一阳极，另一个直流接触器的另一端电性连接有发生器二阳极，所述高压引弧回路的正极与发生器一阳极电性连接。

一种充电机电源模块应用于正负相脉冲输出的微弧氧化电源的电路拓扑结构，包括充正负相电机电源模块；正负相高频滤波回路；正负相电解电容组；正负相大功率igbt斩波管；正负相防打火电感；正负相RCD吸收回路和续流回路；单片机总控制回路，所述充电机电源模块的输入端连接三相五线交流输入。一种充电机电源模块应用于正负相脉冲输出的微弧氧化电源的电路拓扑结构，包括：所述正负相脉冲充电机电源模块（1）的输入端电性连接有单片机总控电路（11），所述正相脉冲充电机电源模块（1）的正极输出端电性连接有正相高频滤波电感AL1（2）的一端，所述正相高频滤波电感AL1（2）的另一端穿接正相电流互感器A-LEM1（3）后电性连接有正相高频滤波电容（4）、电解电容组（5）正端和正相大功率IGBT斩波管（6）的输入端，正相IGBT斩波管（6）的输出端穿接正相电流互感器A-LEM2（8）后电性连接有正相防打火电感AL2(10)的一端，正相RCD吸收回路（7）并接在正相IGBT斩波管（6）的输入、输出端，正相防打火电感AL2(10)的另一端电性连接电源总输出端（9）A，续流回路（12）并接在防打火电感AL2(10)的输入、输出端，所述正相脉冲充电机电源模块（1）的负极输出端电性连接正相高频滤波电容（4）、电解电容组（5）的负端和电源总输出端（9）B；所述负相脉冲充电机电源模块（1）的正极输出端电性连接有负相高频滤波电感BL1（2）的一端，所述负相高频滤波电感BL1（2）的另一端穿接负相电流互感器B-LEM1（3）后电性连接有负相高频滤波电容（4）、电解电容组（5）正端和电源总输出端（9）B，所述负相脉冲充电机电源模块（1）的负极输出端电性连接有负相高频滤波电容（4）、电解电容组（5）负端和负相大功率IGBT斩波管（6）的输出端，负相IGBT斩波管（6）的输入端电性连接有防打火电感BL2(10)的一端，负相RCD吸收回路（7）并接在负相IGBT斩波管（6）的输入、输出端，负相防打火电感BL2(10)的另一端穿接电流互感器B-LEM2（8）后电性连接电源总输出端（9）A，负相续流回路（12）并接在负相防打火电感BL2(10)的输入、输出端。

一种充电机电源模块应用于单极正相相脉冲输出的微弧氧化电源的电路拓扑结构，包括充电机电源模块；高频滤波回路；电解电容组；大功率igbt斩波管；防打火电感；RCD吸收回路和效率回路；单片机总控制回路，所述充电机电源模块的输入端连接三相五线交流输入。一种充电机电源模块应用于单极正相脉冲输出的微弧氧化电源的电路拓扑结构，包括：所述单极正相脉冲充电机电源模块（1）的输入端电性连接有单片机总控电路（11），所述单极正相脉冲充电机电源模块（1）的正极输出端电性连接有高频滤波电感AL1（2）的一端，所述高频滤波电感AL1（2）的另一端穿接电流互感器A-LEM1（3）后电性连接有高频滤波电容（4）、电解电容组（5）正端和大功率IGBT斩波管（6）的输入端，IGBT斩波管（6）的输出端穿接电流互感器A-LEM2（8）后电性连接有防打火电感AL2(10)的一端，RCD吸收回路（7）并接在IGBT斩波管（6）的输入、输出端，防打火电感AL2(10)的另一端电性连接电源总输出端（9）A，续流回路（12）并接在防打火电感AL2(10)的输入、输出端，所述单极正相脉冲充电机电源模块（1）的负极输出端电性连接高频滤波电容（4）、电解电容组（5）的负端和电源总输出端（9）B。本电路可以多组复制组合成超大功率（兆瓦级）单极正相脉冲输出微弧氧化电源。

本发明中，所述的充电机电源模块与现有以分立元件拓扑结构的等离子和微弧氧化电源相结合，成功解决了现有分立元件拓扑结构的等离子炬和微弧氧化电源的现存诟病；

本发明中，所述的充电机电源模块应用于等离子和微弧氧化电源的电路拓扑结构，以充电机电源模块为核心的等离子和微弧氧化电源具有下列优势：体积重量减小三分之一以上；能耗降低5-10%（有效功率高90-95%）；对电网污染降低5-4%（功率因数高90-98%）；基本实现风冷模式（等离子电源全风冷散热；大功率微弧氧化电源斩波输出回路除外，也是全风冷散热）；电源设计冗余度大（可实现数十个模块组合）；搭配更灵活，控制回路（二次线）简单（基本实现免调试，安装完成便可工作）；一两个充电机电源模块的损坏不会影响整机的工作，能够在线更换（电源正常工作时更换充电机电源损坏模块）；充电机电源模块易于大批量生产，成本低，质量可靠。

本发明设计合理，充电机电源模块直接代替分立元件构成的等离子炬电源和微弧氧化电源的工频输入、高频整流、高频逆变、高频大功率隔离变压器、高频整流部分，具备电路结构更优化、电源效率更高、生产使用更方便的特点。

附图说明

图1为本发明提出的一种充电机电源模块应用于等离子炬电源的新电路拓扑结构的电路连接示意图示意图；

图2为本发明提出的一种充电机电源模块应用于正负相脉冲输出的微弧氧化电源的新拓扑结构的电路连接示意图；

图3为本发明提出的一种充电机电源模块应用于单极正向脉冲输出的微弧氧化电源的新拓扑结构的电路连接示意图。

图1中：1、充电机电源模块；2、高频滤波电感L1；3、高压阻挡电感L2；4、高频滤波电容；5、防打火电感；6、高压引弧回路；7、引弧限流电阻；8、直流接触器；9、单片机控制模块电路。

图2中：1、正负相充电机电源模块；2、正负相高频滤波电感L1；3、正负相电流互感器LEM1；4、正负相高频滤波电容；5、正负相电解电容组电容；6、正负相大功率IGBT斩波管；7、正负相RCD--IGBT吸收回路；8、正负相电流互感器LEM2；9、电源总输出端（A/B）；10、正负相防打火电感；11、单片机控制模块电路；12、正负相防打火电感续流回路。

图3中：1、充电机电源模块；2、高频滤波电感L1；3、电流互感器LEM1；4、高频滤波电容；5、电解电容组电容；6、大功率IGBT斩波管；7、RCD--IGBT吸收回路；8、电流互感器LEM2；9、电源总输出端（A/B）；10、防打火电感；11、单片机控制模块电路；12、防打火电感续流回路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，一种充电机电源模块应用于等离子炬和微弧氧化电源的电路拓扑结构，包括充电机电源模块1和高压引弧回路6，充电机电源模块1的输入端电性连接有单片机总控电路9，充电机电源模块1的正极输出端电性连接有高频滤波电感L1（2）的一端，高频滤波电感L1（2）的另一端电性连接有高压阻挡电感L2（3）的一端和三个高频滤波电容4的正极，三个高频滤波电容4的负极分别电性连接有三个防打火电感5的一端，且三个防打火电感5中的第一个防打火电感5的一端与充电机电源模块1的负极输出端电性连接，三个防打火电感5中的第一个防打火电感5的另一端与第二个防打火电感5的一端电性连接，防打火电感5中的第二个防打火电感5的另一端与第三个防打火电感5的一端电性连接，三个防打火电感5中的第三个防打火电感5的另一端和高压引弧回路6的负极均电性连接有发生器阴极，高压阻挡电感L2（3）的另一端电性连接有发生器三阳极和引弧限流电阻7的一端，引弧限流电阻7的一端和另一端分别连接有两个直流接触器8的一端，两个直流接触器8中与引弧限流电阻7另一端连接的直流接触器8的另一端电性连接有发生器一阳极，另一个直流接触器8的另一端电性连接有发生器二阳极，高压引弧回路6的正极与发生器一阳极电性连接。

本实施例中，高压阻挡电感L2（3）、高频滤波电容4和防打火电感5组成防高压阻挡回路；高压引弧回路6、引弧限流电阻7和直流接触器8组成引弧、转接弧电路。

参照图2，一种充电机电源模块应用于正负相脉冲输出的微弧氧化电源的电路拓扑结构，包括：所述正负相脉冲充电机电源模块（1）的输入端电性连接有单片机总控电路（11），所述正相脉冲充电机电源模块（1）的正极输出端电性连接有正相高频滤波电感AL1（2）的一端，所述正相高频滤波电感AL1（2）的另一端穿接正相电流互感器A-LEM1（3）后电性连接有正相高频滤波电容（4）、电解电容组（5）正端和正相大功率IGBT斩波管（6）的输入端，正相IGBT斩波管（6）的输出端穿接正相电流互感器A-LEM2（8）后电性连接有正相防打火电感AL2(10)的一端，正相RCD吸收回路（7）并接在正相IGBT斩波管（6）的输入、输出端，正相防打火电感AL2(10)的另一端电性连接电源总输出端（9）A，续流回路（12）并接在防打火电感AL2(10)的输入、输出端，所述正相脉冲充电机电源模块（1）的负极输出端电性连接正相高频滤波电容（4）、电解电容组（5）的负端和电源总输出端（9）B；所述负相脉冲充电机电源模块（1）的正极输出端电性连接有负相高频滤波电感BL1（2）的一端，所述负相高频滤波电感BL1（2）的另一端穿接负相电流互感器B-LEM1（3）后电性连接有负相高频滤波电容（4）、电解电容组（5）正端和电源总输出端（9）B，所述负相脉冲充电机电源模块（1）的负极输出端电性连接有负相高频滤波电容（4）、电解电容组（5）负端和负相大功率IGBT斩波管（6）的输出端，负相IGBT斩波管（6）的输入端电性连接有防打火电感BL2(10)的一端，负相RCD吸收回路（7）并接在负相IGBT斩波管（6）的输入、输出端，负相防打火电感BL2(10)的另一端穿接电流互感器B-LEM2（8）后电性连接电源总输出端（9）A，负相续流回路（12）并接在负相防打火电感BL2(10)的输入、输出端。

参照图3，一种充电机电源模块应用于单极正相脉冲输出的微弧氧化电源的电路拓扑结构，包括：所述单极正相脉冲充电机电源模块（1）的输入端电性连接有单片机总控电路（11），所述单极正相脉冲充电机电源模块（1）的正极输出端电性连接有高频滤波电感AL1（2）的一端，所述高频滤波电感AL1（2）的另一端穿接电流互感器A-LEM1（3）后电性连接有高频滤波电容（4）、电解电容组（5）正端和大功率IGBT斩波管（6）的输入端，IGBT斩波管（6）的输出端穿接电流互感器A-LEM2（8）后电性连接有防打火电感AL2(10)的一端，RCD吸收回路（7）并接在IGBT斩波管（6）的输入、输出端，防打火电感AL2(10)的另一端电性连接电源总输出端（9）A，续流回路（12）并接在防打火电感AL2(10)的输入、输出端，所述单极正相脉冲充电机电源模块（1）的负极输出端电性连接高频滤波电容（4）、电解电容组（5）的负端和电源总输出端（9）B。本电路可以多组复制组合成超大功率（兆瓦级）单极正相脉冲输出微弧氧化电源。

充电机电源模块与现有以分立元件拓扑结构的等离子和微弧氧化电源相结合，成功解决了现有以分立元件拓扑结构的等离子和微弧氧化电源的现存诟病；充电机电源模块是一种宽电源、多种输入模式（单相交流、三相交流、直流）、高功率因数、高功率密度、低文波系数、输出功率高、高隔离度、高可靠性的全数字控制电源；充电机电源模块能够代替：以分立元件拓扑结构的等离子电源拓扑中高频高压阻挡回路（不含）之前的所有回路；以分立元件拓扑结构的微弧氧化电源拓扑中高频整流滤波回路（含）之前的所有回路；充电机电源模块体积小（宽300*长500高90），重量轻（单机10kg左右）单机功率不大（10kw以上），但方便组合使用，在相同输出功率情况下，两种拓扑结构比较，以充电机电源模块为主体的等离子和微弧氧化电源具有下列优势：体积重量减小三分之一以上；能耗降低5-10%（有效功率高90-95%）；对电网污染降低5-4%（功率因数高90-98%）；基本实现风冷模式（等离子电源全风冷散热；微弧氧化电源斩波输出回路除外，也是全风冷散热）；电源设计冗余度大（可实现数十个模块组合）；搭配更灵活，控制简单（基本实现免调试安装完成便可工作）；一两个模块的损坏不会影响整机的工作，能够在线更换（电源正常工作更换损坏模块）；模块易于批量生产，成本低，质量可靠；并且电源功率越大，这种优势越强。

本实施例中，充电机电源模块直接代替等离子和微弧氧化电源的工频输入、高频整流、高频逆变（IGBT或者其他功率开关管组成的逆变主回路）、高频大功率隔离变压器、高频整流部分，改变现有分立元件等离子和微弧氧化电源拓扑结构；使其更优化、更高效率、生产使用更方便；能够为环保、冶金、材料制备、表面处理、航空航天、交通运输（高铁和新能源汽车）提供优质设备服务。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。