專利名稱：礦用場(chǎng)效應(yīng)功率管型高壓逆變電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于由高壓直流電源變換為低壓直流電源的變壓裝置技術(shù)領(lǐng)域。
目前國(guó)內(nèi)煤礦井下架線電機(jī)車(chē)上供照明、電笛、載波通訊等電器設(shè)備所用的直流穩(wěn)壓電源，都是從架空線上的高壓直流經(jīng)逆變電源變換而來(lái)。當(dāng)前礦井所用的高壓逆變電源由于受電路設(shè)計(jì)、關(guān)鍵元器件及工藝結(jié)構(gòu)等因素的影響，普遍存在故障率高，可靠性差、無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間較短，且防塵防潮性能差等缺點(diǎn)。這給日常維修帶來(lái)了很多困難，嚴(yán)重影響井下安全生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是研制一種可靠性高、故障率低、維修方便，能夠防塵防潮，保證煤礦安全生產(chǎn)的新型高壓逆變電源。
礦用場(chǎng)效應(yīng)功率管型高壓逆變電源整機(jī)由高壓輸入電路、功率變換電路、控制電路、定時(shí)啟動(dòng)電路，整流濾波電路、穩(wěn)壓取樣電路，閉鎖保護(hù)電路連接而成(見(jiàn)附圖1)。
下面就與本發(fā)明有關(guān)的關(guān)鍵電路分述如下。
1、功率變換電路該電路是連接高低壓電路的樞紐，連續(xù)工作在高電壓、大功率狀態(tài)下。現(xiàn)有的高壓逆變電源功率變換電路中選用的是高頻高反壓晶體三極管做為功率開(kāi)關(guān)管，由于這種管子功率較小(小于50瓦)，欲獲得大功率輸出，需二只并聯(lián)使用，其驅(qū)動(dòng)、選配比較困難，且容易發(fā)生二次擊穿現(xiàn)象，這是造成現(xiàn)有逆變電源故障隱患的重點(diǎn)之一。本發(fā)明的功率變換電路中采用了高頻、高耐壓、大功率(單只功率125瓦)、自鎮(zhèn)流(無(wú)二次擊穿現(xiàn)象)的場(chǎng)效應(yīng)功率管做為功率開(kāi)關(guān)管。同時(shí)用高飽和磁密的EC型磁芯精心設(shè)計(jì)繞制的低漏感、抗飽和的開(kāi)關(guān)變壓器B1代替了現(xiàn)有的漏感大，效率低，開(kāi)機(jī)瞬間或在高溫下容易出現(xiàn)磁飽和進(jìn)而危及功率開(kāi)關(guān)管的普通鐵氧體磁芯繞制的開(kāi)關(guān)變壓器。以上的關(guān)鍵性元器件的選用，對(duì)于提高整機(jī)可靠性，減少故障起了關(guān)鍵作用。為了控制兩只場(chǎng)效應(yīng)功率管，本電路引入了驅(qū)動(dòng)變壓器B2。該變壓器直接連接控制電路和功率變換電路，控制電路輸出的交替脈沖經(jīng)變壓器B2隔離變換，直接驅(qū)動(dòng)兩只場(chǎng)效應(yīng)功率管輪流導(dǎo)通。
該電路由場(chǎng)效應(yīng)功率管T2、T3，開(kāi)關(guān)變壓器B1，驅(qū)動(dòng)變壓器B2及電容C14～C22，R27～R33等元件組成的半橋式功率變換電路。(見(jiàn)附圖2)。其工作原理是由驅(qū)動(dòng)變壓器B2與控制電路相連接并受其控制。當(dāng)控制電路中的集成脈寬調(diào)制器IC1的11腳、14腳交替輸出驅(qū)動(dòng)脈沖后，由驅(qū)動(dòng)變壓器B2隔離驅(qū)動(dòng)，使T2、T3輪流導(dǎo)通。這樣在B1初級(jí)線圈產(chǎn)生交替變化的脈沖高壓，經(jīng)開(kāi)關(guān)變壓器B1隔離變換，在B1次級(jí)線圈得到所需的脈沖低壓供給整流濾波電路輸出直流低壓，由此便完成了將輸入直流高壓變換成直流低壓的功能。
2、控制電路該電路是直接關(guān)系著整機(jī)電路結(jié)構(gòu)和整機(jī)性能的重點(diǎn)電路。該電路中采用了適于驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)功率管的新型集成脈寬調(diào)制控制器IC1。該電路除具有他激式脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)電源所需的各種基本電路外，還具有(1)可調(diào)的死區(qū)時(shí)間控制，有效地防止了功率開(kāi)關(guān)管的共態(tài)導(dǎo)通；(2)雙端輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)功率管，使整機(jī)具有較快的開(kāi)關(guān)速度；(3)電壓控制切斷的逐個(gè)脈沖保護(hù)，使整機(jī)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。
該電路主要由一塊適于驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)功率管的集成脈寬調(diào)制控制器IC1及外圍元件所組成(見(jiàn)附圖3)。IC1的9腳接R4、C1構(gòu)成誤差放大器補(bǔ)償電路；R8為輸出脈沖死區(qū)時(shí)間控制元件；C7為柔順起動(dòng)電容；16腳輸出基準(zhǔn)電壓5。1V；15腳為IC1輸入電源端；R11、D1、D2、C8將輸出電壓穩(wěn)壓后做為IC1之電源電壓；10腳為過(guò)壓過(guò)荷取樣電壓輸入端，當(dāng)10腳電壓大于1伏后，11腳、14腳的輸出脈沖就被切斷。該電路的工作原理是，由定時(shí)元件C6、R9與IC1內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，經(jīng)內(nèi)部電路處理，在11腳、14腳交替輸出調(diào)制脈沖，用來(lái)驅(qū)動(dòng)功率變換電路。穩(wěn)壓取樣電路將輸出電壓取樣后，加至IC1的1腳，與內(nèi)部高精度基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大及一系列處理，最后在輸出端11腳、14腳輸出與取樣電壓變化趨勢(shì)相反的相應(yīng)脈寬的調(diào)制脈沖，用以改變功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓。
3、定時(shí)啟動(dòng)電路為了適應(yīng)井下頻繁啟動(dòng)以及輸入電壓寬范圍變化仍能可靠啟動(dòng)，本高壓逆變電源設(shè)計(jì)了定時(shí)啟動(dòng)電路。即接通一次輸入電壓、啟動(dòng)電路工作約3秒鐘，輸出啟動(dòng)電壓供給控制電路開(kāi)始工作，在這三秒內(nèi)是以使啟動(dòng)后的輸出電壓返回來(lái)供給控制電路穩(wěn)定工作，而后，啟動(dòng)電路停止工作，等待下次啟動(dòng)。
定時(shí)起動(dòng)電路由場(chǎng)效應(yīng)功率管T1，單向可控硅CR2、CR3穩(wěn)壓管D8、D9及電阻R19－R26，電容C11～C12所組成(見(jiàn)附圖4)。當(dāng)高壓輸入電路接通時(shí)，電容C11開(kāi)始充電，T1飽和導(dǎo)通，輸出啟動(dòng)電壓經(jīng)D12加至IC1電源端，使控制電路開(kāi)始工作，這個(gè)過(guò)程約3秒鐘，此時(shí)C11上的電壓充到D9的擊穿電壓，使之導(dǎo)通后，觸發(fā)CR2、CR3導(dǎo)通。CR2的導(dǎo)通將C11上的電荷很快釋放掉，為下次啟動(dòng)復(fù)位準(zhǔn)備，CR3的導(dǎo)通使T1截止，于是啟動(dòng)電壓消失，完成了啟動(dòng)任務(wù)。
除了上述關(guān)鍵電路之外，本高壓逆變電源整機(jī)還設(shè)計(jì)了快速輸出過(guò)壓過(guò)荷保護(hù)電路。工作時(shí)，一旦出現(xiàn)輸出過(guò)壓過(guò)荷，保護(hù)電路觸發(fā)主控電路切斷功率變換電路的驅(qū)動(dòng)脈沖，進(jìn)而使輸出電壓消失，此時(shí)控制電路失去電源電壓供給。而啟動(dòng)電路已停止工作無(wú)啟動(dòng)電壓輸出因此控制電路也停止工作，使整機(jī)進(jìn)入閉鎖保護(hù)狀態(tài)。這種閉鎖式保護(hù)方式，避免了一般高壓逆變電源中那種啟動(dòng)－過(guò)荷－保護(hù)－啟動(dòng)的死循環(huán)，可有效地保護(hù)功率器件，避免惡性事故的發(fā)生。
礦用場(chǎng)效應(yīng)功率管型高壓逆變電源由于對(duì)其中的關(guān)鍵電路進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于電路中的關(guān)鍵性元器件的適用得當(dāng)，使得本電源整機(jī)電路設(shè)計(jì)合理，緊湊、可靠性高，故障率低。經(jīng)1989年10月至1990年4月在大同礦務(wù)局四礦進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，證明了該機(jī)適合井下，生產(chǎn)實(shí)用，可靠性高，故障率低，累計(jì)運(yùn)行140多天，無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間達(dá)90多天，用戶反映很好。本電源整機(jī)放在一個(gè)全密封的機(jī)殼內(nèi)，有效地起到了防塵防潮作用?？傊撾娫囱b置的輸出電壓穩(wěn)定性高，電壓電流調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，且效率高、重量輕，體積小，可望成為同類(lèi)機(jī)型之更新?lián)Q代產(chǎn)品。


圖1為礦用場(chǎng)效應(yīng)功率管型高壓逆變電源整機(jī)電路方框圖。
圖2為礦用場(chǎng)效應(yīng)功率管型高壓逆變電源中功率變換電路原理圖圖中C14、C15－100μ／400V，C16、C17－0.1μ／400V，C18、C19－5600P／100V。C20、C21－0.01μ／630V，C22－0.01μ／1kv，
R27、R28－200k，R29、R30－20Ω，R31、R32－100Ω，R33－47Ω，T2、T3－BVZ380，D1、D2－FR107圖3為礦用場(chǎng)效應(yīng)功率管型高壓逆變電源中控制電路原理圖。
圖中C1－3300P／100V，C2－0。1μ／100VC4－100μ／16V，C5－0。1μ／100V，C6－0。1μ／100V，C7－0。47μ／16V。
R4－160k，R5－200Ω，R6－10k，R7－10k，R8－20Ω，R9－4。3k，R10－100Ω，R11－100Ω。
D1、D2－1N4001，D2－2CW58。
圖4為礦用場(chǎng)效應(yīng)功率管型高壓逆變電源中定時(shí)啟動(dòng)電路原理圖圖中C11－10μ／25V，C12－0。033μ／100vR19－200kΩ，R20－56Ω，R21－82k，R22－100Ω，R24－240kΩ，R25－20k，R26－36k。
D8－2CW66，D9－2CW60，D11－2CW58D12－1N4001，CR2－1AM3，CR3－1AM3。
T1－BUZ331。
權(quán)利要求1.一種礦用場(chǎng)效應(yīng)功率管型高壓逆變電源由高壓輸入電路，功率換電路，控制電路、啟動(dòng)電路及整流濾波電路構(gòu)成，其特征在于(1)功率變換電路中，用高反壓、大功率、自鎮(zhèn)流場(chǎng)效應(yīng)功率管做為功率開(kāi)關(guān)管；(2)功率變換電路中引入由R2KB材料的EC型磁芯繞制的低漏感抗飽和的開(kāi)關(guān)變壓器；(3)控制電路中采用了適于驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)功率管的集成脈寬調(diào)制控制器；(4)起動(dòng)電路主要由場(chǎng)效應(yīng)功率管和單向可控硅構(gòu)成。
專利摘要礦用場(chǎng)效應(yīng)功率管型高壓逆變電源裝置主要由功率變換電路、控制電路、定時(shí)啟動(dòng)電路及閉鎖保護(hù)電路構(gòu)成并組裝在一個(gè)全密封的機(jī)殼內(nèi)。本裝置對(duì)關(guān)鍵性電路進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，特別是在電路中選用了場(chǎng)效應(yīng)功率管，使得本電源整機(jī)電路設(shè)計(jì)合理、緊湊、體積小、重量輕，可靠性高，故障率低。而且采用了全密封機(jī)殼，有效地防塵防潮避免短路跳火等惡性事故。
文檔編號(hào)H02M3/315GK2084252SQ90209730
公開(kāi)日1991年9月4日 申請(qǐng)日期1990年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月9日
發(fā)明者安培興, 董阿青 申請(qǐng)人:北京密云無(wú)線電廠