专利摘要

本发明公开一种大功率直流/方波变换电路及其控制方法，包括四个开关管、两个快恢复二极管模块、两个电容器模块，第一、第三开关管串联构成H桥第一侧桥臂，连接处为输出端，第一开关管的高端与第一快恢复二极管的负极连接，连接处接第二电容至第二侧桥臂的输出端；第二、第四开关管串联构成第二侧桥臂，连接处为输出端，第二开关管的高端与第二快恢复二极管的负极连接，连接处接第一电容至第一侧桥臂的输出端；两个快恢复二极管的正极接至直流母线正极，第三、第四开关管的低端接至直流母线负极。本发明控制方法简单，输出的方波脉冲宽度、频率、幅值可调，具有占空比范围大、正负脉冲转换速度快等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及用于多行业及用途的高频脉冲电源，具体涉及一种大功率直流/方波变换电路及其控制方法。

背景技术

脉冲电源广泛用于电镀金、银、锡、合金等，对改善镀层具有十分重要的作用。双脉冲电源比单脉冲电源的电镀更细致、更光洁，并且一些特殊的电镀需要特殊的电压波形，如正负不对称脉冲。为了满足这种特殊电压波形的要求，目前国内的脉冲电源输出部分大多采用H桥型电路结构，为了改善波形、吸收电压尖峰、保护开关管，通常需要在H桥的母线上加大容量电容器。但由于母线上大电容的充放电效应，输出电压存在较大上升时间延时及较大下降时间延时，无法输出不对称电压差大或占空比较小的脉冲电压波形，输出最高频率及最小占空比受到限制。    

发明内容

本发明的目的在于消除上述现有技术的不足，提供一种电路结构简单、控制容易，输出的方波脉冲宽度、频率、幅值可调，占空比范围大、正负脉冲转换速度快、波形质量高、可实现高频率高电压输出的大功率直流/方波变换电路及其控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种大功率直流/方波变换电路，包括四个开关管、两个快恢复二极管模块、两个电容器模块，所述四个开关管中的第一开关管与第三开关管串联构成H桥型电路第一侧桥臂，连接处引出为H桥型电路第一侧桥臂的输出端；第一开关管的高端与第一快恢复二极管模块的负极连接，连接处接第二电容器模块至H桥型电路第二侧桥臂的输出端；第二开关管与第四开关管串联构成H桥型电路第二侧桥臂，连接处引出为H桥型电路第二侧桥臂的输出端；第二开关管的高端与第二快恢复二极管模块的负极连接，连接处接第一电容器模块至H桥型电路第一侧桥臂的输出端；两个快恢复二极管模块的正极共同接至直流母线正极，第三开关管、第四开关管的低端共同接至直流母线负极。

作为优选，上述四个开关管可选用N沟道绝缘栅双极晶闸管IGBT，则所述第一开关管的高端和第二开关管的高端均指N沟道绝缘栅双极晶闸管IGBT的集电极，第三开关管和第四开关管的低端均指N沟道绝缘栅双极晶闸管IGBT的发射极。

上述的大功率直流/方波变换电路中，所述第一快恢复二极管模块、第二快恢复二极管模块分别由一个以上快恢复二极管构成，两个以上的快恢复二极管采用串联、并联或混联方式。所述第一电容器模块、第二电容器模块分别由一个以上电容器构成，两个以上的电容器采用串联、并联或混联方式。

上述的大功率直流/方波变换电路中，所述H桥型电路采用高频全桥H桥型电路结构，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管组成H桥型电路的四臂。

上述的大功率直流/方波变换电路的控制方法如下：

若需要输出单向方波脉冲时，控制第二开关管、第三开关管关断，控制第一开关管、第四开关管按设定频率的开通关断，则可得到正向方波脉冲输出；反之，控制第一开关管、第四开关管关断，控制第二开关管、第三开关管按设定频率的开通关断，则可得到反向方波脉冲输出；

若要求输出双向对称方波脉冲或双向不对称方波脉冲时，通过切换上述单向方波脉冲的正向方波脉冲输出和反向方波脉冲输出两种状态来实现。

相对现有的脉冲电源发生电路，本发明的有益效果是：

（1）电路结构简单、控制方便、易实现；

（2）可输出单相方波脉冲、双向对称方波脉冲、双向不对称方波脉冲；

（3）输出的方波脉冲宽度、频率、幅值可调；

（4）输出的方波脉冲占空比范围大、正负脉冲转换速度快、波形质量高、可实现高频率高电压输出；

（5）电路工作在高频状态，系统动态响应性能高、输出波形精度大、质量高。

附图说明

图1是实施方式中的大功率直流/方波变换电路实例图。

图2是图1所示的大功率直流/方波变换电路在两个开关周期内的输出正向方波脉冲电压波形。

图3是是图1所示的大功率直流/方波变换电路在两个开关周期内的输出反向方波脉冲电压波形。

图4是图1所示的大功率直流/方波变换电路在两个开关周期内的输出双向不对称方波脉冲电压波形。

图5是图1所示的大功率直流/方波变换电路在两个开关周期内的输出双向对称方波脉冲电压波形。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

图1是依据本发明一实施例的大功率直流/方波变换电路实例图，大功率直流/方波变换电路包括四个开关管：第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第三开关管Q₃、第四开关管Q₄，两个快恢复二极管模块：第一快恢复二极管模块D₁、第二快恢复二极管模块D₂，两个电容器模块：第一电容器模块C₁、第二电容器模块C₂；所述四个开关管Q₁-Q₄中的第一开关管Q₁与第三开关管Q₃串联构成H桥型电路第一侧桥臂，连接处引出为H桥型电路第一侧桥臂的输出端；第一开关管Q₁的高端与第一快恢复二极管模块D₁的负极连接，连接处接第二电容器模块C₂至H桥型电路第二侧桥臂的输出端；第二开关管Q₂与第四开关管Q₄串联构成H桥型电路第二侧桥臂，连接处引出为H桥型电路第二侧桥臂的输出端；第二开关管Q₂的高端与第二快恢复二极管模块D₂的负极连接，连接处接第一电容器模块C₁至H桥型电路第一侧桥臂的输出端；两个快恢复二极管模块D₁、D₂的正极共同接至直流母线正极，第三开关管Q₃、第四开关管Q₄的低端共同接至直流母线负极。

作为实施例，四个开关管均采用N沟道绝缘栅双极晶闸管IGBT。

作为实施例，第一快恢复二极管模块D₁、第二快恢复二极管模块D₂分别由任意个快恢复二极管并联构成，第一电容器模块C₁、第二电容器模块C₂分别由任意个电容器并联构成。

作为实施例，H桥型电路采用高频全桥H桥型电路结构（大于2kHz），第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第三开关管Q₃、第四开关管Q₄组成H桥型电路的四臂。

如上所述，一种大功率直流/方波变换电路的控制方法如下：

若需要输出单向方波脉冲时，控制第二开关管Q₂、第三开关管Q₃关断，控制第一开关管Q₁、第四开关管Q₄按设定频率的开通关断，则可得到正向方波脉冲输出（如图2所示）；反之，控制第一开关管Q₁、第四开关管Q₄关断，控制第二开关管Q₂、第三开关管Q₃按设定频率的开通关断，则可得到反向方波脉冲输出（如图3所示）。

若要求输出双向对称方波脉冲或双向不对称方波脉冲时，只需将单向方

波脉冲的两种输出状态按照所需的双向输出进行切换即可。

例如但不限于要求输出双向不对称脉冲（正向电压V₁>0、负向电压-V₂<0）时（如图4所示）：

（1）在正半周期，第二开关管Q₂、第三开关管Q₃关断，控制第一开关管Q₁、第四开关管Q₄同时导通，调节直流母线电压为V₁，V₁一方面给第二电容器模块C₂充电，一方面作为输出。在输出所要求脉宽后，第一开关管Q₁、第四开关管Q₄关断，这时第二电容器模块C₂两端电压U_C2=V₁，由于没有充放电回路，U_C2保持不变。

（2）在负半周期，第一开关管Q₁、第四开关管Q₄关断，控制第二开关管Q₂、第三开关管Q₃同时导通，调节直流母线电压为V₂，V₂一方面给第一电容器模块C₁充电，一方面作为输出。在输出所要求脉宽后，第二开关管Q₂、第三开关管Q₃关断，这时第一电容器模块C₁两端电压U_C1=V₂，由于没有充放电回路，U_C1保持不变。

（3）在正半周期期间，加在第二电容器模块C₂两端电压基本相等，第二电容器模块C₂没有充放电回路，U_C2=V₁不变；在负半周期期间，加在第一电容器模块C₁两端电压基本相等，第一电容器模块C₁没有充放电回路，U_C1=V₂。

（4）下个周期开始，由于第一电容器模块C₁、第二电容器模块C₂已分别充电到所要求的电压V₁、V₂，所以只要调节直流母线电压分别为V₁、V₂即可，由于母线上没有大容量电容，没有充放电效应，故能快速调节V₁、V₂之值，而不受V₁、V₂之差值大小影响。

例如但不限于要求输出双向对称方波脉冲(正向电压V₁>0、负向电压-V₁<0）时（如图5所示）,控制方法与输出双向不对称方波脉冲相同，只需使V₂=V₁，并且在一个开关周期第一开关管Q₁、第四开关管Q₄同时导通时间和第二开关管Q₂、第三开关管Q₃同时导通时间相等，即令正半周期和负半周期输出脉宽相等。

本发明所提供的大功率直流/方波变换电路结构简单、控制方便、易实现，可输出宽度、频率、幅值可调的单相方波脉冲、双向对称方波脉冲、双向不对称方波脉冲，且输出占空比范围大、正负脉冲转换速度快；避免了传统电路输出电压存在较大上升时间延时及较大下降时间延时，无法输出不对称电压差大或占空比较小的脉冲电压波形，输出最高频率及最小占空比受到限制等问题。    

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神的具体说明，本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上述实施例。

一种大功率直流/方波变换电路及其控制方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。