碳化硅双向极联隔离型安全电源的制作方法

本发明涉及安全电源领域，特别是涉及一种碳化硅双向极联隔离型安全电源。

背景技术：

1、传统的安全电源采用环型隔离变压器采用1:1的绕组叠型绕制，这种方式虽然简单也能做到安全隔离的效果，由于线圈是叠型方式，原边与幅边虽然增加了绝缘与屏蔽，但是绕组与绕组之间的分布电容是不能消除的，这样原边的感应电压还是会从极间的分布电容耦合到幅边，使得幅边带上感应电压，从而变得不安全，传统的安全电源只是采用了隔离变压器1:1的隔离方式，再加上由硅型igbt组成的i型双向电子开关来进行保护，而igbt组成的i型双向电子开关只是采用了pwm高速开关的功能并且频率非常低，这样使得后面的滤波电感与电容非常之大，而且他的3k-7k次谐波含量非常高，同时又由于没有续流通道这样它自身的损耗是非常高。由于变压器为1:1的方式，那么这种安全电源就无法实现消峰填谷的功能，同理如果它想实现三相矢量和为零的功能，只能用斩波方式降低最高相电压与最低相电压持平达到矢量调节的目的，因此传统的安全电源在进行矢量调节时往往输出的电压要比原输入的电压低，再有i型双向电子开关采用的pwm斩波方式由于没有续流，那它的脉冲方式只有高电位1与高阻态∞这两个方式，这样在低负载的时候可能输出电压的波形会滞后输入电压的波形而带了正弦电压的畸变。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种碳化硅双向极联隔离型安全电源。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种碳化硅双向极联隔离型安全电源，包括：

4、三相电压接触器，用于与输入的三相交流电源电连接，控制主电路是否接入交流电源；

5、双向绕组升压变压器，用于将输入的三相交流电源进行三相全隔离升压斩波操作，并且消除幅边的分布电压，最终生成零分布电压的高斩波电压；

6、碳化硅l型双向极联开关，用于将所述高斩波电压进行消峰填谷调制后得到标准的正弦波电压；

7、三相四线低通滤波器，用于将所述正弦波电压进行滤波后输出；

8、碳化硅开关驱动信号发生器，用于驱动控制双向绕组升压变压器和碳化硅l型双向极联开关；

9、中央处理模块，用于根据获取的电压信号和/或电流信号进行处理，同时向碳化硅l型双向极联开关发送驱动信号；

10、所述三相电压接触器的输入端用于与外部的三相交流电源电连接，所述三相电压接触器的输出端与所述双向绕组升压变压器的输入端电连接，所述双向绕组升压变压器的输出端经所述三相四线低通滤波器后输出电压，所述碳化硅开关驱动信号发生器的输入端分别与所述双向绕组升压变压器和所述碳化硅l型双向极联开关电连接，所述碳化硅开关驱动信号发生器的输出端与所述中央处理模块电连接。

11、在其中一个实施例中，所述三相电压接触器包括三个接触器开关，每一所述接触器开关分别与一相交流电源电连接，并且每一所述接触器开关的输出端分别与所述双向绕组升压变压器的输入端电连接。

12、在其中一个实施例中，所述双向绕组升压变压器包括三组对向绕制变压器，三组所述对向绕制变压器分别与三个所述接触器开关一一对应连接，并且三组所述对向绕制变压器的输出端分别与所述碳化硅l型双向极联开关的输入端电连接。

13、在其中一个实施例中，所述碳化硅l型双向极联开关包括三组l型碳化硅开关，每一所述l型碳化硅开关的输入端分别与所述双向绕组升压变压器的输出端电连接，所述每一所述l型碳化硅开关的输出端与所述三相四线低通滤波器电连接。

14、在其中一个实施例中，在一所述l型碳化硅开关中，所述l型碳化硅开关包括第一双向极联型电子开关和第二双向极联型电子开关，所述第一双向极联型电子开关的输入端与所述双向绕组升压变压器的输出端电连接，所述第一双向极联型电子开关的输出端与所述第二双向极联型电子开关的输入端电连接，并且所述第一双向极联型电子开关的输出端与所述三相四线低通滤波器的输入端电连接。

15、在其中一个实施例中，所述第一双向极联型电子开关和所述第二双向极联型电子开关垂直连接，呈“l”字形状。

16、在其中一个实施例中，所述三相四线低通滤波器包括三组lc滤波器，每一所述lc滤波器分别与一所述l型碳化硅开关的输出端电连接，所述lc滤波器用于输出滤波后的电压。

17、在其中一个实施例中，在一所述lc滤波器中，所述lc滤波器包括电感及滤波电容，所述电感的输入端与所述l型碳化硅开关的输出端电连接，所述电感的输出端经所述滤波电容后输出电压。

18、在其中一个实施例中，所述中央处理模块包括dsp中央处理器及与所述dsp中央处理器电连接的可燃气体信号采集单元、显示单元、声光控制单元、指示灯单元及全功能dtu单元。

19、在其中一个实施例中，所述碳化硅双向极联隔离型安全电源还包括脉冲式检测探测模块，所述脉冲式检测探测模块的检测端与所述三相四线低通滤波器的输出端电连接，所述脉冲式检测探测模块的输出端与所述中央处理模块电连接；

20、所述脉冲式检测探测模块包括脉冲式绝缘检测单元、安全电流检测单元、故障电弧探测单元及检测数据采集单元，所述检测数据采集单元分别与所述脉冲式绝缘检测单元、安全电流检测单元的检测输出端电连接，所述脉冲式绝缘检测单元的输入端与所述三相四线低通滤波器的输出端电连接，所述安全电流检测单元的输入端与所述脉冲式绝缘检测单元的输出端电连接，所述故障电弧探测单元的输入端与所述安全电流检测单元的输出端电连接，所述故障电弧探测单元的输出端用于输出检测后的电压，并且所述故障电弧探测单元的检测输出端还与所述中央处理模块电连接。

21、在其中一个实施例中，所述碳化硅双向极联隔离型安全电源还包括主断路器、模拟信号采集单元及应急电源断路器，所述主断路器串联于三相交流电源与所述三相电压接触器之间，所述模拟信号采集单元的输入端与所述中央处理模块电连接，所述模拟信号采集单元的输出端与所述主断路器电连接，所述应急电源断路器的输入端串接于所述主断路器与所述三相电压接触器之间，所述应急电源断路器的输出端与所述脉冲式检测探测模块的输入端电连接。

22、本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

23、1.本发明为一种碳化硅双向极联隔离型安全电源，通过采用碳化硅l型双向极联开关，由于每一组开关采用的是两对双向极联型电子开关，一对进行斩波，另一对进行续流，对向绕制的升压变压器提高输出电压，碳化硅l型双向极联开关将输出电压斩成等宽不等幅的脉冲；在电网电压有畸变谷地的时候，调宽脉冲；在电网尖峰的时候，调窄脉宽，再与cpu送出的模拟正弦波进行比较，将输出电压修正。碳化硅l型双向极联开关在负载出现有短路的情况，将第二组双向极联型电子开关闭合形成lcr谐振腔，快速将短路能量消耗掉，这样当用电设备出现短路时，将不再有火花，达到安全用电、预防电器火灾的目的。

24、2.本发明为一种碳化硅双向极联隔离型安全电源，通过采用l型架构由于碳化硅（sic）的工作频率非常高，它输出的电压只需要一个很小的电感和一个很小的电容既可，l型架构的方式的特点在于每一相输出电压都由两对双向极联开关组成，当能量进行正向传递时每一个pwm斩波由第一组极联开关传递，续流由第二组极联开关传递，在输入电压失真的情况下，中央处理模块可发送标准的模拟正弦波同步调制到输出电压，在输出电压为低幅度的情况下，加大pwm正斩波的脉宽，修正失真的输出电压。同时l型双向极联型电子开关还有一个特性就是对电流的开关速度非常快，利用这个快速开关的方式将每一个脉冲所产生的电流与cpu输出的电流限定值进行比较，能在极短的时候采集到负载是否过载、是否短路、是否接触不良，达到短路不起火，故障电弧探测的目的。因此碳化硅双向极联隔离型安全电源真正的做到了电气隔离、滤波、修正、灭弧，达到人身安全，财产保护的目的。

25、3.本发明为一种碳化硅双向极联隔离型安全电源，通过设置碳化硅l型双向极联开关，即sic碳化硅型l型双向电子开关，由于内部不是pn结结构，而是导电沟形式，所以不管是正半周还是负半周，它的电流都能流过导电沟，而它的fwd二极管起到了分流的作用，这样就使得sic硅化硅电子开关具有极低的内阻，大大的降低了损耗。另外当正弦电压被谐波电流干扰，变成非正弦波电压时，此时碳化硅l型双向极联开关进行调制，它将消峰电压处的脉宽拉窄，使其尖峰处的电压接近平滑；如果电压处于低谷时，它将此处的脉宽进行拉宽，从而实现消峰填谷的目的。