用于電纜局部放電檢測(cè)的igbt高壓開關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電纜局部放電檢測(cè)的IGBT高壓開關(guān)，屬于電力領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力領(lǐng)域，XLPE中壓電力電纜廣泛應(yīng)用于城市供電網(wǎng)中。XLPE中壓電力電纜的損壞起始于局部放電，對(duì)其進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)需要對(duì)其施加特定電壓。在多種檢測(cè)方式中，衰減振蕩波衰減振蕩波局部放電檢測(cè)法是最新的檢測(cè)方法，衰減振蕩電壓與交流電壓有一定等效性且實(shí)驗(yàn)設(shè)備體積小、便攜性好。進(jìn)行衰減振蕩波局部放電檢測(cè)法需要用到固態(tài)半導(dǎo)體高壓開關(guān)，但現(xiàn)有的半導(dǎo)體高壓開關(guān)存在著價(jià)格昂貴、體積大、導(dǎo)通速度慢、均壓手段欠佳等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決用于衰減振蕩波局部放電檢測(cè)法的半導(dǎo)體高壓開關(guān)存在的導(dǎo)通速度慢、隔離供電困難、價(jià)格昂貴、體積大、均壓手段欠佳等問題，提供了一種用于電纜局部放電檢測(cè)的IGBT高壓開關(guān)。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0005]一種用于電纜局部放電檢測(cè)的IGBT高壓開關(guān)，所述開關(guān)由多個(gè)IGBT開關(guān)串聯(lián)組成，每個(gè)IGBT開關(guān)包括隔離電源、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和IGBT主電路；隔離電源將低電位的高頻交流電隔離升壓并穩(wěn)壓，其輸出端連接對(duì)應(yīng)一級(jí)的IGBT驅(qū)動(dòng)電路并供電；驅(qū)動(dòng)電路接收、轉(zhuǎn)換前端發(fā)送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并對(duì)IGBT門級(jí)進(jìn)行充放電從而控制對(duì)應(yīng)一級(jí)IGBT主電路；IGBT主電路在驅(qū)動(dòng)電路控制下實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)的通斷；隔離電源由磁環(huán)變壓器、三個(gè)高頻整流模塊、三個(gè)預(yù)穩(wěn)壓模塊、正15伏穩(wěn)壓模塊、正5伏穩(wěn)壓模塊、負(fù)10伏穩(wěn)壓模塊組成，磁環(huán)變壓器起到高壓隔離與能量傳遞的作用，磁環(huán)變壓器上的三個(gè)次邊繞組各連接一個(gè)高頻整流模塊，高頻整流模塊用于將高頻交流電進(jìn)行整流，每個(gè)高頻整流模塊的輸出端連接一個(gè)預(yù)穩(wěn)壓模塊，預(yù)穩(wěn)壓模塊的輸出電壓穩(wěn)定在20伏，用來保護(hù)穩(wěn)壓模塊不發(fā)生過壓損壞，每個(gè)預(yù)穩(wěn)壓模塊的輸出端連接一個(gè)線性穩(wěn)壓模塊，三個(gè)線性穩(wěn)壓模塊分別為正15伏穩(wěn)壓模塊、正5伏穩(wěn)壓模塊、負(fù)10伏穩(wěn)壓模塊，三個(gè)線性穩(wěn)壓模塊對(duì)應(yīng)輸出的正15伏、正5伏、負(fù)10伏電壓用于IGBT驅(qū)動(dòng)電路工作；IGBT驅(qū)動(dòng)電路由光纖接收模塊、邏輯-功率轉(zhuǎn)換模塊、門極驅(qū)動(dòng)模塊和動(dòng)態(tài)均壓模塊組成，光纖接收模塊接收前端控制器的控制信號(hào)，將控制信號(hào)傳遞給邏輯-功率轉(zhuǎn)換模塊，邏輯-功率轉(zhuǎn)換模塊將進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后的控制信號(hào)傳遞給門級(jí)驅(qū)動(dòng)模塊，門級(jí)驅(qū)動(dòng)模塊在前級(jí)邏輯-功率轉(zhuǎn)換模塊控制下直接對(duì)IGBT門級(jí)進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)主電路導(dǎo)通控制，動(dòng)態(tài)均壓模塊在IGBT發(fā)生過壓時(shí)提供IGBT集電極到門級(jí)驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)反饋回路，保護(hù)IGBT免遭過壓擊穿；IGBT主電路包括IGBT、IGBT門級(jí)保護(hù)元件及緩沖電路，IGBT為高壓開關(guān)的主功率器件，IGBT門級(jí)保護(hù)元件連接IGBT的門級(jí)與集電極，防止IGBT門級(jí)發(fā)生過壓擊穿與誤導(dǎo)通，緩沖電路連接IGBT的集電極與發(fā)射極，在IGBT通斷時(shí)提供電壓緩沖。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
[0007]本發(fā)明通過采用IGBT高壓半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)了主電路的快速通斷；選用高精度器件實(shí)現(xiàn)了 IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷的良好同步性；各IGBT驅(qū)動(dòng)電路的高壓隔離供電采用了電流母線型分布式供電形式，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高壓隔離、多路隔離輸出、連接方便的效果；通過動(dòng)態(tài)均壓模塊實(shí)現(xiàn)了 IGBT的動(dòng)態(tài)均壓，提高了可靠性；解決了驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高壓隔離；實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電路的低能耗；此外，本發(fā)明具有體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明中隔離電源的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明中IGBT驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為高頻整流模塊電路的電路圖；圖5為預(yù)穩(wěn)壓模塊電路的電路圖；圖6為正15伏、正5伏、負(fù)10伏穩(wěn)壓模塊電路的電路圖(圖中:a為正15伏穩(wěn)壓模塊電路的電路圖，b為正5伏穩(wěn)壓模塊電路的電路圖，c負(fù)10伏穩(wěn)壓模塊電路的電路圖)；圖7是本發(fā)明中的光纖接收模塊的電路圖；圖8是本發(fā)明中的邏輯-功率轉(zhuǎn)換模塊的電路圖；圖9是本發(fā)明中的門極驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖；圖10是本發(fā)明中的動(dòng)態(tài)均壓模塊的電路圖；圖11是本發(fā)明中的IGBT主電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]【具體實(shí)施方式】一:如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)施方式所述的用于電纜局部放電檢測(cè)的IGBT高壓開關(guān)，其特征在于:所述電路由多個(gè)IGBT開關(guān)串聯(lián)組成，每個(gè)IGBT開關(guān)包括隔離電源、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、IGBT主電路；隔離電源將低電位的高頻交流電隔離升壓并穩(wěn)壓，其輸出端連接對(duì)應(yīng)一級(jí)的IGBT驅(qū)動(dòng)電路并供電；驅(qū)動(dòng)電路接收、轉(zhuǎn)換前端發(fā)送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并對(duì)IGBT門級(jí)進(jìn)行充放電從而控制對(duì)應(yīng)一級(jí)IGBT主電路；IGBT主電路在驅(qū)動(dòng)電路控制下實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)的通斷；隔離電源由磁環(huán)變壓器、三個(gè)高頻整流模塊、三個(gè)預(yù)穩(wěn)壓模塊、正15伏穩(wěn)壓模塊、正5伏穩(wěn)壓模塊、負(fù)10伏穩(wěn)壓模塊組成，磁環(huán)變壓器起到高壓隔離與能量傳遞的作用，磁環(huán)變壓器上的三個(gè)次邊繞組各連接一個(gè)高頻整流模塊，高頻整流模塊用于將高頻交流電進(jìn)行整流，每個(gè)高頻整流模塊的輸出端連接一個(gè)預(yù)穩(wěn)壓模塊，預(yù)穩(wěn)壓模塊的輸出電壓穩(wěn)定在20伏，用來保護(hù)穩(wěn)壓模塊不發(fā)生過壓損壞，每個(gè)預(yù)穩(wěn)壓模塊的輸出端連接一個(gè)線性穩(wěn)壓模塊，三個(gè)線性穩(wěn)壓模塊分別為正15伏穩(wěn)壓模塊、正5伏穩(wěn)壓模塊、負(fù)10伏穩(wěn)壓模塊，三個(gè)線性穩(wěn)壓模塊對(duì)應(yīng)輸出的正15伏、正5伏、負(fù)10伏電壓用于IGBT驅(qū)動(dòng)電路工作；IGBT驅(qū)動(dòng)電路由光纖接收模塊、邏輯-功率轉(zhuǎn)換模塊、門極驅(qū)動(dòng)模塊、動(dòng)態(tài)均壓模塊組成，光纖接收模塊接收前端控制器的控制信號(hào)，將控制信號(hào)傳遞給邏輯-功率轉(zhuǎn)換模塊，邏輯-功率轉(zhuǎn)換模塊將進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后的控制信號(hào)傳遞給門級(jí)驅(qū)動(dòng)模塊，門級(jí)驅(qū)動(dòng)模塊在前級(jí)邏輯-功率轉(zhuǎn)換模塊控制下直接對(duì)IGBT門級(jí)進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)主電路導(dǎo)通控制，動(dòng)態(tài)均壓模塊在IGBT發(fā)生過壓時(shí)提供IGBT集電極到門級(jí)驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)反饋回路，保護(hù)IGBT免遭過壓擊穿；IGBT主電路包括IGBT、IGBT門級(jí)保護(hù)元件及緩沖電路，IGBT為高壓開關(guān)的主功率器件，IGBT門級(jí)保護(hù)元件連接IGBT門級(jí)，防止IGBT門級(jí)發(fā)生過壓擊穿與誤導(dǎo)通，緩沖電路連接IGBT的集電極與發(fā)射極，在IGBT通斷時(shí)提供電壓緩沖。
[0010]【具體實(shí)施方式】二:如圖2所示，本實(shí)施方式所述的磁環(huán)變壓器由磁芯、原邊繞組、次邊繞組組成；磁環(huán)變壓器磁芯為鐵氧體磁環(huán)；原邊為一根高壓絕緣電纜，從磁環(huán)中心穿過，所有高壓隔離電源均由同一根高壓絕緣電纜供電；次邊繞組為三路繞在磁環(huán)上的若干匝帶絕緣的細(xì)導(dǎo)線，每個(gè)次級(jí)輸出端各連接一路高頻整流模塊。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0011]【具體實(shí)施方式】三:如圖4所示，本實(shí)施方式所述的高頻整流模塊由接線端子及高頻整流橋組成；磁環(huán)變壓器的次級(jí)繞組輸出端連接高頻整流模塊的接線端子IS1，接線端子與高頻整流橋相連接；具有納秒級(jí)反向恢復(fù)時(shí)間的二極管AD1、AD2、AD3、AD4組成高頻整流橋；AD1的陽極與ISl的引腳I及AD3的陰極相連，陰極與AD2的陰極相連；AD2的陽極與ISl的引腳2及AD4的陰極相連；AD1與AD2陰極的連接點(diǎn)為整流輸出節(jié)點(diǎn)1，AD3與AD4陰極的連接點(diǎn)為整流輸出節(jié)點(diǎn)2，兩節(jié)點(diǎn)與預(yù)穩(wěn)壓模塊相連接。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0012]【具體實(shí)施方式】四:如圖5所示，本實(shí)施方式所述的預(yù)穩(wěn)壓模塊由大功率三極管AT1、齊納二極管AT2、電阻R1、非極性電容ACl與AC5、極性電容AC4組成；高頻整流模塊中的輸出節(jié)點(diǎn)I與輸出節(jié)點(diǎn)2分別與極性電容ACl的陽極和陰極相連接；二極管ATl的COL