專利名稱：一種高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)電源，具體涉及一種高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源，屬于智能電網(wǎng)、新能源和節(jié)能降耗技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著智能電網(wǎng)建設(shè)、新能源發(fā)展和節(jié)能降耗政策的推進(jìn)，各種功率變換技術(shù)如柔性交流輸電技術(shù)、交流變頻技術(shù)、電能質(zhì)量控制技術(shù)(含各類動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù))中大量使用電力電子技術(shù)，且均向高電壓大功率方向發(fā)展。高電壓大功率電力電子裝置中，由于受元器件耐壓限制，元器件必須串聯(lián)使用，一些大的功率變換裝置中串聯(lián)元器件數(shù)量極多。串聯(lián)使用的元器件的驅(qū)動(dòng)電路的電源間、驅(qū)動(dòng)電路的電源與主回路間也承受極高的電壓。目前驅(qū)動(dòng)電路的電源主要為電壓源并聯(lián)供電方式，該方式用隔離變壓器實(shí)現(xiàn)初、 次級(jí)及次級(jí)各組電源的隔離，當(dāng)高電壓大功率電力電子裝置需要上百組驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，工程上實(shí)踐就非常困難。該方式實(shí)現(xiàn)起來體積龐大、造價(jià)高，更大的缺點(diǎn)是隔離分布電容大，限制了主回路的高頻化。為解決上述問題，提出了電流源型分布式電源方案，目前對(duì)此方案有一些研究，現(xiàn)有研究中電流源方式主要有交流方波和諧振式正弦波二種。交流方波電流源方式是將交流電源經(jīng)整流和BUCK變換后得到恒幅值的直流電流，再經(jīng)橋式變換得到交流方波電流。交流方波電流含有較大的諧波，諧波含有量約為 48%，且高次諧波含有量大，電磁干擾嚴(yán)重。該方案體積大，可靠性低。諧振式正弦波電流源方式是在交流方波電流源的基礎(chǔ)上，在輸出級(jí)加上諧振環(huán)節(jié)，使輸出電流近似于正弦波，該技術(shù)在諧波、電磁干擾及器件開關(guān)特性方面有較大的改善，但控制復(fù)雜、可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種高隔離度、隔離分布電容小、低電磁干擾、易于控制、高可靠性、造價(jià)低、體積小和輸出電源模塊配置靈活的高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明包括交流三角波電流源產(chǎn)生電路、電流母線、至少設(shè)有一個(gè)隔離電流互感器和與對(duì)應(yīng)的隔離電流互感器二次側(cè)相連接的輸出電源模塊；交流三角波電流源產(chǎn)生電路包括用于將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的檢測(cè)電路、與檢測(cè)電路輸出端相連接的三角波電流控制電路、與三角波電流控制電路輸出端相連接的驅(qū)動(dòng)電路、與驅(qū)動(dòng)電路輸出端相連接的橋式變換電路和設(shè)置在橋式變換電路輸入端的整流濾波電路；電流母線貫穿隔離電流互感器并與檢測(cè)電路及橋式變換電路形成閉合回路。上述橋式變換電路包括第一絕緣柵雙極晶體管、第二絕緣柵雙極晶體管、第三絕緣柵雙極晶體管、第四絕緣柵雙極晶體管和電感；第一絕緣柵雙極晶體管源極接第二絕緣柵雙極晶體管漏極，其公共端接電感一端，電感另一端接電流母線一端；第三絕緣柵雙極晶體管源極接第四絕緣柵雙極晶體管漏極，其公共端接電流母線另一端；第一絕緣柵雙極晶體管漏極與第三絕緣柵雙極晶體管漏極相連接，其公共端接整流濾波電路一輸出端；第二絕緣柵雙極晶體管源極與第四絕緣柵雙極晶體管源極相連接，其公共端接整流濾波電路另一輸出端。上述驅(qū)動(dòng)電路包括第一驅(qū)動(dòng)模塊和第二驅(qū)動(dòng)模塊；第一驅(qū)動(dòng)模塊連接驅(qū)動(dòng)第一絕緣柵雙極晶體管和第二絕緣柵雙極晶體管；第二驅(qū)動(dòng)模塊連接驅(qū)動(dòng)第三絕緣柵雙極晶體管和第四絕緣柵雙極晶體管。上述三角波電流控制電路包括第一比較器、第二比較器、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻；第一電阻和第三電阻串聯(lián)，其公共端接第一比較器第一輸入端，第一電阻另一端接檢測(cè)電路輸出端，第三電阻另一端接地；第二電阻和第四電阻串聯(lián)，其公共端接第一比較器第二輸入端，第二電阻另一端接地，第四電阻另一端接第一比較器輸出端；第一比較器輸出端接第一驅(qū)動(dòng)模塊輸入端和第二比較器第一輸入端；第二比較器第二輸入端接接地；第二比較器輸出端接第二驅(qū)動(dòng)模塊輸入端。本發(fā)明巧妙地利用了電感所固有的伏安特性形成三角波電流輸出，使控制電路簡(jiǎn)單、可靠。上述檢測(cè)電路采用的是電流傳感器。上述電流母線采用的是單芯高壓電纜。本發(fā)明具有隔離度高、隔離分布電容小、造價(jià)低和體積小等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明的電流源波形為三角波，諧波含有量低于12%，比現(xiàn)有的諧振式正弦波電流源諧波含有量略高，但其中三次諧波含有量約11%，七次以上高次諧波幾乎沒有，故電磁干擾很小；本發(fā)明還具有損耗小、效率高、控制簡(jiǎn)單和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明電流母線穿過隔離電流互感器，隔離電流互感器可安裝在電流母線所走過的任意位置，隔離電流互感器和輸出電源模塊的數(shù)量根據(jù)電力電子裝置(電力電子裝置包括多個(gè)電力電子器件。)所需隔離電源數(shù)量配置，使得輸出電源模塊配置靈活。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來詳細(xì)說明本發(fā)明；圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的主回路電路圖；圖3為本發(fā)明的三角波電流控制電路、驅(qū)動(dòng)電路的電路圖；圖4為本發(fā)明的橋式變換電路驅(qū)動(dòng)波形圖(第一絕緣柵雙極晶體管和第四絕緣柵雙極晶體管)；圖5為本發(fā)明的橋式變換電路驅(qū)動(dòng)波形圖(第二絕緣柵雙極晶體管和第三絕緣柵雙極晶體管)；圖6為本發(fā)明的交流三角波電流源產(chǎn)生電路輸出的電流波形圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)新特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見圖1，本發(fā)明包括交流三角波電流源產(chǎn)生電路、一根電流母線、至少設(shè)有一個(gè) (其數(shù)量與電力電子裝置所需隔離電源數(shù)量相同)隔離電流互感器、和與對(duì)應(yīng)的隔離電流互感器二次側(cè)相連接的輸出電源模塊。電流母線與隔離電流互感器間磁耦合。將電力電子器件與對(duì)應(yīng)的輸出電源模塊電連接，電力電子器件間相互連接，本發(fā)明作為電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電源。交流三角波電流源產(chǎn)生電路包括AC220V電源、輔助電源(士 12V)、用于將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的檢測(cè)電路LTl、與檢測(cè)電路LTl輸出端相連接的三角波電流控制電路、與三角波電流控制電路輸出端相連接的驅(qū)動(dòng)電路、與驅(qū)動(dòng)電路輸出端相連接的橋式變換電路和設(shè)置在橋式變換電路輸入端的整流濾波電路。AC220V電源與整流濾波電路及輔助電源相連接；驅(qū)動(dòng)電路、三角波電流控制電路和檢測(cè)電路LTl均通過輔助電源供電。電流母線貫穿隔離電流互感器并與檢測(cè)電路LTl及橋式變換電路形成閉合回路。本發(fā)明通過交流三角波電流源產(chǎn)生電路將AC220V電源(其他電壓等級(jí)也可以) 變換為高頻OOKHz以上)的交流三角波電流源；該交流三角波電流源通過電流母線穿過隔離電流互感器，隔離電流互感器二次側(cè)經(jīng)輸出電源模塊將電流源轉(zhuǎn)化為穩(wěn)壓的電壓源，即可得到高隔離度、隔離分布電容小、低電磁干擾、高可靠性、造價(jià)低和體積小的驅(qū)動(dòng)電源。參見圖2，整流濾波電路包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4和第一電容器Cl。AC220V電源經(jīng)第一二極管Dl、第二二極管D2、第三二極管 D3和第四二極管D4組成的全橋整流、電容器Cl濾波得到約300V的直流電壓V+。橋式變換電路包括第一絕緣柵雙極晶體管Q1A、第二絕緣柵雙極晶體管Q1B、第三絕緣柵雙極晶體管QIC、第四絕緣柵雙極晶體管QlD和電感L ；第一絕緣柵雙極晶體管QlA 源極E接第二絕緣柵雙極晶體管QlB漏極C，其公共端接電感L 一端，電感L另一端接電流母線一端；第三絕緣柵雙極晶體管QlC源極E接第四絕緣柵雙極晶體管QlD漏極C，其公共端接電流母線另一端；第一絕緣柵雙極晶體管QlA漏極C與第三絕緣柵雙極晶體管QlC漏極C相連接，其公共端接整流濾波電路正輸出端V+ ；第二絕緣柵雙極晶體管QlB源極E與第四絕緣柵雙極晶體管QlD源極E相連接，其公共端接整流濾波電路負(fù)輸出端V-。參見圖3，驅(qū)動(dòng)電路包括第一驅(qū)動(dòng)模塊U2、第二驅(qū)動(dòng)模塊U3、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9和第十電阻R10。第一驅(qū)動(dòng)模塊U2的HOB連接第一絕緣柵雙極晶體管QlA柵極G，HOE連接第一絕緣柵雙極晶體管QlA源極E，LOB連接第二絕緣柵雙極晶體管QlB柵極G，LOE連接第二絕緣柵雙極晶體管QlB源極E。在HOB與第一絕緣柵雙極晶體管QlA柵極G之間還連接有第七電阻R7 ；在LOB與第二絕緣柵雙極晶體管QlB柵極G之間還連接有第八電阻R8。第二驅(qū)動(dòng)模塊U3的HOB連接第三絕緣柵雙極晶體管QlC柵極G，HOE連接第三絕緣柵雙極晶體管QlC源極E，LOB連接第四絕緣柵雙極晶體管QlD柵極G，LOE連接第四絕緣柵雙極晶體管QlD源極E。在HOB與第三絕緣柵雙極晶體管QlC柵極G之間還連接有第九電阻R9 ；在LOB與第四絕緣柵雙極晶體管QlD柵極G之間還連接有第十電阻R10。其中，第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9和第十電阻RlO用于限止電流。三角波電流控制電路包括第一比較器U1A、第二比較器U1B、第五二極管D5、第六二極管D6、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5和第六電阻
5R6。第一電阻Rl和第三電阻R3串聯(lián)，其公共端接第一比較器UlA負(fù)輸入端(第2腳)， 第一電阻Rl另一端接檢測(cè)電路LTl輸出端Vi，第三電阻R3另一端接地；第二電阻R2和第四電阻R4串聯(lián)，其公共端接第一比較器UlA正輸入端(第3腳)，第二電阻R2另一端接地， 第四電阻R4另一端接第一比較器UlA輸出端(第1腳)；第五電阻R5—端接第一比較器 UlA輸出端(第1腳)，其另一端接第五二極管D5陰極和第一驅(qū)動(dòng)模塊U2輸入端IN。第二比較器UlB負(fù)輸入端(第6腳)接第一比較器UlA輸出端(第1腳)；第二比較器UlB正輸入端(第5腳)接接地；第六電阻R6 —端接第二比較器UlB輸出端(第7腳)，其另一端接第六二極管D6陰極和第二驅(qū)動(dòng)模塊U3輸入端IN。其中，第五二極管D5和第六二極管D6用于限制反向電壓；第五電阻R5和第六電阻R6用于限止電流。本實(shí)施例中，檢測(cè)電路LTl采用的是電流傳感器。本發(fā)明的工作工程如下初始狀態(tài)設(shè)定第一比較器UlA輸出端輸出高電平“ + ”，第二比較器UlB輸出端輸出低電平“_”；此時(shí)，第一驅(qū)動(dòng)模塊U2的HOB輸出高電平、LOB輸出低電平，第二驅(qū)動(dòng)模塊 U3的HOB輸出低電平、LOB輸出高電平；則第一絕緣柵雙極晶體管QlA和第四絕緣柵雙極晶體管QlD導(dǎo)通，第三絕緣柵雙極晶體管QlC和第二絕緣柵雙極晶體管QlB截止，輸出電流由 V+ —第一絕緣柵雙極晶體管QlA —電感L —電流母線一第四絕緣柵雙極晶體管QlD — V-。由于該回路中電感L的存在，電流不能突變，輸出電流將由0逐漸上升。輸出電流由電流傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Vi，隨著輸出電流的增大Vi升高，Vi經(jīng)由第一電阻R1、第三電阻R3串聯(lián)分壓接至第一比較器UlA的負(fù)輸入端，當(dāng)分壓后的電壓達(dá)到第一比較器UlA輸出端，經(jīng)由第二電阻R2、第四電阻R4串聯(lián)分壓接至第一比較器UlA正輸入端的電壓時(shí)，第一比較器UlA輸出端由“ + ”變?yōu)椤?”，第二比較器UlB輸出端由“_”變?yōu)椤?+ ”，此時(shí)第一驅(qū)動(dòng)模塊U2的HOB輸出低電平、LOB輸出高電平，第二驅(qū)動(dòng)模塊U3的HOB輸出高電平、LOB輸出低電平，則第一絕緣柵雙極晶體管QlA和第四絕緣柵雙極晶體管QlD截止，第三絕緣柵雙極晶體管QlC和第二絕緣柵雙極晶體管QlB導(dǎo)通。此時(shí)電感L兩端電壓與前一個(gè)狀態(tài)相反，因電感L電流不能突變，輸出電流由 V-—第二絕緣柵雙極晶體管QlB中的續(xù)流二極管一電感L —電流母線一第三絕緣柵雙極晶體管QlC中的續(xù)流二極管一V+逐漸減小，當(dāng)輸出電流減小至零時(shí)，輸出電流反向，輸出電流由V+ —第三絕緣柵雙極晶體管QlC —電流母線一電感L —第二絕緣柵雙極晶體管 QlB — V-，輸出電流將由0逐漸上升，電流傳感器將輸出電流轉(zhuǎn)換為的電壓信號(hào)Vi負(fù)向增大，當(dāng)負(fù)向Vi使第一比較器UlA負(fù)輸入端電壓低于正輸入端的電壓時(shí)，第一比較器UlA輸出端由“_”變?yōu)椤?+ ”，第二比較器UlB輸出端由“ + ”變?yōu)椤?”，此時(shí)第一驅(qū)動(dòng)模塊U2的HOB 輸出高電平、LOB輸出低電平，第二驅(qū)動(dòng)模塊U3的HOB輸出低電平、LOB輸出高電平，第一絕緣柵雙極晶體管QlA和第四絕緣柵雙極晶體管QlD導(dǎo)通，第三絕緣柵雙極晶體管QlC和第二絕緣柵雙極晶體管QlB截止，電路工作進(jìn)入下一個(gè)周期。由上述分析可知，電路工作時(shí)，電感L和電流母線中流過幅度和頻率由電感L電感量和第二電阻R2、第四電阻R4分壓比決定的交流三角波電流。參見圖4和圖5，第一絕緣柵雙極晶體管QlA和第四絕緣柵雙極晶體管QlD同時(shí)驅(qū)動(dòng)，第三絕緣柵雙極晶體管QlC和第二絕緣柵雙極晶體管QlB同時(shí)驅(qū)動(dòng)，且驅(qū)動(dòng)信號(hào)Q1A-G、 QlD-G與Q1C-G、QlB-G如圖所示在時(shí)域上錯(cuò)開。參見圖6，交流三角波電流源產(chǎn)生電路輸出的電流波形為以0點(diǎn)為中心、以Lii 和-Im為上下峰值的三角波。本實(shí)施例中，電流母線采用的是與電力電子器件所處系統(tǒng)同電壓等級(jí)的單芯高壓電纜；第一驅(qū)動(dòng)模塊U2和第二驅(qū)動(dòng)模塊U3的核心芯片采用的是頂2111。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，包括交流三角波電流源產(chǎn)生電路、電流母線、至少設(shè)有一個(gè)隔離電流互感器和與對(duì)應(yīng)的隔離電流互感器二次側(cè)相連接的輸出電源模塊；所述交流三角波電流源產(chǎn)生電路包括用于將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的檢測(cè)電路、與檢測(cè)電路輸出端相連接的三角波電流控制電路、與三角波電流控制電路輸出端相連接的驅(qū)動(dòng)電路、與驅(qū)動(dòng)電路輸出端相連接的橋式變換電路和設(shè)置在橋式變換電路輸入端的整流濾波電路；所述電流母線貫穿隔離電流互感器并與檢測(cè)電路及橋式變換電路形成閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述橋式變換電路包括第一絕緣柵雙極晶體管、第二絕緣柵雙極晶體管、第三絕緣柵雙極晶體管、第四絕緣柵雙極晶體管和電感；所述第一絕緣柵雙極晶體管源極接第二絕緣柵雙極晶體管漏極，其公共端接電感一端，所述電感另一端接電流母線一端；所述第三絕緣柵雙極晶體管源極接第四絕緣柵雙極晶體管漏極，其公共端接電流母線另一端；所述第一絕緣柵雙極晶體管漏極與第三絕緣柵雙極晶體管漏極相連接，其公共端接整流濾波電路一輸出端；所述第二絕緣柵雙極晶體管源極與第四絕緣柵雙極晶體管源極相連接，其公共端接整流濾波電路另一輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路包括第一驅(qū)動(dòng)模塊和第二驅(qū)動(dòng)模塊；所述第一驅(qū)動(dòng)模塊連接驅(qū)動(dòng)第一絕緣柵雙極晶體管和第二絕緣柵雙極晶體管； 所述第二驅(qū)動(dòng)模塊連接驅(qū)動(dòng)第三絕緣柵雙極晶體管和第四絕緣柵雙極晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述三角波電流控制電路包括第一比較器、第二比較器、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻；所述第一電阻和第三電阻串聯(lián)，其公共端接第一比較器第一輸入端，所述第一電阻另一端接檢測(cè)電路輸出端，所述第三電阻另一端接地；所述第二電阻和第四電阻串聯(lián)，其公共端接第一比較器第二輸入端，所述第二電阻另一端接地，所述第四電阻另一端接第一比較器輸出端；所述第一比較器輸出端接第一驅(qū)動(dòng)模塊輸入端和第二比較器第一輸入端；所述第二比較器第二輸入端接接地；所述第二比較器輸出端接第二驅(qū)動(dòng)模塊輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述檢測(cè)電路采用的是電流傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述電流母線采用的是單芯高壓電纜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓隔離分布式驅(qū)動(dòng)電源，包括交流三角波電流源產(chǎn)生電路、電流母線、至少設(shè)有一個(gè)隔離電流互感器和與對(duì)應(yīng)的隔離電流互感器二次側(cè)相連接的輸出電源模塊；交流三角波電流源產(chǎn)生電路包括用于將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的檢測(cè)電路、與檢測(cè)電路輸出端相連接的三角波電流控制電路、與三角波電流控制電路輸出端相連接的驅(qū)動(dòng)電路、與驅(qū)動(dòng)電路輸出端相連接的橋式變換電路和設(shè)置在橋式變換電路輸入端的整流濾波電路；電流母線貫穿隔離電流互感器并與檢測(cè)電路及橋式變換電路形成閉合回路。本發(fā)明具有高隔離度、隔離分布電容小、低電磁干擾、易于控制、高可靠性、造價(jià)低、體積小、輸出電源模塊配置靈活等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M5/458GK102201746SQ201110142360
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者楊阿齊, 狄清 申請(qǐng)人:溧陽市恒通電源系統(tǒng)有限公司