專利名稱：一種高壓直流隔離開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高壓直流隔離開關(guān)電源，用于需要電隔離的高壓取能場合， 尤其適用于高壓變頻器、有源電力濾波器和無功補償器等逆變式變流器的直流電壓檢測環(huán)節(jié)的電源需求。
背景技術(shù)：
以高壓變頻器、有源電力濾波器和無功補償器等逆變式變流器為代表的電力電子設(shè)備正廣泛應(yīng)用于電力、煤炭、冶金、紡織等工業(yè)領(lǐng)域，但是逆變式變流器的控制系統(tǒng)需要檢測直流側(cè)的電壓信號。在檢測環(huán)節(jié)中測量電路需要直流電源供電，然而，在高壓場合如何方便的取能并安全的提供直流電源是一個挑戰(zhàn)。隨著經(jīng)濟發(fā)展方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的逐步轉(zhuǎn)型升級，節(jié)能減排的要求日益成為社會發(fā)展的共識。得益于電力電子器件和變流技術(shù)的發(fā)展，通過高壓變頻器、有源電力濾波和無功補償?shù)入娏﹄娮釉O(shè)備的應(yīng)用對傳統(tǒng)能耗行業(yè)的改造升級來達到節(jié)能減排的要求已被實踐證明是一種行之有效的手段。高壓變頻器、有源電力濾波器和無功補償器等逆變式變流器的控制系統(tǒng)根據(jù)其控制策略，需要檢測并穩(wěn)定直流側(cè)的電壓。通常，直流電壓檢測電路屬于二次電路，出于安全及控制方便的考慮需要與一次電路可靠隔離。因此，為直流檢測電路提供電源的高壓直流隔離開關(guān)電源的設(shè)計就顯得尤為關(guān)鍵。目前，業(yè)界比較流行的直流開關(guān)電源由于電路拓撲結(jié)構(gòu)、開關(guān)器件和成本的限制無法直接應(yīng)用于所需直流檢測電路的供電場合。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種用于為高壓變頻器、有源電力濾波器和無功補償器等逆變式變流器的直流電壓檢測電路供電的高壓直流隔離開關(guān)電源。為達上述目的，本實用新型有以下兩種技術(shù)解決方案方案1本實用新型的高壓直流隔離開關(guān)電源，包括功率變換電路、驅(qū)動電路和輸出電路；-功率變換電路包括N個高頻變壓器、IGBT模塊和隔直電容，N為正整數(shù)，N個高頻變壓器的原、副邊繞組分別串聯(lián)，串聯(lián)原邊和串聯(lián)副邊的變比為10:1，IGBT模塊由兩個IGBT單體串聯(lián)組成半橋結(jié)構(gòu)，N個高頻變壓器原邊串聯(lián)繞組的一端與IGBT模塊的輸出端連接，另一端與隔直電容的一端相連，隔直電容的另一端與IGBT模塊負極相連并接地， IGBT模塊正極與輸入直流電壓正極相連；-驅(qū)動電路包括產(chǎn)生方波信號的信號發(fā)生電路和IGBT驅(qū)動及保護電路，信號發(fā)生電路的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護電路的輸入端相連，IGBT驅(qū)動及保護電路輸出的兩路互補驅(qū)動信號分別與IGBT模塊的兩個IGBT單體的柵極相連；[0012]-輸出電路包括，由第一電感、第二電感和電容構(gòu)成的吸收電路、整流橋堆、濾波電感和濾波電容，N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的一端與第一電感的一端相連，第一電感的另一端與第二電感的一端及電容的一端共接，第二電感的另一端與整流橋堆的一個交流輸入端相連，整流橋堆的另一個交流輸入端與電容的另一端及N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的另一端共接，整流橋堆直流輸出的正端與濾波電感的一端相連，濾波電感的另一端與濾波電容的正極相連，整流橋堆直流輸出的負端與濾波電容的負極相連并接地。濾波電容的兩端為輸出直流電壓的正、負極。方案2本實用新型的高壓直流隔離開關(guān)電源，包括功率變換電路、驅(qū)動電路和輸出電路；-功率變換電路包括N個高頻變壓器、IGBT模塊和隔直電容，N為正整數(shù)，N個高頻變壓器的原、副邊繞組分別串聯(lián)，串聯(lián)原邊和串聯(lián)副邊的變比為10:1，IGBT模塊由兩個IGBT單體串聯(lián)組成半橋結(jié)構(gòu)，N個高頻變壓器原邊串聯(lián)繞組的一端與IGBT模塊的輸出端連接，另一端與隔直電容的一端相連，隔直電容的另一端與IGBT模塊負極相連并接地， IGBT模塊正極與輸入直流電壓正極相連；-驅(qū)動電路包括產(chǎn)生方波信號的信號發(fā)生電路和IGBT驅(qū)動及保護電路，信號發(fā)生電路的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護電路的輸入端相連，IGBT驅(qū)動及保護電路輸出的兩路互補驅(qū)動信號分別與IGBT模塊的兩個IGBT單體的柵極相連；-輸出電路包括，整流橋堆、濾波電感和濾波電容，N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的一端與整流橋堆的一個交流輸入端相連，整流橋堆的另一個交流輸入端與N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的另一端相連，整流橋堆直流輸出的正端與濾波電感的一端相連，濾波電感的另一端與濾波電容的正極相連，整流橋堆直流輸出的負端與濾波電容的負極相連并接地。濾波電容的兩端為輸出直流電壓的正、負極。本實用新型的有益效果在于高壓直流隔離開關(guān)電源能夠安全有效的實現(xiàn)與一次電路的隔離并對直流電壓檢測電路供電。該電源輸入電壓高、變換范圍寬廣，結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠。其中的串聯(lián)高頻變壓器分擔了輸入直流高電壓，使得高壓絕緣問題得到了妥善的處理。

圖1是高壓直流隔離開關(guān)電源的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是高壓直流隔離開關(guān)電源的另一種電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖1所示是本實用新型方案1的電路結(jié)構(gòu)示意圖，高壓直流隔離開關(guān)電源包括功率變換電路1、驅(qū)動電路2和輸出電路3 ；-功率變換電路1包括N個高頻變壓器Tl TN、IGBT模塊S和隔直電容C2， N為正整數(shù)，N個高頻變壓器的原、副邊繞組分別串聯(lián)，串聯(lián)原邊和串聯(lián)副邊的變比為10 1, IGBT模塊S由兩個IGBT單體串聯(lián)組成半橋結(jié)構(gòu)，N個高頻變壓器原邊串聯(lián)繞組的一端與 IGBT模塊S的輸出端連接，另一端與隔直電容C2的一端相連，隔直電容C2的另一端與IGBT模塊S負極相連并接地，IGBT模塊S正極與輸入直流電壓正極相連；-驅(qū)動電路2包括產(chǎn)生方波信號的信號發(fā)生電路2.1和IGBT驅(qū)動及保護電路 2. 2，信號發(fā)生電路2. 1的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護電路2. 2的輸入端相連，IGBT驅(qū)動及保護電路2. 2輸出的兩路互補驅(qū)動信號分別與IGBT模塊S的兩個IGBT單體的柵極相連；-輸出電路3包括，由第一電感Li、第二電感L2和電容C3構(gòu)成的吸收電路、整流橋堆D、濾波電感L3和濾波電容C4，N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的一端與第一電感Ll的一端相連，第一電感Ll的另一端與第二電感L2的一端及電容C3的一端共接，第二電感L2 的另一端與整流橋堆D的一個交流輸入端相連，整流橋堆D的另一個交流輸入端與電容C3 的另一端及N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的另一端共接，整流橋堆D直流輸出的正端與濾波電感L3的一端相連，濾波電感L3的另一端與濾波電容C4的正極相連，整流橋堆D直流輸出的負端與濾波電容C4的負極相連并接地。濾波電容C4的兩端為輸出直流電壓的正、 負極。工作原理如下信號發(fā)生電路2. 1輸出一個占空比約為50%的方波信號給IGBT 驅(qū)動及保護電路2. 2，由IGBT驅(qū)動及保護電路2. 2為IGBT模塊S提供兩路互補驅(qū)動信號， IGBT模塊S將輸入的直流高電壓進行斬波，串聯(lián)高頻變壓器Tl至TN的原、副邊變比為10 1，串聯(lián)高頻變壓器Tl至TN將原邊IGBT斬波形成的電壓方波進行降壓變換得到副邊幅度為原邊1/10左右的電壓方波，副邊的電壓方波再經(jīng)過吸收電路Li，L2，C3、整流橋堆D、濾波電感L3和濾波電容C4的濾波作用即可得到所需的低壓直流電壓，為后續(xù)負載供電。其中， 串聯(lián)的高頻變壓器Tl至TN分擔了輸入直流高電壓，使得高壓絕緣問題得到了妥善的處理。圖2所示是本實用新型方案2的電路結(jié)構(gòu)示意圖，高壓直流隔離開關(guān)電源包括功率變換電路1、驅(qū)動電路2和輸出電路3 ；-功率變換電路1包括N個高頻變壓器Tl TN、IGBT模塊S和隔直電容C2， N為正整數(shù)，N個高頻變壓器的原、副邊繞組分別串聯(lián)，串聯(lián)原邊和串聯(lián)副邊的變比為10 1, IGBT模塊S由兩個IGBT單體串聯(lián)組成半橋結(jié)構(gòu)，N個高頻變壓器原邊串聯(lián)繞組的一端與 IGBT模塊S的輸出端連接，另一端與隔直電容C2的一端相連，隔直電容C2的另一端與IGBT 模塊S負極相連并接地，IGBT模塊S正極與輸入直流電壓正極相連；-驅(qū)動電路2包括產(chǎn)生方波信號的信號發(fā)生電路2.1和IGBT驅(qū)動及保護電路 2. 2，信號發(fā)生電路2. 1的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護電路2. 2的輸入端相連，IGBT驅(qū)動及保護電路2. 2輸出的兩路互補驅(qū)動信號分別與IGBT模塊S的兩個IGBT單體的柵極相連；-輸出電路3包括，整流橋堆D、濾波電感L3和濾波電容C4，N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的一端與整流橋堆D的一個交流輸入端相連，整流橋堆D的另一個交流輸入端與 N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的另一端相連，整流橋堆D直流輸出的正端與濾波電感L3的一端相連，濾波電感L3的另一端與濾波電容C4的正極相連，整流橋堆D直流輸出的負端與濾波電容C4的負極相連并接地。濾波電容C4的兩端為輸出直流電壓的正、負極。工作原理如下信號發(fā)生電路2. 1輸出一個占空比約為50%的方波信號給IGBT 驅(qū)動及保護電路2. 2，由IGBT驅(qū)動及保護電路2. 2為IGBT模塊S提供兩路互補驅(qū)動信號， IGBT模塊S將輸入的直流高電壓進行斬波，串聯(lián)高頻變壓器Tl至TN的原、副邊變比為10 1，串聯(lián)高頻變壓器Tl至TN將原邊IGBT斬波形成的電壓方波進行降壓變換得到副邊幅度為原邊1/10左右的電壓方波，副邊的電壓方波經(jīng)過整流橋堆D、濾波電感L3和濾波電容C4的濾波作用即可得到所需的低壓直流電壓，為后續(xù)負載供電。其中，串聯(lián)的高頻變壓器Tl 至TN分擔了輸入直流高電壓，使得高壓絕緣問題得到了妥善的處理。
權(quán)利要求1.一種高壓直流隔離開關(guān)電源，其特征在于包括功率變換電路(1)、驅(qū)動電路(2)和輸出電路(3);-功率變換電路(1)包括N個高頻變壓器(Tl TN)、IGBT模塊(S)和隔直電容 (C2)，N為正整數(shù)，N個高頻變壓器的原、副邊繞組分別串聯(lián)，串聯(lián)原邊和串聯(lián)副邊的變比為 10 :1，IGBT模塊(S)由兩個IGBT單體串聯(lián)組成半橋結(jié)構(gòu)，N個高頻變壓器原邊串聯(lián)繞組的一端與IGBT模塊(S)的輸出端連接，另一端與隔直電容(C2)的一端相連，隔直電容(C2)的另一端與IGBT模塊(S)負極相連并接地，IGBT模塊(S)正極與輸入直流電壓正極相連；-驅(qū)動電路(2)包括產(chǎn)生方波信號的信號發(fā)生電路(2. 1)和IGBT驅(qū)動及保護電路 (2. 2)，信號發(fā)生電路(2. 1)的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護電路(2. 2)的輸入端相連，IGBT驅(qū)動及保護電路(2. 2)輸出的兩路互補驅(qū)動信號分別與IGBT模塊(S)的兩個IGBT單體的柵極相連；-輸出電路(3)包括，由第一電感(Li)、第二電感(L2)和電容(C3)構(gòu)成的吸收電路、 整流橋堆(D)、濾波電感(L3)和濾波電容(C4)，N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的一端與第一電感(Li)的一端相連，第一電感(Li)的另一端與第二電感(L2)的一端及電容(C3)的一端共接，第二電感(L2)的另一端與整流橋堆(D)的一個交流輸入端相連，整流橋堆(D)的另一個交流輸入端與電容(C3)的另一端及N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的另一端共接，整流橋堆(D)直流輸出的正端與濾波電感(L3)的一端相連，濾波電感(L3)的另一端與濾波電容 (C4)的正極相連，整流橋堆(D)直流輸出的負端與濾波電容(C4)的負極相連并接地，濾波電容(C4)的兩端為輸出直流電壓的正、負極。
2.高壓直流隔離開關(guān)電源，其特征在于包括功率變換電路(1)、驅(qū)動電路(2)和輸出電路(3)；-功率變換電路(1)包括N個高頻變壓器(Tl TN)、IGBT模塊(S)和隔直電容 (C2)，N為正整數(shù)，N個高頻變壓器的原、副邊繞組分別串聯(lián)，串聯(lián)原邊和串聯(lián)副邊的變比為 10:1，IGBT模塊(S)由兩個IGBT單體串聯(lián)組成半橋結(jié)構(gòu)，N個高頻變壓器原邊串聯(lián)繞組的一端與IGBT模塊(S)的輸出端連接，另一端與隔直電容(C2)的一端相連，隔直電容(C2)的另一端與IGBT模塊(S)負極相連并接地，IGBT模塊(S)正極與輸入直流電壓正極相連；-驅(qū)動電路(2)包括產(chǎn)生方波信號的信號發(fā)生電路(2. 1)和IGBT驅(qū)動及保護電路 (2. 2)，信號發(fā)生電路(2. 1)的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護電路(2. 2)的輸入端相連，IGBT驅(qū)動及保護電路(2. 2)輸出的兩路互補驅(qū)動信號分別與IGBT模塊(S)的兩個IGBT單體的柵極相連；-輸出電路(3)包括，整流橋堆(D)、濾波電感(L3)和濾波電容(C4)，N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的一端與整流橋堆(D)的一個交流輸入端相連，整流橋堆(D)的另一個交流輸入端與N個高頻變壓器副邊串聯(lián)繞組的另一端相連，整流橋堆(D)直流輸出的正端與濾波電感(L3)的一端相連，濾波電感(L3)的另一端與濾波電容(C4)的正極相連，整流橋堆 (D)直流輸出的負端與濾波電容(C4)的負極相連并接地，濾波電容(C4)的兩端為輸出直流電壓的正、負極。
專利摘要本實用新型公開的高壓直流隔離開關(guān)電源包括功率變換電路、驅(qū)動電路和輸出電路，其中功率變換電路包括N個原、副邊繞組分別串聯(lián)的高頻變壓器、IGBT模塊和隔直電容，驅(qū)動電路包括產(chǎn)生方波信號的信號發(fā)生電路和提供給IGBT模塊兩路互補驅(qū)動信號的IGBT驅(qū)動及保護電路，輸出電路包括吸收電路、整流橋堆、濾波電感和濾波電容。本實用新型的高壓直流開關(guān)電源能夠安全有效的實現(xiàn)與一次電路的隔離并對直流電壓檢測電路供電，其輸入電壓高、變換范圍寬廣，輸入和輸出保持隔離，結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠。
文檔編號H02M3/335GK202004648SQ201120022320
公開日2011年10月5日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者楊貴玉, 江道灼, 許挺 申請人:浙江大學(xué)