CN101261764A

CN101261764A - 功率开关器件的无线驱动***

Info

Publication number: CN101261764A
Application number: CNA2008100365700A
Authority: CN
Inventors: 姜建国; 杨兴华; 许海燕; 乔树通
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2008-09-10

Abstract

一种电力电子技术领域中的功率开关器件的无线驱动***，本发明驱动信号无线发送单元对功率开关器件的驱动信号进行数字编码，并将数字编码信号采用无线方式发给驱动信号无线接收单元；驱动信号无线接收单元接收到驱动信号的数字编码信号，转换为数字信号，数字信号经过解码得到驱动信号，驱动信号送入功率传输单元中的功率放大电路进行功率放大；功率传输单元首先将直流供电电源变换为高频的交流电源，并通过两级变压隔离传输，然后整流得到直流电源，给功率放大电路供电，对驱动信号无线接收单元发送过来的驱动信号进行功率放大。本发明能够实现功率开关器件的可靠驱动，低压侧与高压侧的可靠隔离，减少直流供电电源的数量。

Description

功率开关器件的无线驱动***

技术领域

本发明涉及一种电子技术领域的无线驱动***，具体是一种功率开关器件的无线驱动***。

背景技术

驱动***很多，像继电器适合于高电压大电流低频率的驱动场所；固态继电器SSR适合于高电压小电流高频率的驱动场所，集成电路适合于低电压小电流高频率的驱动场所。

经对现有技术的文献检索发现，杨水涛等在《电力电子技术》(2006年第40卷第一期第117页)上发表的“对大功率IGBT驱动电路中信号传输的探讨”，该文中提出采用光纤隔离方式传输功率开关器件的驱动信号，具体实现为：驱动信号经过光发射器，由电信号转换为光信号，通过光纤传输到光接收器，光接收器将光信号转换为电信号，经过功率放大驱动功率开关器件。由于光纤连接的发射器和接收器之间无直接电气连接，此方案可以实现高压隔离驱动。但高压大功率电力电子装置触发***具有复杂庞大的电路，而光纤的价格昂贵且布线复杂，因此这种方案就显得昂贵且庞大，尤其在布设光纤不方便的地方，这种方案的使用就具有一定的局限性。基于以上实际情况，选择一种驱动方案，既可以实现对功率开关器件的可靠稳定快速的驱动，同时实现简单，成本较低，成为功率开关器件驱动领域的一个新的追求方向。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种功率开关器件的无线驱动***，具有抗干扰效果好、结构简单、成本低廉、通用性强等优点。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括：驱动信号无线发送单元、驱动信号无线接收单元、功率传输单元，功率传输单元包括功率放大电路，其中：

驱动信号无线发送单元对功率开关器件的驱动信号进行数字编码，并将数字编码信号采用无线方式发给驱动信号无线接收单元；

驱动信号无线接收单元接收到驱动信号的数字编码信号，转换为数字信号，数字信号经过解码得到驱动信号，驱动信号送入功率传输单元中的功率放大电路进行功率放大；

功率传输单元首先将直流供电电源变换为高频的交流电源，并通过两级变压隔离传输，然后整流得到直流电源，给功率放大电路供电，对驱动信号无线接收单元发送过来的驱动信号进行功率放大。

所述驱动信号无线发送单元，包括：数字编码器、射频发送器，驱动信号输入数字编码器的输入口，数字编码器的输出口与射频发送器的输入口相连，数字编码器对驱动信号的高低电平进行编码，得到驱动信号的数字编码信号，数字编码信号送入射频发送器中，射频发送器将数字编码信号以无线信号发送出去；

所述的驱动信号无线接收单元，包括：射频接收器、数字解码器，射频接收器的输入端口接收驱动信号的数字编码信号，射频接收器的输出口与数字解码器的输入口相连，数字解码器的输出口与功率传输单元的信号输入口相连，射频接收器将接收到的无线信号转换为数字信号，数字信号经过数字解码器进行解码，数字解码器的输出信号就是功率开关器件的驱动信号，该驱动信号送入功率放大电路中进行功率放大；

所述功率传输单元，还包括：两只电解电容、两只功率开关、两只功率二极管、控制与驱动器、两只高频变压器、一只单相整流桥，两只电解电容顺次串联形成一个左桥臂，两只功率开关与两只功率二极管两两对应经反向并联构成两只逆导型开关，两只逆导型开关顺次串联形成一个右桥臂，左右桥臂的上端与直流电源正极相连，下端与直流电源负极相连，左右桥臂的中点与一只高频变压器的初级线圈相连，高频变压器的次级线圈与另一只高频变压器的初级线圈相连，另一只高频变压器的次级线圈与单相整流桥的两个交流输入端相连，单相整流桥的正极输出端与功率放大电路供电电源的正极相连，单相整流桥的负极输出端与功率放大电路供电电源的负极相连。

本发明工作时，微控制器产生的驱动信号发送给驱动信号无线发送单元，驱动信号无线发送单元对驱动信号的高低电平进行数字编码，数字编码信号通过射频发送器发送出去；驱动信号无线接收单元利用射频接收器接收射频发送器发出的射频信号，转换为数字信号，数字信号经过数字解码器解码得到功率器件的驱动信号，驱动信号送到功率发大电路中进行功率放大。功率传输单元利用半桥逆变电路，将直流供电电源变换为高频的交流电源，通过两级高频变压器隔离传输，然后经过单相整流桥进行整流得到直流电源，给功率放大电路供电，实现驱动信号的功率放大。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：由于采用射频收发器实现驱动信号的无线传输，可以实现低压侧与高压侧的可靠隔离，隔离电压高于4000V；简化电路布线，降低***成本；提高***的抗干扰性。本发明可用在220V及以上电压等级的电力电子变换器中，尤其适用于660V及以上电压等级的直流传动和交流传动中的电力变换器。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明应用于三相逆变器***中的实施例电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：驱动信号无线发送单元1、驱动信号无线接收单元2和功率传输单元3，功率传输单元3包括功率放大电路31，其中：

驱动信号无线发送单元1对功率开关器件的驱动信号进行数字编码，并将数字编码信号采用无线方式发给驱动信号无线接收单元2；

驱动信号无线接收单元2接收到驱动信号的数字编码信号，转换为数字信号，数字信号经过解码得到驱动信号，驱动信号送入功率传输单元3中的功率放大电路31进行功率放大；

功率传输单元3首先将直流供电电源变换为高频的交流电源，并通过两级变压隔离传输，然后整流得到直流电源，给功率放大电路31供电，对驱动信号无线接收单元发送过来的驱动信号进行功率放大。

所述驱动信号无线发送单元1包括：一只数字编码器10、一只射频发送器11，驱动信号输入数字编码器10的输入口，数字编码器10的输出口与射频发送器11的输入口相连。

所述驱动信号无线接收单元2包括：一只射频接收器20、一只数字解码器21，射频接收器20的输入端口接收驱动信号的数字编码信号，射频接收器20的输出口与数字解码器21的输入口相连，数字解码器21的输出口与功率传输单元3的信号输入口相连。

所述功率传输单元3，还包括：两只电解电容E1～E2、两只功率开关S1～S2、两只功率二极管D1～D2、一只控制与驱动器30、两只高频变压器T1～T2、一只单相整流桥B1，两只电解电容E1～E2顺次串联形成一个左桥臂，两只功率开关S1～S2与两只功率二极管D1～D2两两对应经反向并联构成两只逆导型开关，两只逆导型开关顺次串联形成一个右桥臂，左右桥臂的上端与直流电源正极相连，下端与直流电源负极相连。控制与驱动器30的输出分别与两只功率开关S1～S2的门极相连。左右桥臂的中点与高频变压器T1的初级线圈相连，高频变压器T1的次级线圈与另一个高频变压器T2的次级线圈相连，另一个高频变压器T2的次级线圈与单相整流桥B1的两个交流输入端相连，单相整流桥B1的正极输出端与功率放大电路31供电电源的正极相连，单相整流桥B1的负极输出端与功率放大电路31供电电源的负极相连。

本实施例的工作原理为：

驱动信号无线发送单元1中，数字编码器10对驱动信号的高低电平进行编码，得到驱动信号的数字编码信号，数字编码信号送入射频发送器11中，射频发送器11将数字编码信号以无线信号发送出去；

驱动信号无线接收单元2中，射频接收器20将接收到的无线信号转换为数字信号，数字信号经过数字解码器21进行解码，数字解码器21的输出信号就是功率开关器件的驱动信号，该驱动信号送入功率放大电路31中进行功率放大；

功率传输单元3中，两只电解电容E1～E2、两只功率开关S1～S2和两只功率二极管D1～D2组成半桥型逆变器，将直流输入电源变换为高频脉冲电源，高频脉冲电源经过两只高频变压器T1～T2进行隔离传递，然后经过整流桥整流得到一个直流电源，作为功率放大电路31的工作电源，功率放大电路31对数字解码器21的输出信号进行功率放大，最终得到具有一定功率的驱动信号去驱动功率开关器件。

所述数字编码器10是单片机或数字信号处理器等微型控制器，也可以是采用数字芯片搭建的编码电路；

所述射频发送器11的工作频带2.4～2.4835GHz；

所述射频接收器20的工作频带2.4～2.4835GHz；

所述数字解码器21是单片机或数字信号处理器等微型控制器，也可以是采用数字芯片搭建的解码电路；

所述功率开关S1～S2可选择一般的IGBT或者MOSFET，正向电压阻断能力为100V或以上，对一致性不作要求；功率二极管D1～D2可选择一般的功率二极管，反向电压阻断能力为100V或以上，对一致性不作要求；控制与驱动器可以选择一般的模拟电路或数模混合电路，不作具体要求；电解电容E1～E2可选择一般的电解电容，其耐压高于直流电源电压；高频变压器T1的次级线圈和高频变压器T2的初级线圈可用一根电缆组成，其长度0～50m；单相整流桥B1为反向快恢复型整流桥，反向耐压100V或以上；功率放大电路DR1为一般功率放大电路，不作具体要求。

图2为本实施例的功率开关的无线驱动***在三相逆变器***中的应用。

微控制器DSP产生三相逆变器中一个功率开关器件的驱动信号，该驱动信号送入无线驱动***进行数字编码、无线传输、数字解码、功率放大，最后驱动三相逆变器中的功率开关器件。由于微控制器DSP与功率开关器件之间无任何电气连接，而且没有布设光纤等昂贵设备，因此本实施例在三相逆变器***中为功率开关器件提供一种简单可靠、成本低、适用性强，具有良好电气隔离特性的驱动方式。

本实施例用于多路功率开关器件驱动时，只需采用多个驱动信号无线接收单元接收不同的驱动信号，采用多个高频变压器、整流桥和功率放大电路对功率进行多路隔离传输即可。

Claims

1、一种功率开关的无线驱动***，其特征在于，包括：驱动信号无线发送单元、驱动信号无线接收单元、功率传输单元，功率传输单元包括功率放大电路，其中：

2、根据权利要求1所述的功率开关器件的无线驱动***，其特征是，所述驱动信号无线发送单元，包括：数字编码器、射频发送器，驱动信号输入数字编码器的输入口，数字编码器的输出口与射频发送器的输入口相连，数字编码器对驱动信号的高低电平进行编码，得到驱动信号的数字编码信号，数字编码信号送入射频发送器中，射频发送器将数字编码信号以无线信号发送出去。

3、根据权利要求2所述的功率开关器件的无线驱动***，其特征是，所述数字编码器是单片机或数字信号处理器或数字芯片搭建的编码电路。

4、根据权利要求2所述的功率开关器件的无线驱动***，其特征是，所述所述射频发送器的工作频带2.4～2.4835GHz。

5、根据权利要求1所述的功率开关器件的无线驱动***，其特征是，所述的驱动信号无线接收单元，包括：射频接收器、数字解码器，射频接收器的输入端口接收驱动信号的数字编码信号，射频接收器的输出口与数字解码器的输入口相连，数字解码器的输出口与功率传输单元的信号输入口相连，射频接收器将接收到的无线信号转换为数字信号，数字信号经过数字解码器进行解码，数字解码器的输出信号就是功率开关器件的驱动信号，该驱动信号送入功率放大电路中进行功率放大。

6、根据权利要求5所述的功率开关器件的无线驱动***，其特征是，所述数字解码器是单片机或数字信号处理器或者采用数字芯片搭建的解码电路。

7、根据权利要求5所述的功率开关器件的无线驱动***，其特征是，所述射频接收器的工作频带2.4～2.4835GHz。

8、根据权利要求1所述的功率开关器件的无线驱动***，其特征是，所述功率传输单元，包括：两只电解电容、两只功率开关、两只功率二极管、控制与驱动器、两只高频变压器、一只单相整流桥，两只电解电容顺次串联形成一个左桥臂，两只功率开关与两只功率二极管两两对应经反向并联构成两只逆导型开关，两只逆导型开关顺次串联形成一个右桥臂，左右桥臂的上端与直流电源正极相连，下端与直流电源负极相连，左右桥臂的中点与一只高频变压器的初级线圈相连，高频变压器的次级线圈与另一只高频变压器的初级线圈相连，另一只高频变压器的次级线圈与单相整流桥的两个交流输入端相连，单相整流桥的正极输出端与功率放大电路供电电源的正极相连，单相整流桥的负极输出端与功率放大电路供电电源的负极相连。

9、根据权利要求8所述的功率开关器件的无线驱动***，其特征是，所述功率开关正向电压阻断能力为100V或以上。

10、根据权利要求8所述的功率开关器件的无线驱动***，其特征是，所述功率二极管反向电压阻断能力为100V或以上。