CN201639482U

CN201639482U - 高压隔离多输出igct驱动电源

Info

Publication number: CN201639482U
Application number: CN2010200223524U
Authority: CN
Inventors: 张艳莉
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2020-01-21

Abstract

本实用新型提出了一种新型高压隔离多输出IGCT驱动电源，包括工频输入二极管整流桥、滤波电容C1、逆变桥、隔直电容C6、附加电感L1、互感器CT、若干输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)、若干副边二极管整流桥、若干斩波稳压电路、若干闭环控制PWM生成隔离驱动电路、互感器CT输出端二极管整流桥、滤波器LC、闭环控制、PWM生成隔离与驱动电路。在原边电路中采用电流闭环控制，在各个副边输出电路中设置了斩波稳压闭环控制，可以输出稳定的、符合IGCT驱动要求的隔离输出电压。

Description

高压隔离多输出IGCT驱动电源

技术领域

本实用新型涉及一种专门应用于中高压大容量电力电子装置(如多电平功率逆变器、桥式短路故障限流器)中大容量电力电子器件IGCT(或称GCT)驱动的高压隔离多输出电源。主要应用于柔***流输电***、大容量风力发电并网、大容量中高压光伏发电并网逆变、大容量水泵风机调速等工业领域。是一种面向大容量中高压电力电子设备中IGCT驱动的高耐压、多输出隔离电源***。

背景技术

随着电力工业的迅猛发展，基于大容量IGCT的中高压电力电子设备，如多电平功率逆变器、桥式短路故障限流器、大容量无功补偿、大容量风力发电并网、大容量中高压光伏发电并网逆变、大容量水泵风机调速***等应用越来越广泛。在这些基于IGCT的大容量电力电子设备中，电力电子开关器件IGCT的数量越来越多，对IGCT驱动电源技术的要求也越来越高。为了安全可靠、快速准确地完成可控开关的导通和关断，对驱动电路的电源有着严格的要求：1)隔离和耐压要求。由于各可控开关在主电路中的位置不同，所处的电位不同，不同管子之间的电位差很大，所以，为了保证管子安全、可靠地工作，客观上要求控制电路和开关管的两个控制极之间、不同开关管的控制极之间，都必须相互隔离，而且要有足够高的隔离电压。具体表现在驱动电源上，就是驱动电源的各组输出之间相互隔离，而且要有足够的耐压。2)要有足够多的相互隔离的输出，比如，三电平逆变器需要12路隔离电源，更多电平的逆变器，IGCT的个数和隔离的驱动电源数更多。3)功率要求。要可靠而迅速地完成大功率开关管的开通和关断操作，驱动电源必须具有足够的功率输出能力，大容量IGCT需要的驱动功率一般为60W以上。4)足够而稳定的电压幅值。管子的门极开通电压往往具有门限值，只有当驱动电压大于门限值之后，才能使管子开通。为了可靠起见，电压幅值要留有裕度，但过高的门极电压会损坏门极，同时，为了防止关闭的管子由于干扰信号而误导通和快速关断处于通态的管子，驱动电源需要一定幅值的负电压，所以电压幅值既不能太低也不能超出门极的安全范围。5)隔离电源的各个输出都要有足够的负载调整度。管子关断状态、开通状态以及开关过程中需要的驱动功率差别极大，相当于电源负载在大范围内高速变化，要求电源电压能够在各种负载状态下保持稳定。6)引线要求。由于中高压特别是高压功率变换器中的功率器件多而且处于高电压环境，首先要保证连接线安全可靠，满足高电压***的绝缘或隔离要求，同时要方便易行。从现有技术文献和工业现场来看，现有的IGCT驱动电源普遍有体积过大、成本过高、安装不便、效率低等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提出一种结构更加优化、体积更小、成本更低、效率和可靠性更高的高压隔离多输出IGCT驱动电源。

本实用新型高压隔离多输出IGCT驱动电源，包括工频输入二极管整流桥、滤波电容C1、逆变桥、隔直电容C6、附加电感L1、互感器CT、若干输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)、若干副边二极管整流桥、若干斩波稳压电路、若干闭环控制PWM生成隔离驱动电路、互感器CT输出端二极管整流桥、滤波器LC、闭环控制、PWM生成隔离与驱动电路。工频输入二极管整流桥输出端接滤波电容C1。逆变桥直流侧的正极接工频输入二极管整流桥直流侧的正极，逆变桥直流侧的负极接工频输入二极管整流桥直流侧的负极。各输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)和互感器CT的原边串联连接后，再与隔直电容C6、附加电感L1串联，接在逆变桥的交流输出端。互感器CT的输出接互感器CT输出端二极管整流桥的交流输入端，互感器CT输出端二极管整流桥的直流输出接滤波器LC，滤波器输出经分压电阻(R1、R2)分压后，送由闭环控制PWM生成隔离与驱动电路。闭环控制PWM生成隔离与驱动电路的四路隔离的输出分别连接逆变桥中四个功率MOSFET管的栅极和源极。输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)的二次侧接对应的副边二极管整流桥的交流输入端子、各副边二极管整流桥的并联斩波稳压电路。斩波稳压电路中的MOSFET管的栅极由副边电路中输出电压构成的闭环控制PWM生成隔离驱动电路控制。

所述斩波稳压电路由平波电感、斩波MOSFET管、阻止反向放电二极管和平波电容组成，其中平波电感的第一端接副边二极管整流桥的正极，第二端和斩波MOSFET管的漏极、阻止反向放电二极管的阳极接在一起；阻止反向放电二极管的阴极和平波电容的正极接在一起；斩波MOSFET管的源极、平波电容的负极和副边二极管整流桥的负极接在一起。

本实用新型高压隔离多输出IGCT驱动电源，可以达到比较大的功率和很高的负载调整率，能够完全满足IGCT驱动电路的要求，用一套电源***即可为中高压电力电子装置中的所有IGCT提供驱动电源。具有体积小、重量轻、安装方便、性能好、效率高等显著优点。

附图说明

图1为本实用新型高压隔离多输出IGCT驱动电源电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，高压隔离多输出IGCT驱动电源，包括工频输入二极管整流桥、滤波电容C1、逆变桥、隔直电容C6、附加电感L1、互感器CT、若干输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)、若干副边二极管整流桥、若干斩波稳压电路、若干闭环控制PWM生成隔离驱动电路、互感器CT输出端二极管整流桥、滤波器LC、闭环控制、PWM生成隔离与驱动电路。工频输入二极管整流桥输出端接滤波电容C1。逆变桥由四个功率MOSFET管(Q1～Q4)和缓冲电容C2-C5组成，C2、C3、C4、C5分别并联在Q1、Q2、Q3、Q4的漏极和源极之间。Q1、Q3的漏极接在一起，为逆变器直流侧的正极；Q2、Q4的源极接在一起，为逆变器直流侧的负极；Q1的源极和Q2的漏极接在一起，为逆变器的一个交流输出端；Q3的源极和Q4的漏极接在一起，为逆变器的另一个交流输出端。逆变桥直流侧的正极接工频输入二极管整流桥直流侧的正极，逆变桥直流侧的负极接工频输入二极管整流桥直流侧的负极。各输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)和一个用于检测电流的互感器CT的原边串联连接后，再与隔直电容C6、附加电感L1串联，接在逆变桥的交流输出端。附加电感L1用来满足实现软开关的条件。互感器CT的输出接二极管D5～D8组成的互感器CT输出端二极管整流桥的交流输入端，互感器CT输出端二极管整流桥的直流输出接由电感L2、电容C7构成的滤波器LC，滤波器输出经分压电阻R1、R2分压后，送由闭环控制PWM生成隔离与驱动电路(原边逆变器控制电路)。闭环控制及PWM生成隔离与驱动电路的四路隔离的输出分别连接逆变桥中四个功率MOSFET管的栅极和源极。输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)的二次侧接对应的副边二极管整流桥的交流输入端子、各副边二极管整流桥的并联斩波稳压电路。斩波稳压电路中的MOSFET管的栅极由副边电路中输出电压构成的闭环控制PWM生成隔离驱动电路控制。图中Tr2-Trn的二次侧电路与Tr1的完全一致。输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)为高频变压器，为了提高隔离电压，原边和副边都可以采用高压电缆，为安装方便，原边匝数应该尽可能小，甚至可以为1，即单匝。斩波稳压电路由电感L3、MOSFET管Q5和二极管D13等组成。由于原边主电路采用电流闭环控制，变压器二次侧近似为电流源，所以，Q5实际上是电流源的BUCK电路，而非其形式上的BOOST电路。D13用来防止输出滤波电容通过Q5短路放电。Q5的栅极由副边电路中输出电压构成的闭环控制PWM生成隔离驱动电路控制。而其中的PWM生成电路可以采用TL494、UC3524、UC3525、UC3825等集成电路及其***阻容元件构成。由于该电源的副边采用由专用PWM集成电路TL494、UC3524、UC3525、UC3825等构成闭环控制，可以达到比较大的功率和很高的负载调整率，能够完全满足IGCT驱动电路的要求，用一套电源***即可为中高压电力电子装置中的所有IGCT提供驱动电源。

在***上电后，220V的交流电源经工频输入二极管整流桥转化为直流电，经平波电容C1滤波后，为由Q1-Q4组成的逆变器供电。逆变器的输出的高频交流电流，加在串联的若干输出变压器的原边，在输出变压器的副边产生成比例的高频电流，经副边二极管整流桥整流为直流电，再经副边斩波稳压电路调整后，加在IGCT的栅极和源极之间，为IGCT提供隔离的驱动电源。高频交流电流同时加在互感器CT的原边，在互感器CT的副边产生成比例的交流电流，经过CT输出端二极管整流桥整流、LC滤波、电阻分压后，用作电流检测与反馈信号，作用于逆变桥闭环控制与PWM生成隔离与驱动电路，控制逆变器输出的高频交流电流稳定在设定值上。由于主电路的电流闭环控制只能使逆变器的高频交流电流稳定，无法实现每一路输出电压的稳定，在副边设置了斩波稳压电路，可以控制每一路输出电压稳定工作于设定值上。副边闭环控制与PWM生成隔离与驱动电路，根据输出电压设定值与反馈电压值，进行闭环调节，生成合适占空比的PWM信号，控制斩波电路中的MOSFET管，在每一路输出产生稳定的输出电压。

Claims

1.一种高压隔离多输出IGCT驱动电源，包括工频输入二极管整流桥、滤波电容(C1)、逆变桥、隔直电容(C6)、附加电感(L1)、互感器(CT)、若干输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)、若干副边二极管整流桥、若干斩波稳压电路、若干闭环控制PWM生成隔离驱动电路、互感器输出端二极管整流桥、滤波器LC、闭环控制PWM生成隔离与驱动电路；其特征是：工频输入二极管整流桥输出端接滤波电容(C1)；逆变桥直流侧的正极接工频输入二极管整流桥直流侧的正极，逆变桥直流侧的负极接工频输入二极管整流桥直流侧的负极；各输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)和互感器(CT)的原边串联连接后，再与隔直电容(C6)、附加电感(L1)串联，接在逆变桥的交流输出端；互感器(CT)的输出接互感器输出端二极管整流桥的交流输入端，互感器输出端二极管整流桥的直流输出接滤波器(LC)，滤波器(LC)输出经分压电阻(R1、R2)分压后，送由闭环控制PWM生成隔离与驱动电路；闭环控制PWM生成隔离与驱动电路的四路隔离的输出分别连接逆变桥中四个功率MOSFET管的栅极和源极；输出高隔离电压变压器(Tr1～Trn)的二次侧接对应的副边二极管整流桥的交流输入端子、各副边二极管整流桥的并联斩波稳压电路；斩波稳压电路中的MOSFET管的栅极由闭环控制PWM生成隔离驱动电路控制。

2.根据权利要求1所述的一种高压隔离多输出IGCT驱动电源，其特征是：所述斩波稳压电路由平波电感、斩波MOSFET管、阻止反向放电二极管和平波电容组成，其中平波电感的第一端接副边二极管整流桥的正极，第二端和斩波MOSFET管的漏极、阻止反向放电二极管的阳极接在一起；阻止反向放电二极管的阴极和平波电容的正极接在一起；斩波MOSFET管的源极、平波电容的负极和副边二极管整流桥的负极接在一起。