多路输出高压隔离驱动电路及其在短路限流器中的应

《多路输出高压隔离驱动电路及其在短路限流器中的应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多路输出高压隔离驱动电路及其在短路限流器中的应（23页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、多路输出高压隔离驱动电路及其在短路限流器中的应用浙 江 大 学电 力 电 子 国 家 专 业 实 验 室金 高 先 ， 吕 征 宇 摘 要 本 文 给 出 了 一 种 新 颖 的 多 路 输 出 高压 隔 离 驱 动 电 路 ， 它 利 用 分 布 式 电 流 源供 电 方 式 ， 解 决 了 多 路 输 出 以 及 高 压 隔离 的 困 难 ， 减 少 了 变 压 器 绕 组 匝 数 ， 提高 了 能 量 传 输 效 率 。 驱 动 电 路 输 出 波 形的 上 升 沿 大 约 为 1us， 保 证 了 晶 闸 管 的 快速 导 通 ， 强 触 发 宽 度 为 100us， 保 证 触 发的

2、 可 靠 性 。 1 引 言 目 前 ， 在 电 力 电 子 装 置 中 ， 在 需 要 隔 离 电 源 的 地 方 ， 均 设 置独 立 的 包 括 原 、 副 边 电 路 的 整 套 工 作 电 源 ， 电 路 复 杂 ， 效 率 低 ，体 积 大 ， 成 本 高 ， 可 靠 性 低 ； 有 些 电 力 电 子 装 置 使 用 带 有 电 压 泵的 专 用 单 电 源 驱 动 电 路 ， 可 以 省 掉 复 杂 的 多 路 隔 离 辅 助 电 源 ， 但由 于 这 种 专 用 电 路 的 局 限 性 ， 不 能 适 用 于 高 电 压 、 大 功 率 和 其 它有 特 殊 需 要 的 场

3、合 。 本 文 给 出 的 用 于 电 力 电 子 装 置 的 多 路 输 出 高压 隔 离 驱 动 电 路 ， 采 用 了 高 频 电 流 源 供 电 方 式 ， 使 用 一 套 主 电 路产 生 多 组 彼 此 隔 离 的 副 边 电 压 ， 和 其 他 形 式 的 电 源 相 比 ， 在 输 出功 率 和 输 出 路 数 相 等 的 情 况 下 ， 具 有 体 积 小 、 重 量 轻 、 效 率 高 、可 靠 性 高 等 显 著 优 点 。 而 且 由 于 采 用 具 有 独 立 磁 路 的 副 边 绕 组 的变 压 器 ， 副 边 绕 组 个 数 也 就 是 输 出 隔 离 电 源 的

4、 路 数 的 增 减 非 常 方便 ， 特 别 是 当 输 出 隔 离 电 源 的 路 数 较 多 时 ， 该 电 源 的 优 势 就 更 为明 显 。 文 献 2提 出 的 三 相 桥 式 固 态 短 路 故 障 限 流 器 ， 适 用 于 电 压 等 级 较 高 的电 网 , 电 路 如 图 1所 示 ， 为 了 增 加 耐 压 等 级 ， 电 路 中 各 晶 闸 管 均 采 用 多 个串 联 的 形 式 ， 增 加 了 隔 离 输 出 路 数 ， 本 文 将 隔 离 电 源 应 用 于 该 限 流 器 中 ，实 验 结 果 验 证 了 电 路 工 作 的 可 靠 性 。 2 系 统 结

5、构 多 路 输 出 隔 离 电 源 驱 动 电 路 如 图 2所 示 ， 它 利 用 一 组 公 用 的 交流 母 线 ， 在 主 电 路 需 要 辅 助 电 源 的 地 方 进 行 高 频 变 压 器 隔 离 变 换并 经 整 流 、 滤 波 、 稳 压 后 变 成 所 需 要 的 直 流 电 压 。 分 布 式 供 电 方法 解 决 了 多 路 隔 离 输 出 的 困 难 ， 并 且 在 实 际 电 路 中 它 与 供 电 对 象之 间 可 以 靠 得 很 近 ， 减 小 了 被 干 扰 的 机 会 。 隔 离 变 压 器 的 绝 缘 电压 也 可 以 做 得 比 较 高 ， 原 副 边

6、的 分 布 电 容 比 较 小 。 3 工 作 原 理 驱 动 电 路 的 结 构 框 图 如 图 3所 示 。 虚 线 框 1内 为 整 流 及 线 性 稳 压电 路 ， 虚 线 框 2内 为 具 有 强 触 发 的 触 发 电 路 。 3.1 高 频 变 压 器 等 效 电 路 高 频 变 压 器 等 效 电 路 如 图 4所 示 ， 图 5为 其 工 作 波 形 。 其 中 为 变 压 器 原 边 激 磁 电 感 ， 变 压 器 变 比 为 1： N， 为 高 频 方 波 电 流源 ， 为 变 压 器 输 出 电 压 ， 为 变 压 器 输 出 电 流 。 由 于 变 压 器 原 边绕

7、组 只 有 一 匝 ， 所 以 有 ： mLSi 0V Oi2 0 0r e r em e eN A AL l l (1) 阶 段 ， 为 高 电 平 ， 线 性 上 升 ， 其 增 量 为 ： 阶 段 ， 为 高 电 平 ， 线 性 下 降 ， 其 增 量 为 ： 输 出 电 流 为 ：(1)3 0 1t t OV Li10 0 0 0 01 1 0( ) 2tL t m m m mV V V V Ti dt t t DTNL NL NL NL (2)1 2t t OV Li 02 1 2L L mV Ti i NL (3) 0 S Li ii N (4) 3.2 线 性 稳 压 及 过 流

8、 保 护 电 路 由 于 供 电 电 源 是 电 流 源 信 号 ， 稳 压 电 路 采 用 了 并 联 型 线 性 稳压 方 式 ， 电 路 如 图 6所 示 。 R1起 限 流 作 用 ， R2、 R3、 R4和 Z1组 成稳 压 电 路 ， Z1采 用 TL431精 密 稳 压 管 ， R5、 Q1和 M1组 成 过 流 保护 电 路 ， 当 输 入 电 流 过 大 时 ， Q1导 通 ， M1栅 极 为 高 电 平 而 导 通 ，从 而 限 制 了 流 过 Z1的 电 流 ， 保 护 了 后 级 电 路 。3.3 强 触 发 电 路 输 入 下 降 沿 到 来 时 ， 由 于 电 容

9、两 端 电 压 不 能 突 变 ， 2点 变 为 低电 平 ， 输 出 强 触 发 脉 冲 ， 下 降 沿 结 束 后 ， 电 容 开 始 充 电 ， 2点 电 位上 升 ， 当 时 ， 强 触 发 结 束 。 强 触 发 电 路 如 图 7所 示 ， 强 触发 宽 度 计 算 公 式 如 下 ： 式 中 ： 电 容 开 始 充 电 时 1点 电 压 比 较 器 翻 转 时 1点 临 界 电 压 2 refV V 11 2 1 10 5( ) ln 5CVR R C V (5)10V1cV 4 实 验 结 果 4.1电 流 波 形 三 相 桥 式 固 态 短 路 故 障 限 流 器 如 图 1

10、所 示 ， 隔 离 电 源 的 参 数 如下 ： 高 频 变 压 器 工 作 频 率 为 100kHz， 原 边 1匝 ， 副 边 两 路 输 出 ，分 别 为 3匝 和 1匝 。 主 路 输 出 经 过 整 流 、 滤 波 、 稳 压 后 变 成 所 需 要的 直 流 电 压 。 辅 助 输 出 整 流 、 滤 波 后 变 为 负 电 平 ， 为 晶 闸 管 的 关断 提 供 反 向 电 流 ， 加 速 关 断 过 程 。 图 8为 输 入 方 波 电 流 源 波 形 。 图 9为 副 边 电 流 波 形 。 4.2非 晶 与 铁 氧 体 铁 芯 变 压 器 的 比 较 非 晶 铁 心 的

11、晶 态 结 构 决 定 了 其 具 有 很 小 的 磁 滞 损 耗 ， 但 由 于非 晶 铁 心 具 有 很 低 的 电 阻 率 ， 在 开 关 频 率 较 高 的 情 况 下 ， （ 如 限流 器 工 作 频 率 100kHz） 涡 流 损 耗 很 大 , 使 得 总 损 耗 较 铁 氧 体 的 高 。如 表 1所 示 ， 由 表 1还 可 看 出 ， 虽 然 变 压 器 绕 组 匝 数 很 少 ， 但 由 于采 用 了 高 频 电 流 源 供 电 方 式 ， 铁 芯 仍 然 具 有 良 好 的 能 量 传 递 特 性 ， 漏 电 流 较 小 。 4.3 强 触 发 脉 冲 图 10、 图

12、11分 别 为 驱 动 电 路 输 出 Vo及 其 上 升 沿 展 开 的 实 验 波形 ， 波 形 上 升 沿 大 约 为 1us， 保 证 了 晶 闸 管 的 快 速 导 通 ， 强 触 发 宽度 为 100us， 保 证 触 发 的 可 靠 性 。 在 光 纤 信 号 结 束 时 ， 输 出 大 约 0.8V， 为 器 件 的 关 断 提 供 反 向 电 流 ， 加 速 关 断 过 程 ， 保 证 了 关 断的 可 靠 性 。 5 结 论 本 文 介 绍 的 多 路 输 出 隔 离 驱 动 电 路 ， 采 用 分 布 式电 流 源 供 电 方 式 ， 该 方 法 解 决 了 多 路 输

13、出 以 及 高 压 隔离 的 困 难 ， 在 实 际 电 路 中 它 与 供 电 对 象 之 间 可 以 靠 得很 近 ， 减 小 了 被 干 扰 的 机 会 ， 减 少 了 变 压 器 绕 组 匝 数 ，能 量 传 递 效 率 较 高 。 驱 动 电 路 输 出 是 具 有 强 触 发 的 触发 信 号 ， 具 有 很 陡 峭 的 上 升 沿 ， 保 证 器 件 的 可 靠 导 通 。该 驱 动 电 路 还 适 用 于 高 压 直 流 输 电 系 统 、 各 种 电 机 调速 系 统 和 伺 服 系 统 、 半 导 体 中 频 电 源 系 统 等 其 它 电 力电 子 装 置 ， 具 有 广

14、 阔 的 应 用 前 景 。 谢 谢 ！ 图 1 三 相 桥 式 固 态 短 路 故 障 限 流 器 主 电 路 拓 扑 1TSi 2T nT图 2 驱 动 电 路 供 电 方 式 整 流 滤 波 及稳 压 电 路 整 流 滤 波 及稳 压 电 路 整 流 滤 波 及稳 压 电 路 光 纤 信 号 光 纤 信 号 光 纤 信 号 触 发 电 路触 发 电 路 触 发 电 路 方 波 电流 源 高 频 变压 器 整 流滤 波 并 联 型 线性 稳 压分 压 光 纤 信 号 比 较 器 触 发 放 大 输 出图 3 方 框 图 1： N 0iSi Li mL 0V图 4 变 压 器 等 效 电 路SV Si0VLi 0i T tttt0t 2t1t图 5 工 作 波 形 outV图 6 线 性 稳 压 及 过 流 保 护 电 路ini 图 7 强 触 发 电 路 图 8 方 波 电 流 源 波 形 图 9 变 压 器 副 边 输 出 电 流 波 形 图 10 驱 动 信 号 输 出 Vo 图 11 上 升 沿 展 开 波 形 铁 心类 型 铁 氧体 9 2.1 2.35 0.65 0.11 87.7铁 基非 晶 65 0.29 2.35 0.61 0.12 83( )mL H ( )Li A ( )SI A 21( )I A 22( )I A (%)表 1