专利名称：一种高压隔离分布式驱动电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种驱动电源，具体涉及一种高压隔离分布式驱动电源，属于智能电网、新能源和节能降耗技术领域。
背景技术：
随着智能电网建设、新能源发展和节能降耗政策的推进，各种功率变换技术如柔性交流输电技术、交流变频技术、电能质量控制技术(含各类动态无功补偿技术)中大量使用电力电子技术，且均向高电压大功率方向发展。高电压大功率电力电子装置中，由于受元器件耐压限制，元器件必须串联使用，一些大的功率变换装置中串联元器件数量极多。串联使用的元器件的驱动电路的电源间、驱动电路的电源与主回路间也承受极高的电压。目前驱动电路的电源主要为电压源并联供电方式，该方式用隔离变压器实现初、 次级及次级各组电源的隔离，当高电压大功率电力电子装置需要上百组驱动电源时，工程上实践就非常困难。该方式实现起来体积庞大、造价高，更大的缺点是隔离分布电容大，限制了主回路的高频化。为解决上述问题，提出了电流源型分布式电源方案，目前对此方案有一些研究，现有研究中电流源方式主要有交流方波和谐振式正弦波二种。交流方波电流源方式是将交流电源经整流和BUCK变换后得到恒幅值的直流电流，再经桥式变换得到交流方波电流。交流方波电流含有较大的谐波，谐波含有量约为 48%，且高次谐波含有量大，电磁干扰严重。该方案体积大，可靠性低。谐振式正弦波电流源方式是在交流方波电流源的基础上，在输出级加上谐振环节，使输出电流近似于正弦波，该技术在谐波、电磁干扰及器件开关特性方面有较大的改善，但控制复杂、可靠性低。
实用新型内容针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种高隔离度、隔离分布电容小、低电磁干扰、易于控制、高可靠性、造价低、体积小和输出电源模块配置灵活的高压隔离分布式驱动电源。为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现本实用新型包括交流三角波电流源产生电路、电流母线、至少设有一个隔离电流互感器和与对应的隔离电流互感器二次侧相连接的输出电源模块；交流三角波电流源产生电路包括用于将电流转换为电压信号的检测电路、与检测电路输出端相连接的三角波电流控制电路、与三角波电流控制电路输出端相连接的驱动电路、与驱动电路输出端相连接的桥式变换电路和设置在桥式变换电路输入端的整流滤波电路；电流母线贯穿隔离电流互感器并与检测电路及桥式变换电路形成闭合回路。上述桥式变换电路包括第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管和电感；第一绝缘栅双极晶体管源极接第二绝缘栅双极晶体管漏极，其公共端接电感一端，电感另一端接电流母线一端；第三绝缘栅双极晶体管源极接第四绝缘栅双极晶体管漏极，其公共端接电流母线另一端；第一绝缘栅双极晶体管漏极与第三绝缘栅双极晶体管漏极相连接，其公共端接整流滤波电路一输出端；第二绝缘栅双极晶体管源极与第四绝缘栅双极晶体管源极相连接，其公共端接整流滤波电路另一输出端。上述驱动电路包括第一驱动模块和第二驱动模块；第一驱动模块连接驱动第一绝缘栅双极晶体管和第二绝缘栅双极晶体管；第二驱动模块连接驱动第三绝缘栅双极晶体管和第四绝缘栅双极晶体管。上述三角波电流控制电路包括第一比较器、第二比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；第一电阻和第三电阻串联，其公共端接第一比较器第一输入端，第一电阻另一端接检测电路输出端，第三电阻另一端接地；第二电阻和第四电阻串联，其公共端接第一比较器第二输入端，第二电阻另一端接地，第四电阻另一端接第一比较器输出端；第一比较器输出端接第一驱动模块输入端和第二比较器第一输入端；第二比较器第二输入端接接地；第二比较器输出端接第二驱动模块输入端。本实用新型巧妙地利用了电感所固有的伏安特性形成三角波电流输出，使控制电路简单、可靠。上述检测电路采用的是电流传感器。上述电流母线采用的是单芯高压电缆。本实用新型具有隔离度高、隔离分布电容小、造价低和体积小等优点；本实用新型的电流源波形为三角波，谐波含有量低于12%，比现有的谐振式正弦波电流源谐波含有量略高，但其中三次谐波含有量约11%，七次以上高次谐波几乎没有，故电磁干扰很小；本实用新型还具有损耗小、效率高、控制简单和可靠性高等优点；本实用新型电流母线穿过隔离电流互感器，隔离电流互感器可安装在电流母线所走过的任意位置，隔离电流互感器和输出电源模块的数量根据电力电子装置(电力电子装置包括多个电力电子器件。)所需隔离电源数量配置，使得输出电源模块配置灵活。
以下结合附图和具体实施方式
来详细说明本实用新型；
图1为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型的主回路电路图；图3为本实用新型的三角波电流控制电路、驱动电路的电路图；图4为本实用新型的桥式变换电路驱动波形图(第一绝缘栅双极晶体管和第四绝缘栅双极晶体管)；图5为本实用新型的桥式变换电路驱动波形图(第二绝缘栅双极晶体管和第三绝缘栅双极晶体管)；图6为本实用新型的交流三角波电流源产生电路输出的电流波形图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式
，进一步阐述本实用新型。 参见图1，本实用新型包括交流三角波电流源产生电路、一根电流母线、至少设有一个(其数量与电力电子装置所需隔离电源数量相同)隔离电流互感器、和与对应的隔离电流互感器二次侧相连接的输出电源模块。电流母线与隔离电流互感器间磁耦合。将电力电子器件与对应的输出电源模块电连接，电力电子器件间相互连接，本实用新型作为电力电子器件的驱动电源。交流三角波电流源产生电路包括AC220V电源、辅助电源(士 12V)、用于将电流转换为电压信号的检测电路LTl、与检测电路LTl输出端相连接的三角波电流控制电路、与三角波电流控制电路输出端相连接的驱动电路、与驱动电路输出端相连接的桥式变换电路和设置在桥式变换电路输入端的整流滤波电路。AC220V电源与整流滤波电路及辅助电源相连接；驱动电路、三角波电流控制电路和检测电路LTl均通过辅助电源供电。电流母线贯穿隔离电流互感器并与检测电路LTl及桥式变换电路形成闭合回路。本实用新型通过交流三角波电流源产生电路将AC220V电源(其他电压等级也可以)变换为高频(20KHz以上)的交流三角波电流源；该交流三角波电流源通过电流母线穿过隔离电流互感器，隔离电流互感器二次侧经输出电源模块将电流源转化为稳压的电压源，即可得到高隔离度、隔离分布电容小、低电磁干扰、高可靠性、造价低和体积小的驱动电源。参见图2，整流滤波电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第一电容器Cl。AC220V电源经第一二极管Dl、第二二极管D2、第三二极管 D3和第四二极管D4组成的全桥整流、电容器Cl滤波得到约300V的直流电压V+。桥式变换电路包括第一绝缘栅双极晶体管Q1A、第二绝缘栅双极晶体管Q1B、第三绝缘栅双极晶体管QIC、第四绝缘栅双极晶体管QlD和电感L ；第一绝缘栅双极晶体管QlA 源极E接第二绝缘栅双极晶体管QlB漏极C，其公共端接电感L 一端，电感L另一端接电流母线一端；第三绝缘栅双极晶体管QlC源极E接第四绝缘栅双极晶体管QlD漏极C，其公共端接电流母线另一端；第一绝缘栅双极晶体管QlA漏极C与第三绝缘栅双极晶体管QlC漏极C相连接，其公共端接整流滤波电路正输出端V+ ；第二绝缘栅双极晶体管QlB源极E与第四绝缘栅双极晶体管QlD源极E相连接，其公共端接整流滤波电路负输出端V-。参见图3，驱动电路包括第一驱动模块U2、第二驱动模块U3、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10。第一驱动模块U2的HOB连接第一绝缘栅双极晶体管QlA栅极G，HOE连接第一绝缘栅双极晶体管QlA源极E，LOB连接第二绝缘栅双极晶体管QlB栅极G，LOE连接第二绝缘栅双极晶体管QlB源极E。在HOB与第一绝缘栅双极晶体管QlA栅极G之间还连接有第七电阻R7 ；在LOB与第二绝缘栅双极晶体管QlB栅极G之间还连接有第八电阻R8。第二驱动模块U3的HOB连接第三绝缘栅双极晶体管QlC栅极G，HOE连接第三绝缘栅双极晶体管QlC源极E，LOB连接第四绝缘栅双极晶体管QlD栅极G，LOE连接第四绝缘栅双极晶体管QlD源极E。在HOB与第三绝缘栅双极晶体管QlC栅极G之间还连接有第九电阻R9 ；在LOB与第四绝缘栅双极晶体管QlD栅极G之间还连接有第十电阻R10。其中，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻RlO用于限止电流。三角波电流控制电路包括第一比较器U1A、第二比较器U1B、第五二极管D5、第六二极管D6、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻 R6。第一电阻Rl和第三电阻R3串联，其公共端接第一比较器UlA负输入端(第2脚)， 第一电阻Rl另一端接检测电路LTl输出端Vi，第三电阻R3另一端接地；第二电阻R2和第四电阻R4串联，其公共端接第一比较器UlA正输入端(第3脚)，第二电阻R2另一端接地， 第四电阻R4另一端接第一比较器UlA输出端(第1脚)；第五电阻R5—端接第一比较器 UlA输出端(第1脚)，其另一端接第五二极管D5阴极和第一驱动模块U2输入端IN。第二比较器UlB负输入端(第6脚)接第一比较器UlA输出端(第1脚)；第二比较器UlB正输入端(第5脚)接接地；第六电阻R6 —端接第二比较器UlB输出端(第7脚)，其另一端接第六二极管D6阴极和第二驱动模块U3输入端IN。其中，第五二极管D5和第六二极管D6用于限制反向电压；第五电阻R5和第六电阻R6用于限止电流。本实施例中，检测电路LTl采用的是电流传感器。 本实用新型的工作工程如下初始状态设定第一比较器UlA输出端输出高电平“ + ”，第二比较器UlB输出端输出低电平“_”；此时，第一驱动模块U2的HOB输出高电平、LOB输出低电平，第二驱动模块 U3的HOB输出低电平、LOB输出高电平；则第一绝缘栅双极晶体管QlA和第四绝缘栅双极晶体管QlD导通，第三绝缘栅双极晶体管QlC和第二绝缘栅双极晶体管QlB截止，输出电流由 V+ —第一绝缘栅双极晶体管QlA —电感L —电流母线一第四绝缘栅双极晶体管QlD — V-。由于该回路中电感L的存在，电流不能突变，输出电流将由0逐渐上升。输出电流由电流传感器转换为电压信号Vi，随着输出电流的增大Vi升高，Vi经由第一电阻R1、第三电阻R3串联分压接至第一比较器UlA的负输入端，当分压后的电压达到第一比较器UlA输出端，经由第二电阻R2、第四电阻R4串联分压接至第一比较器UlA正输入端的电压时，第一比较器UlA输出端由“ + ”变为“-”，第二比较器UlB输出端由“_”变为“ + ”，此时第一驱动模块U2的HOB输出低电平、LOB输出高电平，第二驱动模块U3的HOB输出高电平、LOB输出低电平，则第一绝缘栅双极晶体管QlA和第四绝缘栅双极晶体管QlD截止，第三绝缘栅双极晶体管QlC和第二绝缘栅双极晶体管QlB导通。此时电感L两端电压与前一个状态相反，因电感L电流不能突变，输出电流由 V-—第二绝缘栅双极晶体管QlB中的续流二极管一电感L —电流母线一第三绝缘栅双极晶体管QlC中的续流二极管一V+逐渐减小，当输出电流减小至零时，输出电流反向，输出电流由V+ —第三绝缘栅双极晶体管QlC —电流母线一电感L —第二绝缘栅双极晶体管 QlB — V-，输出电流将由0逐渐上升，电流传感器将输出电流转换为的电压信号Vi负向增大，当负向Vi使第一比较器UlA负输入端电压低于正输入端的电压时，第一比较器UlA输出端由“_”变为“ + ”，第二比较器UlB输出端由“ + ”变为“-”，此时第一驱动模块U2的HOB 输出高电平、LOB输出低电平，第二驱动模块U3的HOB输出低电平、LOB输出高电平，第一绝缘栅双极晶体管QlA和第四绝缘栅双极晶体管QlD导通，第三绝缘栅双极晶体管QlC和第二绝缘栅双极晶体管QlB截止，电路工作进入下一个周期。由上述分析可知，电路工作时，电感L和电流母线中流过幅度和频率由电感L电感量和第二电阻R2、第四电阻R4分压比决定的交流三角波电流。[0045]参见图4和图5，第一绝缘栅双极晶体管QlA和第四绝缘栅双极晶体管QlD同时驱动，第三绝缘栅双极晶体管QlC和第二绝缘栅双极晶体管QlB同时驱动，且驱动信号Q1A-G、 QlD-G与Q1C-G、QlB-G如图所示在时域上错开。参见图6，交流三角波电流源产生电路输出的电流波形为以0点为中心、以Lii 和-Im为上下峰值的三角波。本实施例中，电流母线采用的是与电力电子器件所处系统同电压等级的单芯高压电缆；第一驱动模块U2和第二驱动模块U3的核心芯片采用的是顶2111。以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.一种高压隔离分布式驱动电源，其特征在于，包括交流三角波电流源产生电路、电流母线、至少设有一个隔离电流互感器和与对应的隔离电流互感器二次侧相连接的输出电源模块；所述交流三角波电流源产生电路包括用于将电流转换为电压信号的检测电路、与检测电路输出端相连接的三角波电流控制电路、与三角波电流控制电路输出端相连接的驱动电路、与驱动电路输出端相连接的桥式变换电路和设置在桥式变换电路输入端的整流滤波电路；所述电流母线贯穿隔离电流互感器并与检测电路及桥式变换电路形成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的高压隔离分布式驱动电源，其特征在于，所述桥式变换电路包括第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管和电感；所述第一绝缘栅双极晶体管源极接第二绝缘栅双极晶体管漏极，其公共端接电感一端，所述电感另一端接电流母线一端；所述第三绝缘栅双极晶体管源极接第四绝缘栅双极晶体管漏极，其公共端接电流母线另一端；所述第一绝缘栅双极晶体管漏极与第三绝缘栅双极晶体管漏极相连接，其公共端接整流滤波电路一输出端；所述第二绝缘栅双极晶体管源极与第四绝缘栅双极晶体管源极相连接，其公共端接整流滤波电路另一输出端。
3.根据权利要求2所述的高压隔离分布式驱动电源，其特征在于，所述驱动电路包括第一驱动模块和第二驱动模块；所述第一驱动模块连接驱动第一绝缘栅双极晶体管和第二绝缘栅双极晶体管； 所述第二驱动模块连接驱动第三绝缘栅双极晶体管和第四绝缘栅双极晶体管。
4.根据权利要求3所述的高压隔离分布式驱动电源，其特征在于，所述三角波电流控制电路包括第一比较器、第二比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻和第三电阻串联，其公共端接第一比较器第一输入端，所述第一电阻另一端接检测电路输出端，所述第三电阻另一端接地；所述第二电阻和第四电阻串联，其公共端接第一比较器第二输入端，所述第二电阻另一端接地，所述第四电阻另一端接第一比较器输出端；所述第一比较器输出端接第一驱动模块输入端和第二比较器第一输入端；所述第二比较器第二输入端接接地；所述第二比较器输出端接第二驱动模块输入端。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的高压隔离分布式驱动电源，其特征在于，所述检测电路采用的是电流传感器。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的高压隔离分布式驱动电源，其特征在于，所述电流母线采用的是单芯高压电缆。
专利摘要本实用新型公开了一种高压隔离分布式驱动电源，包括交流三角波电流源产生电路、电流母线、至少设有一个隔离电流互感器和与对应的隔离电流互感器二次侧相连接的输出电源模块；交流三角波电流源产生电路包括用于将电流转换为电压信号的检测电路、与检测电路输出端相连接的三角波电流控制电路、与三角波电流控制电路输出端相连接的驱动电路、与驱动电路输出端相连接的桥式变换电路和设置在桥式变换电路输入端的整流滤波电路；电流母线贯穿隔离电流互感器并与检测电路及桥式变换电路形成闭合回路。本实用新型具有高隔离度、隔离分布电容小、低电磁干扰、易于控制、高可靠性、造价低、体积小、输出电源模块配置灵活等优点。
文档编号H02M5/458GK202121509SQ201120177358
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者杨阿齐, 狄清 申请人:溧阳市恒通电源系统有限公司