一种用于绝缘检测的双极性脉冲电源的制作方法

本发明涉及一种用于绝缘检测的双极性脉冲电源，具体属于脉冲电源领域。

背景技术：

变频器输出的波形具有快速上升/下降沿、高重复频率及幅值，给变频条件下的绝缘带来新的问题，绝缘过早失效时有发生，降低了变频电机运行的可靠性。研究表明，当逆变器输出的具有陡上升、下降沿的脉冲电压在连接电缆与电机处因阻抗不匹配而成的过电压超过变频电机绝缘系统的局部放电起始电压时，PWM脉冲上升、下降沿处产生局部放电，会造成电机绝缘快速裂化，这是变频电机绝缘失效的主要原因。由于双极性对称方波脉冲的脉冲幅值、上升和下降时间、频率控制方便，所以采用双极性脉冲电源进行绝缘材料检测，便于高频高压脉冲电源和绝缘检测标准设计的规范化。

脉冲电源技术基于脉冲功率技术和现代电源技术，其电源系统一般由初级电源、中间储能环节及脉冲形成系统等部分组成。其中，高压脉冲电源的中间储能环节按储能方式不同主要有电容储能式和电感储能式两种方式。电感比电容储能密度大，但由于放电波形振荡大，且不易产生长周期、陡上升沿的方波脉冲；电容储能放电波形稳定，控制性好且可适用于容性或高阻抗负载的负载。因此脉冲形成部分常常选用电容储能的方式。

技术实现要素：

本发明提出一种用于绝缘检测的双极性脉冲电源，电路包括一个可调直流电源U_DC、一个限流电阻R_DC、四个充电开关管、四路放电开关桥臂、N个高频变压器和N个电容储能模块；所述的每个电容储能模块，包括一个单相整流桥模块、一个电容和两个开关管；所述电路的放电开关桥臂由若干个IGBT串联组成，并且每个IGBT都反向并联二极管。本发明具有模块集成化程度高、实现串联充电串联放电、采用高频变压器升压、用于绝缘检测容性试品可实现良好的方波输出特性等优点。

本发明提出的一种用于绝缘检测的双极性脉冲电源，可调直流电源U_DC的一端与限流电阻R_DC的一端连接，限流电阻R_DC的另一端与充电开关管T_c1和T_c4的集电极连接；充电开关管T_c1的发射极分别与充电开关管T_c2的集电极和高频变压器M₁原边的一端连接；高频变压器M₁原边的另一端与高频变压器M₂原边的一端连接，高频变压器M₂原边的另一端与高频变压器M₃原边的一端连接，以此类推，直到高频变压器M_N-1原边的另一端与高频变压器M_N原边的一端连接，将所有的高频变压器原边顺向串联起来；充电开关管T_c4的发射极分别与充电开关管T_c3的集电极和高频变压器M_N原边的另一端连接；可调直流电源U_DC的另一端与充电开关管T_c2和T_c4的发射极连接；

高频变压器M₁副边的一端与第一电容储能模块的第二连接端连接，高频变压器M₁副边的另一端与第一电容储能模块的第三连接端连接；高频变压器M₂副边的一端与第二电容储能模块的第二连接端连接，高频变压器M₂副边的另一端与第二电容储能模块的第三连接端连接；以此类推，将所有的高频变压器副边分别并联到每一个电容储能模块的第二和第三连接端，直到高频变压器M_N副边的一端与第N电容储能模块的第二连接端连接，高频变压器M_N副边的另一端与第N电容储能模块的第三连接端连接；

第一电容储能模块的第一连接端分别与放电开关桥臂T_d1和T_d4的一端连接；放电开关桥臂T_d1的另一端分别与放电开关桥臂T_d2的一端和负载的一端连接；放电开关桥臂T_d4的另一端分别与放电开关桥臂T_d3的一端和负载的另一端连接；第一电容储能模块的第四连接端与第二电容储能模块的第一连接端连接，第二电容储能模块的第四连接端与第三电容储能模块的第一连接端连接，以此类推，直到第(N-1) 电容储能模块的第四连接端与第N电容储能模块的第一连接端连接，第N电容储能模块的第四连接端和放电开关桥臂T_d2、T_d3的另一端与大地连接。

上述双极性脉冲电源的N个电容储能模块，其中每个电容储能模块包括单相整流模块、电容C、开关管T_a、开关管T_b；所述的单相整流模块交流侧的一端作为电容储能模块的第二连接端；单相整流模块交流侧的另一端作为电容储能模块的第三连接端；单相整流模块直流侧的一端分别与电容C的一端和开关管T_b的发射极连接，作为电容储能模块的第四连接端；单相整流模块直流侧的另一端分别与电容C的另一端和开关管T_a的集电极连接，开关管T_a的发射极与开关管T_b的集电极极连接，作为电容储能模块的第一连接端。

本发明提出一种用于绝缘检测的双极性脉冲电源，其优点是，储能电容升压电路采用高频变压器进行隔离升压；实现充电回路和放电回路是两条独立的回路；通过放电结束后的尾切开关控制策略，解决容性绝缘试品的脉冲拖尾现象。

附图说明

图1为本发明提出的用于绝缘检测的双极性脉冲电源的电路结构图。

图2为图1所示的双极性脉冲电源中电容储能模块的电路结构图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触；而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征；第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中；在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例；而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出的一种用于绝缘检测的双极性脉冲电源，可调直流电源U_DC的一端与限流电阻R_DC的一端连接，限流电阻R_DC的另一端与充电开关管T_c1和T_c4的集电极连接；充电开关管T_c1的发射极分别与充电开关管T_c2的集电极和高频变压器M₁原边的一端连接；高频变压器M₁原边的另一端与高频变压器M₂原边的一端连接，高频变压器M₂原边的另一端与高频变压器M₃原边的一端连接，以此类推，直到高频变压器M_N-1原边的另一端与高频变压器M_N原边的一端连接，将所有的高频变压器原边顺向串联起来；充电开关管T_c4的发射极分别与充电开关管T_c3的集电极和高频变压器M_N原边的另一端连接；可调直流电源U_DC的另一端与充电开关管T_c2和T_c4的发射极连接；

高频变压器M₁副边的一端与第一电容储能模块的第二连接端连接，高频变压器M₁副边的另一端与第一电容储能模块的第三连接端连接；高频变压器M₂副边的一端与第二电容储能模块的第二连接端连接，高频变压器M₂副边的另一端与第二电容储能模块的第三连接端连接；以此类推，将所有的高频变压器副边分别并联到每一个电容储能模块的第二和第三连接端，直到高频变压器M_N副边的一端与第N电容储能模块的第二连接端连接，高频变压器M_N副边的另一端与第N电容储能模块的第三连接端连接；

第一电容储能模块的第一连接端分别与放电开关桥臂T_d1和T_d4的一端连接；放电开关桥臂T_d1的另一端分别与放电开关桥臂T_d2的一端和负载的一端连接；放电开关桥臂T_d4的另一端分别与放电开关桥臂T_d3的一端和负载的另一端连接；第一电容储能模块的第四连接端与第二电容储能模块的第一连接端连接，第二电容储能模块的第四连接端与第三电容储能模块的第一连接端连接，以此类推，直到第(N-1) 电容储能模块的第四连接端与第N电容储能模块的第一连接端连接，第N电容储能模块的第四连接端和放电开关桥臂T_d2、T_d3的另一端与大地连接。

上述双极性脉冲电源的N个电容储能模块，其中每个电容储能模块包括单相整流模块、电容C、开关管T_a、开关管T_b；所述的单相整流模块交流侧的一端作为电容储能模块的第二连接端；单相整流模块交流侧的另一端作为电容储能模块的第三连接端；单相整流模块直流侧的一端分别与电容C的一端和开关管T_b的发射极连接，作为电容储能模块的第四连接端；单相整流模块直流侧的另一端分别与电容C的另一端和开关管T_a的集电极连接，开关管T_a的发射极与开关管T_b的集电极极连接，作为电容储能模块的第一连接端。

以下结合附图1和附图2，通过阐述相应的控制策略，详细介绍本发明提出的用于绝缘检测的双极性脉冲电源电路的工作过程，可以分为五个工作阶段。

第一阶段，可调直流电源U_DC给各储能电容串联充电阶段。

通过交替导通充电开关管T_c1、T_c3和充电开关管T_c2、T_c4，可调直流电源U_DC的电压逆变为PWM高频方波，再经由高频变压器升压后，通过单相整流桥模块给相应的各电容储能模块的电容进行充电。

第二阶段，各储能电容对负载的正脉冲输出阶段。

脉冲输出过程中，关断充电开关管T_c1、T_c2、T_c3、T_c4，触发导通各电容储能模块的开关管T_a和放电开关桥臂T_d1、T_d3，N个电容储能模块的电容进行串联放电，实现对负载的正脉冲输出。

第三阶段，对正脉冲输出结束后的尾切阶段。

正脉冲输出结束之后，关断N个电容储能模块的开关管T_a，继续使放电开关桥臂T_d1和T_d3保持导通状态，然后触发导通N个电容储能模块的开关管T_b，给负载提供出一条低阻抗回路，使负载快速放电，实现对正脉冲输出结束后的尾切操作。

第四阶段，各储能电容对负载的负脉冲输出阶段。

关断放电开关桥臂T_d1、T_d3，同时触发导通N个电容储能模块的开关管T_a，经过一定死区时间，再触发导通放电开关桥臂T_d2和T_d4，N个电容储能模块的电容进行串联放电，实现对负载的负脉冲输出。

第五阶段，对负脉冲输出结束后的尾切阶段。

负脉冲输出结束之后，关断N个电容储能模块的开关管T_a，继续使放电开关桥臂T_d2和T_d4保持导通状态，然后触发导通N个电容储能模块的开关管T_b，给负载提供出一条低阻抗回路，使负载快速放电，实现对负脉冲输出结束后的尾切操作。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。