一种远距离隔离控制与无独立电源供电的半桥驱动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及大功率变换电路中的驱动器领域，特别涉及一种基于红外光通信实现远距离信号传输、无独立电源供电与浮地控制的半桥驱动器。
【背景技术】
[0002]电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，主要指使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。经过50年的发展，它在传统产业设备发行、交通运输、电力系统、计算机系统、通信系统、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。
[0003]变流技术则是电力电子技术的核心。变流技术主要包括整流、逆变、斩波、变频、变相等，目前主流的变流技术采用的拓扑图基本单元为两个电力电子器件串联的半桥单元，如D类功放采用的是两个半桥单元，三相逆变、三相整流等采用的是三个半桥单元，交直交型的变频器更是采用的6个及以上的半桥单元组成。
[0004]半桥单元作为最基本的拓扑图单元，其驱动电路的好坏几乎决定了整个半桥单元的性能，特别是在高压、大电流的电能变换、控制领域，一般要求驱动电路具有电气隔离、弱点控制强电、控制频率高、结构简单、安全性能高等特点。
[0005]目前对半桥驱动器的高压侧(上管)控制非常难、也非常危险，一般高压侧得电压是几百上千伏。
[0006]目前主流的半桥驱动电路主要有采用电容实现悬浮自举驱动、光电耦合器隔离驱动、无源变压器驱动、有源变压器驱动等。
[0007]电容实现悬浮自举驱动是利用自举电容充放电和“浮地”原理使高压侧(上管)的输出极“悬浮”实现弱点控制强电的效果，方法简单，并且市面上已有大量的集成模块，但是由于输入和输出共地、没有隔离的原因，不能应用到高压的场合，并且在半桥单元组成的功率变换电路出现短路或者烧毁故障时，由于没有隔离的原因也会影响控制电路，甚至会造成安全事故。
[0008]光电耦合器虽然具备体积小巧、价格便宜的特点，但是光耦又具有较大的延迟时间(高速型光电耦合器一般也大于300ns)，反应较慢，限制了控制器的工作频率;光电耦合器的输出级需要隔离的辅助电源供电，若是三相逆变器则含有3个半桥单元，至少需要4个辅助电源供电，极大的增加了系统的复杂程度和提高了制作总成本;并且光耦也不能用于某些特高压场合，光耦由于做的非常小，隔离的距离非常近，控制电路的信号与特高压线路紧密接触，容易产生很大的电磁干扰，发生安全事故时控制电路很容易被漏电或者弧光烧毁。
[0009]无源变压器驱动就是在变压器次级的输出直接驱动绝缘栅器件，方法虽然简单，也不需要单独的驱动电源，但是输出波形失真较大，会降低整个系统的效率，特别是在控制信号占空比变换范围大的时候，变压器幅值变化太大，可能导致工作不正常，烧毁器件、造成安全事故，因此只适用于占空比变化不大、效率要求不高的场合。
[0010]有源变压器驱动就是变压器只提供隔离的信号，在变压器次级另有整形放大电路来驱动绝缘栅功率器件，当然驱动波形较好，但是同光电耦合器一样，需要另外提供单独的辅助电源供电，供给放大器。也增加了系统的复杂程序和制作总成本，并且如果辅助电源处理不当，还会引进寄生的干扰。
【实用新型内容】
[0011]针对现有技术中存在的上述不足，本实用新型提供了一种基于红外光通信与浮地技术原理，能够进行远距离隔离控制、能够提高驱动信号的工作频率、能够实现弱电控制强电、无独立供电与自高压处取电的供电方式与上桥采用浮地技术驱动的半桥驱动器。
[0012]为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案:
[0013]一种远距离隔离控制与无独立电源供电的半桥驱动器，包括信号发射电路以及信号接收与驱动电路；
[0014]所述信号发射电路包括红外发射管1、红外发射管π、红外发射管m、红外发射管IV、红外发射管V、红外发射管V1、功率管Q2、功率管QlO、电阻R4、电阻R16、电容C2、电容C4和功率负载;所述红外发射管m的正极和红外发射管IV的正极均通过功率负载与信号发射电路的电源vcci连接，所述红外发射管m的负极与红外发射管π的正极连接，所述红外发射管Π的负极与红外发射管I的正极连接，所述红外发射管I的负极与功率管Q2的发射极连接，所述功率管Q2的基极通过电阻R4与高压侧的控制信号输入端HIN连接;所述红外发射管IV的负极与红外发射管V的正极连接，所述红外发射管V的负极与红外发射管VI的正极连接，所述红外发射管VI的负极与功率管QlO的发射极连接，所述功率管QlO的基极通过电阻R16与低压侧的控制信号输入端LIN连接;所述电容C2和电容C4的正极分别与信号发射电路的电源VCCl连接;所述电容C2的负极、电容C4的负极、功率管Q2的集电极和功率管Q1的集电极分别接地；
[0015]所述信号接收与驱动电路包括高压侧信号接收与驱动电路和低压侧信号接收与驱动电路；
[0016]所述高压侧信号接收与驱动电路包括电阻R1、电阻R2、NPN开关管Q1、肖特基二极管Dl、红外接收管1、红外接收管Π、电容Cl、电阻R5、电阻R6、电阻R3、滑线式电阻器W1、电阻R7、电阻R8、NPN开关管Q3、NPN开关管Q4和PNP开关管Q5;所述电阻R2的一端与驱动半桥电路的电源端VCC2连接，电阻R2的另一端与电阻Rl的一端连接，所述电阻R2的另一端与NPN开关管Ql的集电极连接，所述电阻Rl的另一端分别与NPN开关管Ql的基极和肖特基二极管Dl的负极连接，所述肖特基二极管DI的正极分别与红外接收管Π的正极、NPN开关管Q4的发射极、PNP开关管Q5的集电极以及控制信号地参考端Hvss连接;所述红外接收管Π的负极与红外接收管I的正极连接，所述红外接收管I的负极分别与电容Cl的正极和电阻R5的一端连接，所述电容Cl的负极分别与NPN开关管Q4的基极和电阻R6的一端连接，所述电阻R5的另一端、电阻R6的另一端、电阻R3的一端和NPN开关管Q3的集电极分别与NPN开关管Ql的发射极连接，所述电阻R3的另一端通过滑线式电阻器Wl与NPN开关管Q4的集电极连接，所述电阻R7的一端与NPN开关管Q4的集电极连接，电阻R7的另一端分别与NPN开关管Q3的基极和PNP开关管Q5的基极连接，所述NPN开关管Q3的发射极和PNP开关管Q5的发射极均通过电阻R8与高压侧的控制信号端Hvo连接;所述红外接收管I和红外接收管Π接收红外发射管1、红外发射管Π和红外发射管m发出的信号；
[0017]所述低压侧信号接收与驱动电路包括电阻R9、电阻R10、NPN开关管Q6、肖特基二极管D4、红外接收管m、红外接收管IV、电容C3、电阻R12、电阻R13、电阻R11、滑线式电阻器W2、电阻R14、电阻R15、NPN开关管Q7、NPN开关管Q8和PNP开关管Q9;所述电阻RlO的一端与驱动半桥电路的电源端VCC2连接，电阻RlO的另一端与电阻R9的一端连接，所述电阻RlO的另一端与NPN开关管Q6的集电极连接，所述电阻R9的另一端分别与NPN开关管Q6的基极和肖特基二极管D4的负极连接，所述肖特基二极管D4的正极分别与红外接收管IV的正极、NPN开关管Q8的发射极、PNP开关管Q9的集电极以及控制信号地参考端Lvss连接;所述红外接收管IV的负极与红外接收管m的正极连接，所述红外接收管m的负极分别与电容C3的正极和电阻Rl 2的一端连接，所述电容C3的负极分别与NPN开关管Q8的基极和电阻Rl 3的一端连接，所述电阻Rl 2的另一端、电阻Rl 3的另一端、电阻Rl I的一端和NPN开关