用于电缆局部放电检测的igbt高压开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于电缆局部放电检测的IGBT高压开关，属于电力领域。
【背景技术】
[0002]在电力领域，XLPE中压电力电缆广泛应用于城市供电网中。XLPE中压电力电缆的损坏起始于局部放电，对其进行局部放电检测时需要对其施加特定电压。在多种检测方式中，衰减振荡波衰减振荡波局部放电检测法是最新的检测方法，衰减振荡电压与交流电压有一定等效性且实验设备体积小、便携性好。进行衰减振荡波局部放电检测法需要用到固态半导体高压开关，但现有的半导体高压开关存在着价格昂贵、体积大、导通速度慢、均压手段欠佳等问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型为了解决用于衰减振荡波局部放电检测法的半导体高压开关存在的导通速度慢、隔离供电困难、价格昂贵、体积大、均压手段欠佳等问题，提供了一种用于电缆局部放电检测的IGBT高压开关。
[0004]本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是:
[0005]一种用于电缆局部放电检测的IGBT高压开关，所述开关由多个IGBT开关串联组成，每个IGBT开关包括隔离电源、IGBT驱动电路和IGBT主电路；隔离电源将低电位的高频交流电隔离升压并稳压，其输出端连接对应一级的IGBT驱动电路并供电；驱动电路接收、转换前端发送的驱动信号并对IGBT门级进行充放电从而控制对应一级IGBT主电路；IGBT主电路在驱动电路控制下实现高压开关的通断；隔离电源由磁环变压器、三个高频整流模块、三个预稳压模块、正15伏稳压模块、正5伏稳压模块、负10伏稳压模块组成，磁环变压器起到高压隔离与能量传递的作用，磁环变压器上的三个次边绕组各连接一个高频整流模块，高频整流模块用于将高频交流电进行整流，每个高频整流模块的输出端连接一个预稳压模块，预稳压模块的输出电压稳定在20伏，用来保护稳压模块不发生过压损坏，每个预稳压模块的输出端连接一个线性稳压模块，三个线性稳压模块分别为正15伏稳压模块、正5伏稳压模块、负10伏稳压模块，三个线性稳压模块对应输出的正15伏、正5伏、负10伏电压用于IGBT驱动电路工作；IGBT驱动电路由光纤接收模块、逻辑-功率转换模块、门极驱动模块和动态均压模块组成，光纤接收模块接收前端控制器的控制信号，将控制信号传递给逻辑-功率转换模块，逻辑-功率转换模块将进行电平转换后的控制信号传递给门级驱动模块，门级驱动模块在前级逻辑-功率转换模块控制下直接对IGBT门级进行充放电，实现主电路导通控制，动态均压模块在IGBT发生过压时提供IGBT集电极到门级驱动模块的信号反馈回路，保护IGBT免遭过压击穿；IGBT主电路包括IGBT、IGBT门级保护元件及缓冲电路，IGBT为高压开关的主功率器件，IGBT门级保护元件连接IGBT的门级与集电极，防止IGBT门级发生过压击穿与误导通，缓冲电路连接IGBT的集电极与发射极，在IGBT通断时提供电压缓冲。
[0006]本实用新型的有益效果是:
[0007]本实用新型通过采用IGBT高压半导体器件实现了主电路的快速通断；选用高精度器件实现了 IGBT导通与关断的良好同步性；各IGBT驱动电路的高压隔离供电采用了电流母线型分布式供电形式，拓扑结构简单，同时实现了高压隔离、多路隔离输出、连接方便的效果；通过动态均压模块实现了 IGBT的动态均压，提高了可靠性；解决了驱动信号的高压隔离；实现了驱动电路的低能耗；此外，本实用新型具有体积小、成本低的优点。
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型的整体结构框图；图2是本实用新型中隔离电源的结构框图；图3是本实用新型中IGBT驱动电路的结构框图；图4为高频整流模块电路的电路图；图5为预稳压模块电路的电路图；图6为正15伏、正5伏、负10伏稳压模块电路的电路图(图中:a为正15伏稳压模块电路的电路图，b为正5伏稳压模块电路的电路图，c负10伏稳压模块电路的电路图)；图7是本实用新型中的光纤接收模块的电路图；图8是本实用新型中的逻辑-功率转换模块的电路图；图9是本实用新型中的门极驱动模块的电路图；图10是本实用新型中的动态均压模块的电路图；图11是本实用新型中的IGBT主电路的电路图。
【具体实施方式】
[0009]【具体实施方式】一:如图1、图2、图3所示，本实施方式所述的用于电缆局部放电检测的IGBT高压开关，其特征在于:所述电路由多个IGBT开关串联组成，每个IGBT开关包括隔离电源、IGBT驱动电路、IGBT主电路；隔离电源将低电位的高频交流电隔离升压并稳压，其输出端连接对应一级的IGBT驱动电路并供电；驱动电路接收、转换前端发送的驱动信号并对IGBT门级进行充放电从而控制对应一级IGBT主电路；IGBT主电路在驱动电路控制下实现高压开关的通断；隔离电源由磁环变压器、三个高频整流模块、三个预稳压模块、正15伏稳压模块、正5伏稳压模块、负10伏稳压模块组成，磁环变压器起到高压隔离与能量传递的作用，磁环变压器上的三个次边绕组各连接一个高频整流模块，高频整流模块用于将高频交流电进行整流，每个高频整流模块的输出端连接一个预稳压模块，预稳压模块的输出电压稳定在20伏，用来保护稳压模块不发生过压损坏，每个预稳压模块的输出端连接一个线性稳压模块，三个线性稳压模块分别为正15伏稳压模块、正5伏稳压模块、负10伏稳压模块，三个线性稳压模块对应输出的正15伏、正5伏、负10伏电压用于IGBT驱动电路工作；IGBT驱动电路由光纤接收模块、逻辑-功率转换模块、门极驱动模块、动态均压模块组成，光纤接收模块接收前端控制器的控制信号，将控制信号传递给逻辑-功率转换模块，逻辑-功率转换模块将进行电平转换后的控制信号传递给门级驱动模块，门级驱动模块在前级逻辑-功率转换模块控制下直接对IGBT门级进行充放电，实现主电路导通控制，动态均压模块在IGBT发生过压时提供IGBT集电极到门级驱动模块的信号反馈回路，保护IGBT免遭过压击穿；IGBT主电路包括IGBT、IGBT门级保护元件及缓冲电路，IGBT为高压开关的主功率器件，IGBT门级保护元件连接IGBT门级，防止IGBT门级发生过压击穿与误导通，缓冲电路连接IGBT的集电极与发射极，在IGBT通断时提供电压缓冲。
[0010]【具体实施方式】二:如图2所示，本实施方式所述的磁环变压器由磁芯、原边绕组、次边绕组组成；磁环变压器磁芯为铁氧体磁环；原边为一根高压绝缘电缆，从磁环中心穿过，所有高压隔离电源均由同一根高压绝缘电缆供电；次边绕组为三路绕在磁环上的若干匝带绝缘的细导线，每个次级输出端各连接一路高频整流模块。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0011]【具体实施方式】三:如图4所示，本实施方式所述的高频整流模块由接线端子及高频整流桥组成；磁环变压器的次级绕组输出端连接高频整流模块的接线端子IS1，接线端子与高频整流桥相连接；具有纳秒级反向恢复时间的二极管AD1、AD2、AD3、AD4组成高频整流桥；AD1的阳极与ISl的引脚I及AD3的阴极相连，阴极与AD2的阴极相连；AD2的阳极与ISl的引脚2及AD4的阴极相连；AD1与AD2阴极的连接点为整流输出节点1，AD3与AD4阴极的连接点为整流输出节点2，两节点与预稳压模块相连接。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一或二相同。
[0012]【具体实施方式】四:如图5所示，本实施方式所述的预稳压模块由大功率三极管AT1、齐纳二极管AT2、电阻R1、非极性电容ACl与AC5、极性电容AC4组成；高频整流模块中的输出节点I与输出节点2分别与极性电容ACl的阳极和