专利名称：高压领域功率开关器件的取能装置的制作方法
技术领域：
高压领域功率开关器件的取能装置技术领域[0001]本实用新型属于电力电子应用领域，涉及一种适合应用于高压领域的取能电路装置，尤其解决了全控型开关器件串联使用时门极驱动电路的供能问题。
背景技术：
[0002]现有的高电压大功率电力电子开关器件应用时，为驱动电路提供电能的方式主要有两种，其一为外供低压电源、其二为高压侧自取能。[0003]对于外供低压电源的供能方式，随着电压等级的提高，设备隔离要求相应提高， 而通常使用的磁隔离脉冲变压器体积与制造难度大大增加，在电力系统STACOM或HVDC Flexible这些应用场合中这种方案适用性较小。[0004]对于高压侧自取能方式，通常采用特殊电流互感器的CT取能方式，这种方法较广泛应用于传统直流输电、可控串补等以晶闸管为开关器件的场合中，其特点为线路中流过大电流时CT 二次侧获得能量，再通过功率变换电路输出所需要的电压。由于晶闸管为半控型开关器件，开通时电流流过CT取能电路装置获得能量，关断时流过晶闸管的电流过零时自然关断。然而对于全控型器件如IGBT开通关断都需要驱动能量，这种CT取能的方式不能满足要求。[0005]针对高压场合串联使用的高频可关断开关器件，目前没有较简单可靠的驱动供能方式。发明内容[0006]本实用新型的主要目的，在于提供一种适用于高压领域、关断功率开关器件仍能驱动供能电路，实现电路简单、可靠、且与开关器件的参考电位相同，无需增加高压隔离设备。[0007]为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是一种适应于高压领域的取能电路装置，包括缓冲电路、限幅电路和功率变换电路，其特征在于在开关器件的两个功率极并联缓冲电路；所属缓冲电路包含二极管、电阻和缓冲电容，缓冲电路为二极管与电阻串联后与缓冲电容并联；[0008]所述限幅电路并联在缓冲电容两端，限幅电路包括电流限制电路和电压限制电路，通过电压限制电路将功率变换电路输入电压稳定在一定值。所述高压取能电路装置从开关器件缓冲电路上获得能量为驱动电路供电。限幅电路输出接功率变换电路。[0009]关断时功率开关器件承受高压，为了限值过电压，通常在开关器件的两个功率极 (集电极和发射极)并联缓冲电路；所属缓冲电路中应该包括整流二极管、限流电路与缓冲电容，关断时功率器件承受高压，因此缓冲电容充电。[0010]所述限幅电路并联在缓冲电容两端，限幅电路包括电流限制电路和电压限制电路，通过电流限制电路来限制功率变换电路输入电流不至于过大，通过电压限制电路将功率变换电路输入电压稳定在一定值。[0011 ] 所述功率变换电路为变换输出电压变低的DC/DC变换器。根据驱动电路的供电需求所述功率变换电路可以提供多路稳定输出的电压。[0012]本实用新型的有益效果本实用新型是一种可行的取能方式，可从与开关器件功率极并联的缓冲电路上获得驱动电路能量。本实用新型的取能电路装置实现简单，工作可靠；本实用新型的取能电路装置不存在高压隔离的问题，体积小，容易与驱动电路实现集成化；本实用新型的取能电路装置在主回路阀体充电后即可获得能量，电路启动工作容易； 本实用新型的取能电路装置可应用于各种功率半导体器件，适用范围广。
[0013]图1是依据本实用新型的取能电路装置示意图。[0014]图2是本实用新型中缓冲电路的一种实现电路图。[0015]图3是本实用新型中限幅电路的结构示意图。[0016]图4是本实用新型中电流限制电路第一种实施电路。[0017]图5是本实用新型中电流限制电路第二种实施电路。[0018]图6是本实用新型中电流限制电路第三种实施电路。[0019]图7是本实用新型中电流限制电路第四种实施电路。[0020]图8是本实用新型中电压限制电路的一种实施电路。[0021]图9是本实用新型中功率变换电路的一种实施电路。
具体实施方式
[0022]以下将结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。[0023]如图1所示，为一种适用于高压领域的取能电路装置示意图，开关器件选择为 IGBT,图中1为取能电路装置，其输入分别连接于IGBT的集电极(C)和发射极(E)，输出连接与IGBT驱动电路电源输入端，图中2为IGBT缓冲电路，其两个输出端分别连接限幅电路 4的输入，限幅电路输出连接功率变换电路5，功率变换电路输出为驱动电路6所需要的电压值。由于整个取能电路装置的参考电位与驱动电路相同都为IGBT的发射极，因此不需额外的绝缘设备来提供高压隔离，大大减小了功能电路的体积。[0024]如图2所示，为取能电路装置中缓冲电路2的一种实现电路，包括二极管仏、电阻 A与缓冲电容G。当IGBT关断时，集电极与发射极之间承受电压，电流流过仏和TP1给缓冲电容充电，取能电路装置将获得的能量输出给限幅电路。初始状态下串联的高压阀体闭锁，全部功率器件关断，各串联元件上承受高压，此时取能电路装置已经建立了工作电压， 为驱动电路提供稳定输出电压，因此本实用新型所描述的取能电路装置初始化简单可靠。 当IGBT开通时，集射极之间电压下降为IGBT饱和导通压降，仏和TP1不流过充电电流，由于 C1没有通过其它回路放电，电压不会下降至零，基本维持在稳态关断电压附近，等到下一个关断脉冲到来后，再次被充电。因此当IGBT高频开通关断时，本实用新型所描述的取能电路装置均能够为驱动电路提供一个稳定可靠的输入电源。[0025]如图3所示，为取能电路装置中限幅电路原理示意图，包括电流限制电路7与电压限制电路8。电流限制电路将功率变换电路的输入电流限制在一个定值范围之内，以免过流损坏电压限制电路与功率变换电路。工作时电流限制电路上承受了一定的电压，确保了电压限制电路不至于过压损坏。电压限制电路为功率变换电路提供稳定的输入电压。[0026]如图4所示，为电流限制电路的第一种实施电路，电流限置电路是Mosfet组件， Mosfet源极与漏极之间接入限制电路，稳压二极管稳压接入与Mosfet源极与栅极。包括电阻:/ 2、怂、/ 4、/ 5、/ 6、/ 7，稳压二极管=Z1、Z2，小功率Mosfet -JipM20通过选择稳压二极管稳压值与Mosfet源极串联电阻怂和怂的阻值设定电流限制值，例如要将电流限制值设定在 100mA，可以选择稳压二极管与150Ω的源极串联电阻。由于单个Mosfet电压等级有限，可以使用图4中的多个Mosf et组件单元串联。为了使串联的Mosf et各单元承受电压均衡， 可以在电路中并联电容，这样就产生了如图5所示的电流限制电路第二种实施电路。[0027]如图6所示，为电流限制电路的第三种实施电路，很容易可以看出第一种实施电路中的小功率Mosfet也可以用高压小功率的IGBT来代替，工作原理类似。同样可以衍生出如图7所示的第四种实施电路。[0028]如图8所示，为电压限制电路的一种实施电路，电路使用稳压二极管串联将功率变换电路的输入电压稳定在一定范围。例如要将功率变换电路的输入电压稳定在300V，可以选择10只稳压值为30V的稳压管。[0029]所述的功率变换电路可以根据驱动电路的需求设计，如Concept、Inpower等公司的IGBT驱动电路通常需要提供一路+16V的输入直流电压，功率为5W。在这里需要将功率变换电路设计为一个输出电压为+16V的DC/DC变换器，可采用常规DC/DC变换器。[0030]如图9所示，为功率变换电路的一种实施电路，其中使用了 TOP-Switch芯片 T0P-243P、光耦芯片NEC2501LH、三端稳压芯片LM431以及变压器、电感、电阻、电容、二极管等器件。将本实用新型中所述的限幅电路输出电压变换至驱动电路需要的电压值。所述的功率变换电路结构简单，工作可靠。[0031]以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种高压领域功率开关器件的取能装置，包括缓冲电路、限幅电路和功率变换电路， 其特征在于在开关器件的两个功率极并联缓冲电路；所属缓冲电路包含二极管、电阻和缓冲电容；所述限幅电路并联在缓冲电容两端，限幅电路包括电流限制电路和电压限制电路；限幅电路输出接功率变换电路；缓冲电路为二极管与电阻串联后与缓冲电容并联。
2.如权利要求1所述的高压领域功率开关器件的取能装置，其特征在于电流限置电路是Mosfet组件，Mosfet源极与漏极之间接入限制电路，稳压二极管稳压接入与Mosfet源极与栅极。
3.如权利要求1所述的高压领域功率开关器件的取能装置，其特征在于功率变换电路为变换输出电压变低的DC/DC变换器。
4.如权利要求2所述的高压领域功率开关器件的取能装置，其特征在于电流限置电路是多单元Mosfet组件串联。
专利摘要本实用新型公开一种适应于高压领域的取能电路装置，包括缓冲电路、限幅电路和功率变换电路，在开关器件的两个功率极并联缓冲电路；所属缓冲电路包含二极管、电阻和缓冲电容；所述限幅电路并联在缓冲电容两端，限幅电路包括电流限制电路和电压限制电路，通过电压限制电路将功率变换电路输入电压稳定在一定值；限幅电路输出接功率变换电路；所述功率变换电路为驱动电路提供所需要的电压。该电路装置尤其适合于高压应用领域，电路简单可靠、无需额外绝缘设备、易于模块化和集成化。
文档编号H02M3/10GK202309517SQ20112040543
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者刘磊, 张磊, 张茂强, 汪涛, 陈赤汉, 黄华 申请人:南京南瑞继保工程技术有限公司, 南京南瑞继保电气有限公司