一种基于光耦隔离驱动的小型可控高压开关装置的制作方法

本发明涉及可控高压开关领域。

背景技术：

现有的可控高压开关采用多组igbt模块串联，尤其是适用于几十kv等级的高压开关，其串联的igbt模块多达几十组，导致可控高压开关设备存在结构复杂、控制部分与高压的隔离复杂且占位大、igbt开关驱动同步性等问题。目前隔离驱动主要为光耦隔离和磁隔离两种方式，光耦隔离较磁隔离驱动具有绝缘性能好、响应速度快等优点，但也存在传输光纤较多而占地大、多驱动光源的存在开断不同步的问题。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明的目的是为了解决小型化可控高压开关的光耦隔离占地较大、光隔离结构复杂且损耗高、驱动不同步的问题，提供一种采用光纤隔离驱动的小型可控高压开关装置。

本发明所采取的方案为：采用光纤隔离驱动的小型可控高压开关装置，它包括开关电源模块、igbt模块、igbt隔离驱动模块、开关控制模块和光耦隔离模块，其特征在于。

所述开关电源模块，为igbt隔离驱动模块提供能量，所述开关电源模块的输入端接220v交流电，所述开关电源模块的输出端接igbt隔离驱动模块的电源输入端。

所述igbt模块，关断时承受直流高压，接收到触发信号后导通，从截止状态快速地切换成导通状态，它包括多级相同的igbt子模块，所述每级igbt子模块包括一个igbt及其保护电路，所述每级igbt的门极与igbt隔离驱动模块的输出端连接，所述每级igbt的集电极与发射极之间接有保护电路，所述每级igbt的集电极与上一级igbt的发射极连接，每级igbt的发射极与下一级igbt的集电极连接，构成igbt模块，所述igbt模块输入端接高压直流端，输出端接地。

所述igbt隔离驱动模块，从光耦隔离模块接受开断信号，为igbt模块提供可控的驱动电压，并将高压端与电源模块隔离，它包括多级相同的驱动隔离子模块构成，所述每级驱动隔离子模块输入端接电源模块的输出端，输出端接所述每级igbt子模块，控制端接光耦隔离模块，所述每级驱动隔离子模块还包括隔离变压器和门极驱动电路组成，所述隔离变压器磁芯副边接所述门极驱动电路，所述开关电源模块输出端穿过所述隔离变压器的磁芯，为所述门极驱动电路提供驱动电压和电流，并隔离所述开关电源模块与所述门极驱动电路，所述门极驱动电路的电源输入端与所述隔离变压器副边接，控制端与所述光耦隔离模块输出端连接，输出端与所述每级igbt子模块的门极连接，所述开关电源模块的输出端同时穿过所述每级隔离变压器的磁芯。

所述开关控制模块，根据需求为驱动电路提供开断信号，所述开关控制模块的输入端接220v交流电，所述开关控制模块的输出端接所述光耦隔离模块的输入端。

所述光耦隔离模块，它包括发光管、光纤连接器和光电转换器，所述发光管的输入端接所述开关控制模块输出端，接收开断信号并发出光信号，输出端接所述光纤连接器的输入端，所述光纤连接器的输出端接所述光电转换器的输入端，所述光电转换器的输出端接所述门极驱动电路的控制端。

附图说明

图1是本发明的一对一光耦隔离的高压开关结构示意图。

图2是一对一光耦隔离高压开关的igbt模块结构示意图。

图3是一对一光耦隔离高压开关的igbt隔离驱动模块结构示意图。

图4是一对一光耦隔离高压开关的光耦隔离模块结构示意图。

图5是本发明的光纤分束器隔离的高压开关的结构示意图。

图6是光纤分束器隔离的高压开关的igbt隔离驱动模块结构示意图。

图7是光纤分束器隔离的高压开关的光纤隔离模块结构示意图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

具体实施方式一：结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式：本实施方式所述一种基于光耦隔离驱动的小型可控高压开关装置，它包括开关电源模块1、igbt模块2、igbt隔离驱动模块3和开关控制模块4，所述igbt模块2还包括多级相同的igbt子模块2-1，所述每级igbt子模块2-1包括一个igbt2-1-1及其保护电路2-1-2，所述igbt隔离驱动模块3还包括多级相同的驱动隔离子模块3-1，所述每级驱动隔离子模块3-1还包括隔离变压器3-1-1、门极驱动电路组成3-1-2和光耦隔离模块3-1-3，所述光耦隔离模块3-1-3还包括发光管3-1-3-1、光纤连接器3-1-3-2和光电转换器3-1-3-3。

开关电源模块1的输出端同时穿过igbt隔离驱动模块3中的每级隔离变压器的磁芯3-1-1，每级隔离变压器3-1-1的副边接门极驱动电路3-1-2，门极驱动电路3-1-2的控制端与光耦隔离模块3-1-3中的光电转换器3-1-3-3的输出端连接，光电转换器3-1-3-3的输入端接光纤连接器3-1-3-2的输出端，光纤连接器3-1-3-2的输入端接发光管3-1-3-1的输出端，发光管3-1-3-1的输入端接开关控制模块4的输出端，门极驱动电路3-1-2的输出端接igbt模块2中的每级igbt2-1-1的门极，每级igbt2-1-1的集电极与发射极之间接有保护电路2-1-2，所述每级igbt2-1-1的集电极与上一级igbt2-1-1的发射极连接，每级igbt2-1-1的发射极与下一级igbt2-1-1的集电极连接，igbt模块2的输入端接高压直流端，igbt模块2的输出端接地。

开关电源模块1提供一个驱动电压，开关电源模块1的输出端穿过隔离变压器的3-1-1磁芯，将驱动电压同时耦合到每级隔离变压器3-1-1的副边并同时输出到门极驱动电路3-1-2为igbt2-1-1进行同时供电，开关控制模块4通过光耦隔离模块3-1-3将控制高压开关的开断信号同时传输至每级门极驱动模块的控制端来同时控制igbt模块2中每个igbt同步开断，当开关控制模块4输出开通信号到每级隔离驱动子模块3-1中的光耦隔离模块3-1-3中，光耦隔离模块3-1-3中的光耦隔离模块3-1-3的发光管3-1-3-1发出光，通过光纤连接器3-1-3-2将光信号同步传输至每级隔离驱动子模块3-1中的光电转换器3-1-3-3，光电转换器3-1-3-3将光信号转换为高电平的电信号并传输至门极驱动电路3-1-2，门极驱动电路3-1-2开通，将隔离变压器3-1-1输出的电压供传输至每级igbt2-1-1的门极，驱动各级igbt2-1-1同步开通，使高压开关处于开通状态；当开关控制模块4输出关断信号，光耦隔离模块3-1-3中的光耦隔离模块3-1-3的发光管3-1-3-1不发光，光电转换器3-1-3-3输出低电平信号并同步传输至每级igbt隔离驱动3模块中的门极驱动电路3-1-2，门极驱动电路3-1-2闭锁，隔离变压器3-1-1输出的电压供不能给每级igbt2-1-1的门极进行供电，驱动各级igbt2-1-1同步关闭，使高压开关处于关断状态，保护电路2-1-2均一致使得每个igbt2-1-1承受相同的电压。

具体实施方式二：结合图5、图6和图7说明本实施方式：本实施方式与具体实施方式一所述一种基于光耦隔离驱动的小型可控高压开关装置的区别在于，本实施方式的装置的igbt隔离驱动模块3和光耦隔离模块5，所述隔离驱动模块3包括多级相同的驱动隔离子模块3-1，所述每级驱动隔离子模块3-1还包括隔离变压器3-1-1、门极驱动电路组成3-1-2和光电转换器3-1-3，所述光耦隔离模块5还包括发光管5-1和光纤分束器5-2，可极大地提高igbt触发信号的一致性同时进一步缩小光耦隔离模块的所占体积。

开关电源模块1的输出端同时穿过igbt隔离驱动模块3中的每级隔离变压器的磁芯3-1-1，每级隔离变压器3-1-1的副边接门极驱动电路3-1-2，门极驱动电路3-1-2的控制端与光电转换器3-1-3的输出端连接，光电转换器3-1-3的输入端接光耦隔离模块5中的光纤分束器5-2的输出端，光纤分束器5-2的输入端接发光管5-1的输出端，发光管5-1的输入端接开关控制模块4的输出端，门极驱动电路3-1-2的输出端接igbt模块2中的每级igbt2-1-1的门极，每级igbt2-1-1的集电极与发射极之间接有保护电路2-1-2，所述每级igbt2-1-1的集电极与上一级igbt2-1-1的发射极连接，每级igbt2-1-1的发射极与下一级igbt2-1-1的集电极连接，igbt模块2的输入端接高压直流端，igbt模块2的输出端接地。

开关电源模块1提供一个驱动电压，开关电源模块1的输出端穿过隔离变压器的3-1-1磁芯，将驱动电压同时耦合到每级隔离变压器3-1-1的副边并同时输出到门极驱动电路3-1-2为igbt2-1-1进行同时供电，开关控制模块4通过光耦隔离模块5将控制高压开关的开断信号同时传输至每级隔离驱动模块3-1中的光电转换器3-1-3，光电转换器3-1-3将光信号转换为电信号传输至门级驱动电路3-1-2的控制端来同时控制igbt模块2中每个igbt同步开断，当开关控制模块4输出开通信号，光耦隔离模块5中发光管5-1发出光，通过光纤分束器5-2将光信号同步传输至每级隔离驱动子模块3-1中的光电转换器3-1-3，光电转换器3-1-3将光信号转换为高电平的电信号并传输至门极驱动电路3-1-2，门极驱动电路3-1-2开通，将隔离变压器3-1-1输出的电压供传输至每级igbt2-1-1的门极，驱动各级igbt2-1-1同步开通，使高压开关处于开通状态；当开关控制模块4输出关断信号，光耦隔离模块5中发光管5-1不发光，光电转换器3-1-3输出低电平信号并同步传输至每级igbt隔离驱动3模块中的门极驱动电路3-1-2，门极驱动电路3-1-2闭锁，隔离变压器3-1-1输出的电压供不能给每级igbt2-1-1的门极进行供电，驱动各级igbt2-1-1同步关闭，使高压开关处于关断状态，保护电路2-1-2均一致使得每个igbt2-1-1承受相同的电压。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。