高压隔离多输出ＩＧＣＴ驱动电源制造技术

本实用新型专利技术提出了一种新型高压隔离多输出ＩＧＣＴ驱动电源，包括工频输入二极管整流桥、滤波电容Ｃ１、逆变桥、隔直电容Ｃ６、附加电感Ｌ１、互感器ＣＴ、若干输出高隔离电压变压器（Ｔｒ１～Ｔｒｎ）、若干副边二极管整流桥、若干斩波稳压电路、若干闭环控制ＰＷＭ生成隔离驱动电路、互感器ＣＴ输出端二极管整流桥、滤波器ＬＣ、闭环控制、ＰＷＭ生成隔离与驱动电路。在原边电路中采用电流闭环控制，在各个副边输出电路中设置了斩波稳压闭环控制，可以输出稳定的、符合ＩＧＣＴ驱动要求的隔离输出电压。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种专门应用于中高压大容量电力电子装置(如多电平功率逆 变器、桥式短路故障限流器)中大容量电力电子器件IGCT (或称GCT)驱动的高压隔离多输 出电源。主要应用于柔性交流输电系统、大容量风力发电并网、大容量中高压光伏发电并网 逆变、大容量水泵风机调速等工业领域。是一种面向大容量中高压电力电子设备中IGCT驱 动的高耐压、多输出隔离电源系统。
技术介绍
随着电力工业的迅猛发展，基于大容量IGCT的中高压电力电子设备，如多电平功 率逆变器、桥式短路故障限流器、大容量无功补偿、大容量风力发电并网、大容量中高压光 伏发电并网逆变、大容量水泵风机调速系统等应用越来越广泛。在这些基于IGCT的大容量 电力电子设备中，电力电子开关器件IGCT的数量越来越多，对IGCT驱动电源技术的要求也 越来越高。为了安全可靠、快速准确地完成可控开关的导通和关断，对驱动电路的电源有 着严格的要求1)隔离和耐压要求。由于各可控开关在主电路中的位置不同，所处的电位 不同，不同管子之间的电位差很大，所以，为了保证管子安全、可靠地工作，客观上要求控制 电路和开关管的两个控制极之间、不同开关管的控制极之间，都必须相互隔离，而且要有足 够高的隔离电压。具体表现在驱动电源上，就是驱动电源的各组输出之间相互隔离，而且 要有足够的耐压。2)要有足够多的相互隔离的输出，比如，三电平逆变器需要12路隔离电 源，更多电平的逆变器，IGCT的个数和隔离的驱动电源数更多。3)功率要求。要可靠而迅 速地完成大功率开关管的开通和关断操作，驱动电源必须具有足够的功率输出能力，大容 量IGCT需要的驱动功率一般为60W以上。4)足够而稳定的电压幅值。管子的门极开通电 压往往具有门限值，只有当驱动电压大于门限值之后，才能使管子开通。为了可靠起见，电 压幅值要留有裕度，但过高的门极电压会损坏门极，同时，为了防止关闭的管子由于干扰信 号而误导通和快速关断处于通态的管子，驱动电源需要一定幅值的负电压，所以电压幅值 既不能太低也不能超出门极的安全范围。5)隔离电源的各个输出都要有足够的负载调整 度。管子关断状态、开通状态以及开关过程中需要的驱动功率差别极大，相当于电源负载在 大范围内高速变化，要求电源电压能够在各种负载状态下保持稳定。6)引线要求。由于中 高压特别是高压功率变换器中的功率器件多而且处于高电压环境，首先要保证连接线安全 可靠，满足高电压系统的绝缘或隔离要求，同时要方便易行。从现有技术文献和工业现场来 看，现有的IGCT驱动电源普遍有体积过大、成本过高、安装不便、效率低等缺点。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提出一种结构更加优化、体积 更小、成本更低、效率和可靠性更高的高压隔离多输出IGCT驱动电源。本技术高压隔离多输出IGCT驱动电源，包括工频输入二极管整流桥、滤波电 容C1、逆变桥、隔直电容C6、附加电感L1、互感器CT、若干输出高隔离电压变压器(Trl 3Trn)、若干副边二极管整流桥、若干斩波稳压电路、若干闭环控制PWM生成隔离驱动电路、 互感器CT输出端二极管整流桥、滤波器LC、闭环控制、PWM生成隔离与驱动电路。工频输入 二极管整流桥输出端接滤波电容C1。逆变桥直流侧的正极接工频输入二极管整流桥直流侧 的正极，逆变桥直流侧的负极接工频输入二极管整流桥直流侧的负极。各输出高隔离电压 变压器(Trl Trn)和互感器CT的原边串联连接后，再与隔直电容C6、附加电感L1串联， 接在逆变桥的交流输出端。互感器CT的输出接互感器CT输出端二极管整流桥的交流输入 端，互感器CT输出端二极管整流桥的直流输出接滤波器LC，滤波器输出经分压电阻(R1、 R2)分压后，送由闭环控制PWM生成隔离与驱动电路。闭环控制PWM生成隔离与驱动电路的 四路隔离的输出分别连接逆变桥中四个功率M0SFET管的栅极和源极。输出高隔离电压变 压器(Trl Trn)的二次侧接对应的副边二极管整流桥的交流输入端子、各副边二极管整 流桥的并联斩波稳压电路。斩波稳压电路中的M0SFET管的栅极由副边电路中输出电压构 成的闭环控制PWM生成隔离驱动电路控制。所述斩波稳压电路由平波电感、斩波M0SFET管、阻止反向放电二极管和平波电容 组成，其中平波电感的第一端接副边二极管整流桥的正极，第二端和斩波M0SFET管的漏 极、阻止反向放电二极管的阳极接在一起；阻止反向放电二极管的阴极和平波电容的正极 接在一起；斩波M0SFET管的源极、平波电容的负极和副边二极管整流桥的负极接在一起。本技术高压隔离多输出IGCT驱动电源，可以达到比较大的功率和很高的负 载调整率，能够完全满足IGCT驱动电路的要求，用一套电源系统即可为中高压电力电子装 置中的所有IGCT提供驱动电源。具有体积小、重量轻、安装方便、性能好、效率高等显著优 点o附图说明图1为本技术高压隔离多输出IGCT驱动电源电路示意图。具体实施方式如图1所示，高压隔离多输出IGCT驱动电源，包括工频输入二极管整流桥、滤波电容C1、逆变桥、隔直电容C6、附加电感L1、互感器CT、若干输出高隔离电压变压器(Trl Trn)、若干副边二极管整流桥、若干斩波稳压电路、若干闭环控制PWM生成隔离驱动电路、 互感器CT输出端二极管整流桥、滤波器LC、闭环控制、PWM生成隔离与驱动电路。工频输 入二极管整流桥输出端接滤波电容C1。逆变桥由四个功率M0SFET管(Q1 Q4)和缓冲电 容〇2-〔5组成，〔2、〔3、〔4、〔5分别并联在01、02、03、04的漏极和源极之间。Q1、Q3的漏极 接在一起，为逆变器直流侧的正极；Q2、Q4的源极接在一起，为逆变器直流侧的负极；Q1的 源极和Q2的漏极接在一起，为逆变器的一个交流输出端；Q3的源极和Q4的漏极接在一起， 为逆变器的另一个交流输出端。逆变桥直流侧的正极接工频输入二极管整流桥直流侧的正 极，逆变桥直流侧的负极接工频输入二极管整流桥直流侧的负极。各输出高隔离电压变压 器(Trl Trn)和一个用于检测电流的互感器CT的原边串联连接后，再与隔直电容C6、附 加电感L1串联，接在逆变桥的交流输出端。附加电感L1用来满足实现软开关的条件。互 感器CT的输出接二极管D5 D8组成的互感器CT输出端二极管整流桥的交流输入端，互 感器CT输出端二极管整流桥的直流输出接由电感L2、电容C7构成的滤波器LC，滤波器输出经分压电阻Rl、R2分压后，送由闭环控制PWM生成隔离与驱动电路(原边逆变器控制电 路)。闭环控制及PWM生成隔离与驱动电路的四路隔离的输出分别连接逆变桥中四个功率 M0SFET管的栅极和源极。输出高隔离电压变压器(Trl Trn)的二次侧接对应的副边二极 管整流桥的交流输入端子、各副边二极管整流桥的并联斩波稳压电路。斩波稳压电路中的 M0SFET管的栅极由副边电路中输出电压构成的闭环控制PWM生成隔离驱动电路控制。图中 Tr2-Trn的二次侧电路与Trl的完全一致。输出高隔离电压变压器(Trl Trn)为高频变 压器，为了提高隔离电压，原边和副边都可以采用高压电缆，为安装方便，原边匝数应该尽 可能小，甚至可以为1，即单匝。斩波稳压电路由电感L3、M0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压隔离多输出ＩＧＣＴ驱动电源，包括工频输入二极管整流桥、滤波电容（Ｃ１）、逆变桥、隔直电容（Ｃ６）、附加电感（Ｌ１）、互感器（ＣＴ）、若干输出高隔离电压变压器（Ｔｒ１～Ｔｒｎ）、若干副边二极管整流桥、若干斩波稳压电路、若干闭环控制ＰＷＭ生成隔离驱动电路、互感器输出端二极管整流桥、滤波器ＬＣ、闭环控制ＰＷＭ生成隔离与驱动电路；其特征是：工频输入二极管整流桥输出端接滤波电容（Ｃ１）；逆变桥直流侧的正极接工频输入二极管整流桥直流侧的正极，逆变桥直流侧的负极接工频输入二极管整流桥直流侧的负极；各输出高隔离电压变压器（Ｔｒ１～Ｔｒｎ）和互感器（ＣＴ）的原边串联连接后，再与隔直电容（Ｃ６）、附加电感（Ｌ１）串联，接在逆变桥的交流输出端；互感器（ＣＴ）的输出接互感器输出端二极管整流桥的交流输入端，互感器输出端二极管整流桥的直流输出接滤波器（ＬＣ），滤波器（ＬＣ）输出经分压电阻（Ｒ１、Ｒ２）分压后，送由闭环控制ＰＷＭ生成隔离与驱动电路；闭环控制ＰＷＭ生成隔离与驱动电路的四路隔离的输出分别连接逆变桥中四个功率ＭＯＳＦＥＴ管的栅极和源极；输出高隔离电压变压器（Ｔｒ１～Ｔｒｎ）的二次侧接对应的副边二极管整流桥的交流输入端子、各副边二极管整流桥的并联斩波稳压电路；斩波稳压电路中的ＭＯＳＦＥＴ管的栅极由闭环控制ＰＷＭ生成隔离驱动电路控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳莉，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]