多路输出高压隔离驱动电路及其在短路限流器中的应用课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,多路输出高压隔离驱动电路及其在短路限流器中的应用,浙江大学,电力电子国家专业实验室,金高先，吕征宇,摘 要,本文给出了一种新颖的多路输出高压隔离驱动电路，它利用分布式电流源供电方式，解决了多路输出以及高压隔离的困难，减少了变压器绕组匝数，提高了能量传输效率。驱动电路输出波形的上升沿大约为1,us，,保证了晶闸管的快速导通，强触发宽度为100,us，,保证触发的可靠性。,1,引言,目前，在电力电子装置中，在需要隔离电源的地方，均设置独立的包括原、副边电路的整套工作电源，电路复杂，效率低，体积大，成本高，可靠性低；有些电力电子装置使用带有电压泵的专用单电源驱动电路，可以省掉复杂的多路隔离辅助电源，但由于这种专用电路的局限性，不能适用于高电压、大功率和其它有特殊需要的场合。本文给出的用于电力电子装置的多路输出高压隔离驱动电路，采用了高频电流源供电方式，使用一套主电路产生多组彼此隔离的副边电压，和其他形式的电源相比，在输出功率和输出路数相等的情况下，具有体积小、重量轻、效率高、可靠性高等显著优点。而且由于采用具有独立磁路的副边绕组的变压器，副边绕组个数也就是输出隔离电源的路数的增减非常方便，特别是当输出隔离电源的路数较多时，该电源的优势就更为明显。,文献,2,提出的三相桥式固态短路故障限流器，适用于电压等级较高的电网,电路如,图,1,所示，为了增加耐压等级，电路中各晶闸管均采用多个串联的形式，增加了隔离输出路数，本文将隔离电源应用于该限流器中，实验结果验证了电路工作的可靠性。,2,系统结构,多路输出隔离电源驱动电路如,图,2,所示，它利用一组公用的交流母线，在主电路需要辅助电源的地方进行高频变压器隔离变换并经整流、滤波、稳压后变成所需要的直流电压。分布式供电方法解决了多路隔离输出的困难，并且在实际电路中它与供电对象之间可以靠得很近，减小了被干扰的机会。隔离变压器的绝缘电压也可以做得比较高，原副边的分布电容比较小。,3,工作原理,驱动电路的结构框图如,图,3,所示。虚线框,1,内为整流及线性稳压电路，虚线框,2,内为具有强触发的触发电路。,3.1,高频变压器等效电路,高频变压器等效电路如,图,4,所示，,图,5,为其工作波形。其中 为变压器原边激磁电感，变压器变比为,1,：,N,，,为高频方波电流源，为变压器输出电压，为变压器输出电流。由于变压器原边绕组只有一匝，所以有：,阶段，为高电平，线性上升，其增量为：,阶段，为高电平，线性下降，其增量为：,输出电流为：,3.2,线性稳压及过流保护电路,由于供电电源是电流源信号，稳压电路采用了并联型线性稳压方式，电路如,图,6,所示。,R1,起限流作用，,R2,、,R3,、,R4,和,Z1,组成稳压电路，,Z1,采用,TL431,精密稳压管，,R5,、,Q1,和,M1,组成过流保护电路，当输入电流过大时，,Q1,导通，,M1,栅极为高电平而导通，从而限制了流过,Z1,的电流，保护了后级电路。,3.3,强触发电路,输入下降沿到来时，由于电容两端电压不能突变，,2,点变为低电平，输出强触发脉冲，下降沿结束后，电容开始充电，,2,点电位上升，当 时，强触发结束。强触发电路如,图,7,所示，强触发宽度 计算公式如下：,式中：电容开始充电时1点电压,比较器翻转时,1,点临界电压,4,实验结果,4.1电流波形,三相桥式固态短路故障限流器如,图,1,所示，隔离电源的参数如下：高频变压器工作频率为,100,kHz,，,原边,1,匝，副边两路输出，分别为,3,匝和,1,匝。主路输出经过整流、滤波、稳压后变成所需要的直流电压。辅助输出整流、滤波后变为负电平，为晶闸管的关断提供反向电流，加速关断过程。,图,8,为输入方波电流源波形。,图,9,为副边电流波形。,4.2非晶与铁氧体铁芯变压器的比较,非晶铁心的晶态结构决定了其具有很小的磁滞损耗，但由于非晶铁心,具有很低的电阻率，在开关频率较高的情况下，（如限流器工作频率100,kHz）,涡流损耗很大,使得总损耗较铁氧体的高。如,表,1,所示，由表,1还,可看出，虽然变压器绕组匝数很少，但由于采用了高频电流源供电方式，铁芯仍然具有良好的能量传递特性，漏电流较小。,4.3 强触发脉冲,图,10,、,图,11,分别为驱动电路输出,Vo,及其上升沿展开的实验波形，波形上升沿大约为,1,us,，,保证了晶闸管的快速导通，强触发宽度为,100,us,，,保证触发的可靠性。在光纤信号结束时，输出大约,0.8,V,，,为器件的关断提供反向电流，加速关断过程，保证了关断的可靠性。,5,结论,本文介绍的多路输出隔离驱动电路，采用分布式电流源供电方式，该方法解决了多路输出以及高压隔离的困难，在实际电路中它与供电对象之间可以靠得很近，减小了被干扰的机会，减少了变压器绕组匝数，能量传递效率较高。驱动电路输出是具有强触发的触发信号，具有很陡峭的上升沿，保证器件的可靠导通。该驱动电路还适用于高压直流输电系统、各种电机调速系统和伺服系统、半导体中频电源系统等其它电力电子装置，具有广阔的应用前景。,谢谢！,图1,三相,桥式固态短路故障限流器主电路拓扑,图2 驱动电路供电方式,图3 方框图,1：,N,图4 变压器等效电路,T,t,t,t,t,图5 工作波形,图6 线性稳压及过流保护电路,图7 强触发电路,图8 方波电流源波形,图9 变压器副边输出电流波形,图10 驱动信号输出,Vo,图11 上升沿展开波形,铁心类型,铁氧体,9,2.1,2.35,0.65,0.11,87.7,铁基非晶,65,0.29,2.35,0.61,0.12,83,表1,