CN101478301A - 一种高电位取能装置 - Google Patents
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Abstract
本申请介绍的高电位取能装置包括高电位电压取能电路、电流互感器CT取能电路和能量管理系统，该装置可以充分满足门极驱动板的工作能量要求，在初始状态下亦可取得到能量，并且与门极驱动单元处于同于电位，不需要增加额外的绝缘设备，电路结构简单，便于与门极驱动电路板集成。
Description
技术领域
本发明属于电力电子领域，涉及一种高电位取能装置，更具体涉及一种适用于全控型开关器件串联阀中门极驱动板的高电位取能装置。
背景技术
在现有的高压大功率电力电子应用领域中，针对不同开关器件串联阀驱动板的供能方式主要有低压送能和高压取能两类。
对于低压送能中应用最广的是通过高频脉冲变压器把地电位的能量送到位于高压侧的驱动板上的电磁送能方式。这种方式需要高可靠的电压隔离措施，因此设备的体积和造价都很大，一般用于电压相对较低场合。
对于高压取能中常见的有利用特制的电流互感器(CT)在从线路上感应电压，通过处理后提供给驱动板，其特点是在开关器件开通时线路中有电流流过时才能取得能量。这种方式常应用于晶闸管为开关器件的串联阀，因为晶闸管是半控器件不需要关断能量要求。而对于开通和关断都需要能量的全控型开关器件，这种方式很难满足驱动板的能量要求。
高压取能中另外一种常见形式是通过开关器件并联的阻容元件结合一定的取能单元电路为驱动供能。这种取能装置是利用在开关器件两端电压出现上升沿时向取能电容充电，直至充电满足要求为止。它主要应用于晶闸管为开关器件的串联阀。而对于高频的开关器件关断过程比较短，如果采用这种取能方式需要几个周期才能取到要求的能量。
而对于高频全控开关器件串联阀驱动板的供能电路，目前还没有安全稳定的驱动单元供能技术专利。
发明内容
为克服现有技术中的上述缺陷，本发明的发明目的在于研发一种可以充分满足门极驱动板的工作能量要求，在初始状态下亦可取得到能量，并且与门极驱动单元处于同于电位，不需要增加额外的绝缘设备，电路结构简单，便于与门极驱动电路板集成的高电位取能装置。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种高电位取能装置，包括高电位电压取能电路、电流互感器CT取能电路和能量管理系统，其特征在于所述高电位电压取能电路在开关器件承受电压时能够取得能量，包括连接于开关器件串联阀中每只开关器件的阻容吸收电路的电容(C1)两端为门极驱动板GDU提供工作电压；所述电流互感器CT取能电路包括取能电流传感器和另一取能电路，其在开关器件接通，线路中有电流流过时，通过取能电流传感器感应电压，经过另一取能电路转换成驱动板需要的电压；所述能量管理系统以上述高电位电压取能电路和另一取能电路的工作状态，按驱动脉冲状况以及实际中的电压和/或电流状态进行管理分配，并对获得的能量进行进一步的处理。
所述能量管理系统包括控制单元、能量配置单元和电源转换电路组成，所述控制单元根据驱动板给出的开关器件的驱动脉冲规律和开关器件上的电压和/或电流情况，以及驱动板上能量要求的变化情况来综合得到此时应采取的取能方式的控制信号，所述控制信号包括高电位电压取能选择和电流互感器CT取能选择；所述能量配置单元结合所述控制信号选择取能方式，并将取得的能量送给电源转换电路；所述电源转换电路将取得的能量转换成驱动板要求的电压。
所述高电位电压取能电路包括动态分压电路、稳压电路和电源转换电路。
本发明的有益效果在于：
1.本申请介绍的高电位取能装置可靠性高；
2.本申请介绍的高电位取能装置在电路有输入电压，即可取得能量，并且考虑初始状态的能量供给问题；
3.本申请介绍的高电位取能装置不存在电压绝缘问题，因此体积小，便于集成；
4.本申请介绍的高电位取能装置可以作为各种半导体开关器件的串联阀的门极驱动的供能方式，适用范围广。
附图说明
图1是高电位取能装置在IGBT阀中的连接示意图；
图2是依据本发明的高电位取能装置内部电路结构示意图；
图3是依据本发明的高电位取能装置的开关器件驱动脉冲示意图；
图4是依据本发明的高电位取能装置的结构示意图；
图5是依据本发明的高电位取能装置的能量管理系统的结构示意图。
具体实施方式
如附图1所示的现有技术的高频全控型开关器件串联阀的驱动板对供能装置的要求较高，需要其能保证安全稳定的能量供给。
如附图2所示，给出一种高电位电压取能电路，其附着连接于开关器件串联阀中每只开关器件的阻容吸收电路(电阻R、二极管D和电容C1)的电容(C1)两端为门极驱动板(GDU)提供工作电压。由于取能电路与吸收电容和驱动电路同时连接在IGBT的发射极(e)，因此不需要考虑电压绝缘问题。而由于高频全控型开关器件关断过程短，因此这种取能电路在设计中加入了电阻分压电路，使得取能电路只要在开关器件承受的电压时即可取得能量，避免了取能电路的取能不足问题。
高电位电压取能电路由三部分电路组成：动态分压电路(N1)、稳压电路(N2)和电源转换电路(N3)。
动态分压电路(N1)在绝缘栅双极型功率管IGBT处于关断状态，并且承受一定电压时，通过电路设计取得初步设定的电压。动态分压电路需要根据IGBT关断时承受的电压和门极驱动板能量需求等变化较大时，动态调整电路结构，保持取能电压稳定，并且实现电路低功耗。
稳压电路(N2)将动态分压电路取得的电压稳定在设定值，当上述情况变化较小时起到稳定电压的作用，并且电路设计阻止能量向高电位取能电路入端流动。
电源转换电路(N3)将电压转换到门极驱动板上电路需要的各种电压等级，并维持电压稳定。
对于高频开关器件串联阀往往应用在高开关频率场合，而开关器件的开通、关断时间也不固定。如图3所示是一种开关器件的驱动脉冲信号，在某些时候的开关器件的关断时间较短，或者开通时间较短。这可能造成上述的取能装置不能得到稳定的能量输出。
为了能够使得驱动板能在任何时刻都能获得持续稳定的能量供给，在高电位取能装置中增加了电流互感器(CT)取能电路和一个能量管理系统构成了新的高电位取能装置，如图4所示。
这种新型高电位取能装置包括前述的高电位电压取能电路(取能电路1)、CT取能电路和一个能量管理系统。
高电位电压取能电路前以述及，主要是在开关器件承受电压时能够取得到能量。CT取能电路由一个取能电流传感器和取能电路2构成，主要是在开关器件开通时线路中有流过电流时通过取能电流传感器感应电压，经过取能电路2转换成驱动板需要的电压。因此在开关器件关断时间较长阶段，可以采用取能电路1获得满足的能量；当开关器件开通时间较长的阶段，可以采用取能电路2获得充足的能量。
上述两种电路相结合即可以在任何情况下为驱动板供给持续稳定能量。而能量管理系统就是为这两种取能电路工作状态按驱动脉冲状况以及实际中的电压/电流状态进行管理分配，并对获得的能量进行进一步处理。如图5所示的虚线框内即为能量管理系统结构图。能量管理系统由控制单元、能量配置单元和电源转换电路组成。控制单元根据驱动板给出的开关器件的驱动脉冲规律和开关器件上的电压、电流情况，以及驱动板上的能量要求变化情况来综合得到此时应采取的取能方式的信号。控制信号包括高电位电压取能选择和CT取能选择。能量配置单元中结合控制信号选择取能方式，并将取得能量送给电源转换电路。电源转换电路负责将能量转换成驱动板要求的电压。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (3)
1、一种高电位取能装置，包括高电位电压取能电路、电流互感器CT取能电路和能量管理系统，其特征在于所述高电位电压取能电路在开关器件承受电压时能够取得能量，包括连接于开关器件串联阀中每只开关器件的阻容吸收电路的电容(C1)两端为门极驱动板GDU提供工作电压；所述电流互感器CT取能电路包括取能电流传感器和另一取能电路，其在开关器件接通，线路中有电流流过时，通过取能电流传感器感应电压，经过另一取能电路转换成驱动板需要的电压；所述能量管理系统以上述高电位电压取能电路和另一取能电路的工作状态，按驱动脉冲状况以及实际中的电压和/或电流状态进行管理分配，并对获得的能量进行进一步的处理。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于能量管理系统包括控制单元、能量配置单元和电源转换电路组成，所述控制单元根据驱动板给出的开关器件的驱动脉冲规律和开关器件上的电压和/或电流情况，以及驱动板上能量要求的变化情况来综合得到此时应采取的取能方式的控制信号，所述控制信号包括高电位电压取能选择和电流互感器CT取能选择；所述能量配置单元结合所述控制信号选择取能方式，并将取得的能量送给电源转换电路；所述电源转换电路将取得的能量转换成驱动板要求的电压。
3、如权利要求1-2中任一所述的装置，其特征在于所述高电位电压取能电路包括动态分压电路、稳压电路和电源转换电路。
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