CN104092383A

CN104092383A - 一种高压输入辅助电源电路及其工作方法

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Publication number: CN104092383A
Application number: CN201410307137.1A
Authority: CN
Inventors: 吕怀明
Original assignee: SHANGHAI HAIDE CONTROL SYSTEM CO Ltd; Zhejiang Haide New Energy Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI HAIDE CONTROL SYSTEM CO Ltd; Zhejiang Haide New Energy Co Ltd
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2014-10-08

Abstract

一种高压输入辅助电源电路及其工作方法，开关管组合电路分别与直流输入电路、反激变压器、控制电路、供电电路、检测电路相连接；所述开关管组合电路包括MOS管Q1和Q2，TVS管Z1，二极管D1和D2，限流电阻R1；MOS管Q1的栅极与PWM控制电路连接，源极与电流检测电阻R2的一端连接，漏极与MOS管Q2的源极连接；MOS管Q2的漏极与反激变压器T1的一端连接，栅极与驱动电阻R1和箝位二极管D1的正极相连接；TVS管Z1的正极与MOS管Q1的源极连接，负极与MOS管Q1的栅极连接；箝位二极管D1的负极与直流输入电容的一端连接；二极管D1的正极与供电电路连接，负极与驱动电阻R1连接；开关管组合电路采用MOS管Q1和Q2串联连接的方式，降低了MOS管的关断电压应力，适合于高输入电压的辅助电源；TVS管Z1与驱动电路和箝位电路的相连接，简化MOS管Q2驱动电路，降低成本。

Description

一种高压输入辅助电源电路及其工作方法

技术领域

本发明专利涉及一种直流侧高压输入辅助电源，其应用于风电变流器和光伏逆变器领域。

背景技术

风电变流器和光伏逆变器需要满足电网低电压穿越技术要求，即在电网电压跌落时要不间断运行，因此需要逆变器必须具备不间断的供电电源系统，目前常用的方案是采用UPS，但是由于UPS电池寿命短、工作温度范围窄（0~40度），使得逆变器供电系统可靠性降低，因此需要采用一种从逆变器直流侧取电的辅助电源。

逆变器辅助电源一般是多路输出，因此通常采用反激式辅助电源，有以下两种方式：

如图2所示，单端反激变换拓扑结构简单、成本低廉，但是主MOS管（Q1）需要承受直流母线电压（Vin）和副边感应电压（即：n*(Vo+Vf)），还有变压器漏感尖峰电压，对于风电变流器（直流侧母线电压额定1100V），则NMOS管需要选择1700V以上，可购买的器件较少且成本较高，不满足要求。

如图3所示，双管反激变换拓扑采用MOS管（Q1和Q2）串联到变压器两端，并通过箝位二极管D1和D2对变压器进行箝位，降低了MOS管电压应力（约大于直流母线电压Vin），对于风电变流器（直流侧母线电压额定1100V），则MOS管需要选择1500V以上，相对成本较低，但是双管反激变换拓扑通常需要一个隔离驱动变压器，增加了物料成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术不满足高电压输出和低成本的要求，提供一种开关管组合电路，既能满足高输入电压的要求，又能实现低成本。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高压输入辅助电源电路，所述的高压输入辅助电路包括开关管组合电路、控制电路、反激变压器、吸收电路、直流输入电路、供电电路、电流检测电路、至少一个副边电路，所述开关管组合电路分别与直流输入电路、反激变压器、控制电路、供电电路、检测电路相连接；所述开关管组合电路包括MOS管Q1和Q2，TVS管Z1，第一二极管D1第二二极管和D2，限流电阻R1； MOS管Q1的栅极与PWM控制电路连接，MOS管Q1的源极与电流检测电阻R2的一端连接， MOS管Q1的漏极与MOS管Q2的源极连接， MOS管Q2的漏极与反激变压器T1的一端连接，MOS管Q2栅极分别与驱动电阻R1和第一二极管D1的正极相连接；TVS管Z1的正极与MOS管Q1的源极连接，TVS管Z1的负极与MOS管Q1的栅极连接；第一二极管D1的负极与直流输入电容C1的一端连接；第一二极管D1的正极与供电电路Vcc连接，负极与驱动电阻R1连接；所述开关管组合电路的作用是MOS管串联连接，提高电压输入范围。

所述直流输入电路的C1连接至变流器直流母线侧，一端与变压器一端、吸收电路和组合电路相连接，另一端连接至公共GND，所述直流输入电路的C1作用是储能和滤波。

所述吸收电路包括第三二极管D3、吸收电容C3、放电电阻R3，其两端连接至变压器两端，所述吸收电路降低开关管电压应力；所述反激变压器包括至少一个以上副边绕组，其中一绕组为原边控制电路供电，电源启动R11对供电电容C2充电。

所述副边电路包括整流二极管D4、滤波电容C4和负载电阻R4。

一种高压输入辅助电源电路工作方法，所述的工作方法包括开通与关断二种方式，

开通过程：PWM控制电路发驱动信号开通MOS管Q1，Q1漏源极电压Vds1下降，当Vds1电压小于驱动器供电电压，即：Vcc-Vd1时，驱动电流通过R1开通MOS管Q2，电流流过MOS管Q1和Q2；

关断过程：PWM控制电路发驱动信号关断MOS管Q1，Q1漏源极电压Vds1上升，当Vds1电压大于驱动器供电电压，即：Vcc-Vd1时，MOS管Q2关断，Vds1电压继续上升，则第二二极管D2反向关断，当Vds1大于直流侧电压Vin时，则第一二极管D1导通，Vds1被箝位至Vin，由于变压器去磁作用，Q2漏源极电压Vds2上升，承受副边感应电压，即：n*(Vo+Vf)和变压器漏感尖峰电压，关断过程MOS管Q1承受直流侧电压Vin，MOS管Q1承受副边感应电压，即：n*(Vo+Vf)和变压器漏感尖峰电压。

附图说明

图1是本发明高压输入辅助电源的电路拓扑；

图2是现有技术中单端反激变换拓扑；

图3是现有技术中双管反激变换拓扑；

图4是本发明高压输入辅助电源的一种实施例。

具体实施方式

如图1所示，本发明专利涉及一种从逆变器直流侧取电的辅助电源电路，所述电路包括开关管组合电路、控制电路、反激变压器、吸收电路、直流输入电路、供电电路、电流检测电路、至少一个副边电路（包括供电绕组），所述开关管组合电路分别与直流输入电路、反激变压器、控制电路、供电电路、检测电路相连接。

所述开关管组合电路包括MOS管Q1和Q2，TVS管Z1，二极管D1和D2，限流电阻R1；所述MOS管Q1的栅极与PWM控制电路连接，源极与电流检测电阻R2的一端连接，漏极与MOS管Q2的源极连接；所述MOS管Q2的漏极与反激变压器T1的一端连接，栅极与驱动电阻R1和箝位二极管D1的正极相连接；所述TVS管Z1的正极与NMOS管Q1的源极连接，负极与MOS管Q1的栅极连接；所述箝位二极管D1的负极与直流输入电容C1的一端连接；所述二极管D1的正极与供电电路Vcc连接，负极与驱动电阻R1连接。

所述开关管组合电路采用MOS管Q1和Q2串联连接的方式，降低了MOS管的关断电压应力，适合于高输入电压的辅助电源；TVS管Z1与驱动电路（R1和D1）和箝位电路D1的相连接，简化了MOS管Q2驱动电路，降低了成本。

图4是本发明的实施例，如图所示，一种从逆变器直流侧取电的辅助电源电路，所述的高压输入辅助电路包括开关管组合电路、控制电路、反激变压器、吸收电路、直流输入电路、供电电路、电流检测电路、至少一个副边电路，所述开关管组合电路分别与直流输入电路、反激变压器、控制电路、供电电路、检测电路相连接。

所述开关管组合电路包括MOS管Q1和Q2，TVS管Z1，第一二极管D1第二二极管和D2，限流电阻R1； MOS管Q1的栅极与PWM控制电路连接，MOS管Q1的源极与电流检测电阻R2的一端连接， MOS管Q1的漏极与MOS管Q2的源极连接， MOS管Q2的漏极与反激变压器T1的一端连接，MOS管Q2栅极分别与驱动电阻R1和第一二极管D1的正极相连接；TVS管Z1的正极与MOS管Q1的源极连接，TVS管Z1的负极与MOS管Q1的栅极连接；第一二极管D1的负极与直流输入电容C1的一端连接；第一二极管D1的正极与供电电路Vcc连接，负极与驱动电阻R1连接；所述开关管组合电路的作用是MOS管串联连接，提高电压输入范围。

所述副边电路包括整流二极管D4、滤波电容C4和负载电阻R4。

所述控制电路包括原边PWM控制芯片、震荡电路、反馈光耦U2以及反馈网络，所述的型号为UCC184*系列，所述的震荡电路是由电阻R10和电容C6组成，所述的反馈网络是由TL431、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C5构成。

关断过程：PWM控制电路发驱动信号关断MOS管Q1，Q1漏源极电压Vds1上升，当Vds1电压大于驱动器供电电压，即：Vcc-Vd1时，MOS管Q2关断，Vds1电压继续上升，则第二二极管D2反向关断，当Vds1大于直流侧电压Vin时，则第一二极管D1导通，Vds1被箝位至Vin，由于变压器去磁作用，Q2漏源极电压Vds2上升，承受副边感应电压，即：n*(Vo+Vf)和变压器漏感尖峰电压。因此，关断过程MOS管Q1承受直流侧电压Vin，MOS管Q1承受副边感应电压，即：n*(Vo+Vf)和变压器漏感尖峰电压。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种高压输入辅助电源电路，其特征在于：所述的高压输入辅助电路包括开关管组合电路、控制电路、反激变压器、吸收电路、直流输入电路、供电电路、电流检测电路、至少一个副边电路，所述开关管组合电路分别与直流输入电路、反激变压器、控制电路、供电电路、检测电路相连接；所述开关管组合电路包括MOS管Q1和Q2，TVS管Z1，第一二极管D1第二二极管和D2，限流电阻R1； MOS管Q1的栅极与PWM控制电路连接，MOS管Q1的源极与电流检测电阻R2的一端连接， MOS管Q1的漏极与MOS管Q2的源极连接， MOS管Q2的漏极与反激变压器T1的一端连接，MOS管Q2栅极分别与驱动电阻R1和第一二极管D1的正极相连接；TVS管Z1的正极与MOS管Q1的源极连接，TVS管Z1的负极与MOS管Q1的栅极连接；第一二极管D1的负极与直流输入电容C1的一端连接；第一二极管D1的正极与供电电路Vcc连接，负极与驱动电阻R1连接；所述开关管组合电路的作用是MOS管串联连接，提高电压输入范围。

2.根据权利要求1所述的一种高压输入辅助电源电路，其特征在于：所述直流输入电路的C1连接至变流器直流母线侧，一端与变压器一端、吸收电路和组合电路相连接，另一端连接至公共GND，所述直流输入电路的C1作用是储能和滤波。

3.根据权利要求2所述的一种高压输入辅助电源电路，其特征在于：所述吸收电路包括第三二极管D3、吸收电容C3、放电电阻R3，其两端连接至变压器两端，所述吸收电路降低开关管电压应力；所述反激变压器包括至少一个以上副边绕组，其中一绕组为原边控制电路供电，电源启动R11对供电电容C2充电。

4.根据权利要求3所述的一种高压输入辅助电源电路，其特征在于：所述副边电路包括整流二极管D4、滤波电容C4和负载电阻R4。

5.一种高压输入辅助电源电路工作方法，其特征在于：所述的工作方法包括开通与关断二种方式，开通过程：PWM控制电路发驱动信号开通MOS管Q1，Q1漏源极电压Vds1下降，当Vds1电压小于驱动器供电电压，即：Vcc-Vd1时，驱动电流通过R1开通MOS管Q2，电流流过MOS管Q1和Q2；关断过程：PWM控制电路发驱动信号关断MOS管Q1，Q1漏源极电压Vds1上升，当Vds1电压大于驱动器供电电压，即：Vcc-Vd1时，MOS管Q2关断，Vds1电压继续上升，则第二二极管D2反向关断，当Vds1大于直流侧电压Vin时，则第一二极管D1导通，Vds1被箝位至Vin，由于变压器去磁作用，Q2漏源极电压Vds2上升，承受副边感应电压，即：n*(Vo+Vf)和变压器漏感尖峰电压；关断过程MOS管Q1承受直流侧电压Vin，MOS管Q1承受副边感应电压，即：n*(Vo+Vf)和变压器漏感尖峰电压。