CN107196514B - 一种功率单元的电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率单元的电源系统，应用于功率单元级联组成的高压变频器中，其中，每个功率单元连接有一电源系统，电源系统包括：单相变压单元，单相变压单元的输入端并联至功率单元的进线端；整流电路单元，用以将单相变压单元输出的交流电转化为第一直流电压并输出；隔离转换器，用以将输入的第一直流电压转为N路第二直流电压以及一路第三直流电压，并输出；单元控制器电源转化单元，将第三直流电压转化为适配功率单元中的单元控制器的工作电压；N个驱动电源转换单元，每个驱动电源转换单元用以将对应的第二直流电压转化为适配功率单元中的驱动单元的工作电压。该电源系统不仅结构简单，且不受功率单元出现故障的障影响。

Description

一种功率单元的电源系统
技术领域
本发明涉及高压变频器技术领域，尤其涉及一种功率单元的电源系统。
背景技术
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，而功率单元是构成高压变频器主回路的主要部分，现有的由功率单元级联技术形成的高压变频器，有着谐波小、功率单元可互换、可批量生产吧、维护方便等突出的有点，因而得到广泛的应用，级联形成的高压变频中的每个功率单元都是相等的，因此其电源系统也是相同的；
对于功率单元，其电源系统尤为总要，由于功率单元强弱电相结合的自身特点，电源系统设计比较复杂，既要考虑电源的取电问题，又要考虑功率开关器件的驱动电源、单元控制器供电电源的隔离问题。
现在国内主流变频器多采用单元旁路方案，此时还要考虑单元旁路驱动电源的设计，另有采用从直流母线取电的方式实现的。
其中通过功率单元的直流母线供电的方式存在以下问题：当功率单元发生严重故障，例如IGBT爆管时，此时单元进线熔丝一般会熔断，直流母线丧失给电源系统供电的能力，电源系统处于瘫痪状态。而采用单元旁路供电方式，其驱动电源还需要采用其他方式实现，其设计复杂，导致硬件成本上升。
发明内容
针对现有技术中功率单元中的电源系统存在的上述问题，现提供一种旨在结构简单不受功率单元故障影响，可稳定对功率单元中的单元控制器以及驱动单元供电的电源系统。
具体技术方案如下：
一种功率单元的电源系统，应用于功率单元级联组成的高压变频器中，其特征在于，每个所述功率单元连接有一电源系统，所述电源系统包括：
单相变压单元，所述单相变压单元的输入端并联至所述功率单元的进线端；
整流电路单元，与所述单相变压装置连接，用以将所述单相变压单元输出的交流电转化为第一直流电压并输出；
隔离转换器，与所述整流电路连接，用以将输入的所述第一直流电压转为N路第二直流电压以及一路第三直流电压，并将N路所述第二直流电压以及一路所述第三直流电压输出；
单元控制器电源转化单元，与所述隔离转换器连接，用以将输入的所述第三直流电压转化为适配所述功率单元中的单元控制器的工作电压；
N个驱动电源转换单元，分别与所述隔离转换器连接，N个所述驱动电源转换单元与N路所述第二直流电压一一对应，每个所述驱动电源转换单元用以将对应的所述第二直流电压转化为适配所述功率单元中的驱动单元的工作电压。
优选的，所述单相变压单元为隔离变压器，所述进线端为三相输入，所述隔离变压器包括：
第一绕组，所述第一绕组的输入端连接所述进线端中的任意一相，所述第一绕组的输出端与所述整流电路电源的输入端连接。
优选的，所述隔离变压器还包括：
与所述第一绕组隔离的第二绕组，所述第二绕组的输入端连接所述进线端中剩余两相中的任意一相，所述第一绕组的输出端连接一旁路驱动单元。
优选的，还包括一电解电容，所述电解电容并联于所述整流电路单元的输出端，用以对所述整流电路单元输出的所述第一直流电压进行滤波处理并将经过滤波处理后的所述第一直流电压输出至所述隔离转换器。
优选的，所述隔离转换器为隔离型DC-DC转换器。
优选的，所述隔离转换器包括一开关变压器，所述开关变压器用以将输入的所述第一直流电压转为N路第二直流电压以及一路第三直流电压。
优选的，所述N为8或者所述N为4。
优选的，所述驱动单元为为IGBT驱动单元。
还包括一种功率单元，应用于高压变频器中，其中，包括上述的电源系统。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：该电源系统不仅结构简单，且不受功率单元出现故障的障影响，可稳定的对功率单元中的单元控制器以及多个驱动单元提供工作电压。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明一种功率单元的电源系统实施例的结构示意图。
附图标记：
1、功率单元；2、单相变压单元；3、整流电路单元；4、隔离转换器；5、驱动电源转换单元；6、单元控制器电源转化单元；7、旁路驱动单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的技术方案中包括一种功率单元的电源系统。
如图1所示，一种功率单元的电源系统的实施例，应用于功率单元级联组成的高压变频器中，其中，每个功率单元1连接有一电源系统，电源系统包括：
单相变压单元2，单相变压单元2的输入端并联至功率单元1的进线端；
整流电路单元3，与单相变压装置连接，用以将单相变压单元2输出的交流电转化为第一直流电压并输出；
隔离转换器4，与整流电路连接，用以将输入的第一直流电压转为N路第二直流电压以及一路第三直流电压，并将N路第二直流电压以及一路第三直流电压输出；
单元控制器电源转化单元6，与隔离转换器4连接，用以将输入的第三直流电压转化为适配功率单元1中的单元控制器的工作电压；
N个驱动电源转换单元5，分别与隔离转换器4连接，N个驱动电源转换单元5与N路第二直流电压一一对应，每个驱动电源转换单元5用以将对应的第二直流电压转化为适配功率单元1中的驱动单元的工作电压。
针对现有技术中单元控制器以及驱动单元采用从功率单元1的直流母线取电的方式，在功率单元1出现故障如进线熔丝熔断，此时直流母线则无法为功率单元1中的单元控制器以及相关的驱动单元进行供电的问题；
以及通过采用单元旁路方案，需要考虑单元旁路驱动电源的设计，其驱动电源还需要采用其他方式实现，电路不仅设计复杂还导致硬件成本上升。
本发明中则通过单相变压单元2与功率单元1的三相进线端中的两相连接，通过整流电路单元3将输入的交流电转换为第一直流电压电输出至隔离转换器4，通过隔离转换器4降输入的第一直流电压转化为N路第二直流电压以及一路第三直流电压；
隔离转换器4将N路第二直流电压输出至对应的输出N个驱动电源转换单元，每个驱动转换单元将第二直流电压转化为适配驱动单元的工作单元；
隔离转换器4将一路第三直流电压输出至单元控制转换单元，单元控制转换单元用以将第三直流电压转化为适配单元控制器的工作电压。
在一种较优的实施方式中，单相变压单元2为隔离变压器，进线端为三相输入，隔离变压器包括：
第一绕组，第一绕组的输入端连接进线端中的任意一相，第一绕组的输出端与整流电路电源的输入端连接。
在一种较优的实施方式中，隔离变压器还包括：
与第一绕组隔离的第二绕组，第二绕组的输入端连接进线端中剩余两相中的任意一相，第一绕组的输出端连接一旁路驱动单元7。
上述技术方案中，单相变压单元2从功率单元1的三相进线端接入两相，单相变压单元2的第一绕组连接整流电路，第二绕组连接旁路驱动单元7，其中第二绕组输出的电压供旁路驱动单元7的工作电压。
在一种较优的实施方式中，还包括一电解电容(未于图中示出)，电解电容并联于整流电路单元3的输出端，用以对整流电路单元3输出的第一直流电压进行滤波处理并将经过滤波处理后的第一直流电压输出至隔离转换器4。
上述技术方案中，电解电容并联于整流电路单元3的输出端，用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出。
在一种较优的方式中，隔离转换器4为隔离型DC-DC转换器。
优选的，隔离转换器4包括一开关变压器(未于图中示出)，开关变压器用以将输入的第一直流电压转为N路第二直流电压以及一路第三直流电压。
在一种较优的实施方式中，上述的N可为8或者N为4。
在一种较优的实施方式中，驱动单元为为IGBT驱动单元。
上述技术方案中，驱动单元可为IGBT驱动单元，N路第二直流电压其中的N可根据设置的驱动单元的个数进行设置，在功率单元1中IGBT驱动单元优选为4个或者8个，因此对应的N可选择4或者8。
本发明的技术方案中还包括一种功率单元。
一种功率单元的实施例，应用于高压变频器中，其中，包括上述的电源系统。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种功率单元的电源系统，应用于功率单元级联组成的高压变频器中，其特征在于，每个所述功率单元连接有一电源系统，所述电源系统包括：
单相变压单元，所述单相变压单元的输入端并联至所述功率单元的进线端；
整流电路单元，与所述单相变压装置连接，用以将所述单相变压单元输出的交流电转化为第一直流电压并输出；
开关变压器，与所述整流电路连接，用以将输入的所述第一直流电压转为N路第二直流电压以及一路第三直流电压，并将N路所述第二直流电压以及一路所述第三直流电压输出；
单元控制器电源转化单元，与所述开关变压器连接，用以将输入的所述第三直流电压转化为适配所述功率单元中的单元控制器的工作电压；
N个驱动电源转换单元，分别与所述开关变压器连接，N个所述驱动电源转换单元与N路所述第二直流电压一一对应，每个所述驱动电源转换单元用以将对应的所述第二直流电压转化为适配所述功率单元中的驱动单元的工作电压。
2.根据权利要求1中的所述电源系统，其特征在于，所述单相变压单元为隔离变压器，所述进线端为三相输入，所述隔离变压器包括：
第一绕组，所述第一绕组的输入端连接所述进线端中的任意一相，所述第一绕组的输出端与所述整流电路电源的输入端连接。
3.根据权利要求2中的所述电源系统，其特征在于，所述隔离变压器还包括：
与所述第一绕组隔离的第二绕组，所述第二绕组的输入端连接所述进线端中剩余两相中的任意一相，所述第一绕组的输出端连接一旁路驱动单元。
4.根据权利要求1中的所述电源系统，其特征在于，还包括一电解电容，所述电解电容并联于所述整流电路单元的输出端，用以对所述整流电路单元输出的所述第一直流电压进行滤波处理并将经过滤波处理后的所述第一直流电压输出至所述开关变压器。
5.根据权利要求4中的所述电源系统，其特征在于，还包括一DC-DC变换器，所述DC-DC变换器连接于所述整流电路以及所述开关变压器之间。
6.根据权利要求1中的所述电源系统，其特征在于，所述N为8或者所述N为4。
7.根据权利要求1中的所述电源系统，其特征在于，所述驱动单元为IGBT驱动单元。
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