CN109407035A - 一种基于mosfet管的大电流发生系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统，包括电源模块、控制模块及功率放大器，其中电源模块包括第一路直流电源、第二路直流电源及第三路直流电源；功率放大器包括第一功率放大支路和第二功率放大支路；控制模块将控制信号分层传至功率放大器。本申请中的电源模块、功率放大器及控制模块采用分层设计结构，电源模块分为多条支路电源，降低了电源部分的重量，减小了大电流发生系统的体积和重量，使大电流发生系统易于移动；由控制模块发出叠加高次谐波或叠加直流分量的模拟信号，发送至功率放大器，功率放大器即可输出与模拟信号相同的电流波形，即输出高次谐波、叠加直流分量的大电流，进而增加大电流输出的精度。

Description

一种基于MOSFET管的大电流发生系统

技术领域

本申请涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种基于MOSFET管的大电流发生系统。

背景技术

随着特高压技术的日益成熟及其工程的不断投运，系统容量不断增大，电网在安全稳定运行方面所面临的挑战日益突出，其典型表现之一就是系统短路电流大和一次时间常数大。继电保护作为保证系统安全稳定运行的主要技术措施，其动能性能均受到为其提供系统电流信息的电流互感器的影响，尤其是电流互感器暂态特性的影响。如果电流互感器的暂态特性不好，则有可能造成继电保护的误动或拒动，威胁系统的安全稳定运行，因此对电流互感器开展暂态特性试验或检测具有重要的实践意义。

对电流互感器开展暂态特性试验必须有大电流发生设备，目前大电流的方法通常为大电流升流组合装置，升流组合装置包括升流器组、电容补偿系统、整流系统、电源控制系统及辅助设施。

然而，现有大电流发生器虽然能够实现上千安大电流的输出，但是受限于输出技术原理，不能实现精密直流大电流的特性要求，不能实现电流的动态控制而实现一二次系统的整体测试。同时，现有的大电流升流设备均配置在专用实验室内，其体积、重量、电力负荷容量决定其很难应用于变电站现场。

发明内容

本申请提供了一种大电流发生系统，以解决现有大电流发生器电流输出精度低且体积过大不适于室外变电站场所的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统，包括电源模块、控制模块及功率放大器，其中：

所述功率放大器包括第一功率放大支路和第二功率放大支路，所述第一功率放大支路和第二功率放大支路并联；

所述第一功率放大支路包括第一高速DA模块、第一功率放大器模块及第一高速电流传感器，其中所述第一高速DA模块、第一功率放大器模块及第一高速电流传感器依次串联连接；

所述第二功率放大支路包括第二高速DA模块、第二功率放大器模块及第二高速电流传感器，其中所述第二高速DA模块、第二功率放大器模块及第二高速电流传感器依次串联连接；

所述电源模块包括第一路直流电源、第二路直流电源及第三路直流电源，其中所述第一路直流电源与第二路直流电源为所述功率放大器提供电源，所述第三路直流电源为所述控制模块提供电源；

所述控制模块包括高性能控制IC，所述控制模块将控制信号分层传至所述功率放大器。

优选地，所述电源模块将380V交流电源转换为均为310V的所述第一路直流电源、第二路直流电源及第三路直流电源，其中：

所述第一路直流电源与所述第二路直流电源将310V的直流电源转换为供所述功率放大器模块使用的96V的直流电源；

所述第三路直流电源将310V的直流电源转换为供所述控制模块使用的12V的直流电源。

优选地，所述控制模块输出信号控制所述功率放大器输出电流的幅值、相位和频率，其中所述信号包括电流数据信号和控制信号信息。

优选地，所述电源模块通过电缆与所述功率放大器连接；所述控制模块通过光纤与所述功率放大器连接。

优选地，所述率放大器为基于MOSFET的开关型放大器，功率放大器包括MOSFET开关管。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统，包括电源模块、控制模块及功率放大器，其中电源模块包括第一路直流电源、第二路直流电源及第三路直流电源，其中第一路直流电源与第二路直流电源为功率放大器提供电源，第三路直流电源为所述控制模块提供电源；功率放大器包括第一功率放大支路和第二功率放大支路，第一功率放大支路和第二功率放大支路并联；所述控制模块包括高性能控制IC，所述控制模块将控制信号分层传至所述功率放大器。本申请中的电源模块、功率放大器及控制模块采用分层设计结构，具体地，本申请中电源模块分为多条支路为功率放大器和控制模块供电，降低了电源部分的重量，进而减小了大电流发生系统的体积和重量，进而增加大电流发生系统拆装、移动的方便性，适用于室外变电站场所用；同时，由控制模块发出叠加高次谐波或叠加直流分量的模拟信号，发送至功率放大器，功率放大器即可输出与模拟信号相同的电流波形，即输出高次谐波、叠加直流分量的大电流，进而增加大电流输出的精度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统的结构示意图；

图2为本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统的电源模块的结构示意图；

图3为本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统的电源模块的工作原理示意图；

图4为本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统的控制模块的结构示意图；

图5为本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统的控制模块的工作原理示意图；

图6为本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统的MOSFET开关管的控制原理示意图。

具体实施方式

通过在一次设备上加入本申请提供的大电流发生系统，可以方便地对电流互感器暂态特性、交流互感器的二次回路及保护定值的整定合理性进行系统的测试及验证，从而为系统提供事前预防、事后回溯的有效测试手段。

本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统，具体结构参考图1，图1为本申请提供的一种大电流发生系统的结构示意图，如图所示本申请中的大电流发生系统包括电源模块、控制模块及功率放大器，其中所述电源模块通过电缆与所述功率放大器连接；所述控制模块通过光纤与所述功率放大器连接。

所述功率放大器包括第一功率放大支路和第二功率放大支路，所述第一功率放大支路和第二功率放大支路并联；所述第一功率放大支路包括第一高速DA模块、第一功率放大器模块及第一高速电流传感器，其中所述第一高速DA模块、第一功率放大器模块及第一高速电流传感器依次串联连接；所述第二功率放大支路包括第二高速DA模块、第二功率放大器模块及第二高速电流传感器，其中所述第二高速DA模块、第二功率放大器模块及第二高速电流传感器依次串联连接。第一高速DA模块或第二高速DA模块将控制模块的数字信号转换为第一功率放大器模块或第二功率放大器模块能够使用的模拟信号，通过第一功率放大器模块和第二功率放大器模块及其对应的第一高速电流传感器及第二高速电流传感器实现大电流的输出，第一功率放大器模块和第二功率放大器模块在输出端通过电缆并联，实现大电流同步输出。其中，第一功率放大器模块和第二功率放大器模块并联你输出的目的是为了扩充功率。第一高速电流传感器及第二高速电流传感器用于回采输出电流反馈给第一功率放大器模块和第二功率放大器模块形成闭环反馈。

其中电源模块的具体结构参考图2，图2为本申请提供的一种大电流发生系统的电源模块的结构示意图；如图2所示所述电源模块包括第一路直流电源、第二路直流电源及第三路直流电源，其中所述第一路直流电源与第二路直流电源为所述功率放大器提供电源，所述第三路直流电源为所述控制模块提供电源；电源模块采用三相四线供电电源供电，电源部分通过整流电路分成三路310V直流电源，2路给直流电源提供功率放大器电源，1路提供控制模块电源，两个电源组件是DC/DC转换电源，每个电源分出5路96V直流电源为5个电流放大器模块供电，两个电源为10个电流放大器模块供电。

其中控制模块的具体结构参考图4，图4为本申请提供的一种大电流发生系统的控制模块的结构示意图；所述控制模块包括高性能控制IC，所述控制模块将控制信号分层传至所述功率放大器。控制模块通过光纤一方面传输同步控制信号实现各相功率放大器同步输出，另一方面传输数字输出信号控制各相功率放大器各相输出电流的幅值、相位和频率等。其中所述信号包括电流数据信号和控制信号信息。控制模块的工作原理具体参考图5，图5为本申请提供的一种大电流发生系统的控制模块的工作原理示意图。功率放大器电流输出幅值采用高速电流传感器模拟回采比对技术，由大电流发生装置人机交互界面产生的D/A信号发送至高性能控制IC，由高性能控制IC将其形成正弦脉宽调制波形SPWM，并将脉宽调制波形拆分成四路分别供给逆变H桥的四个桥臂用以控制输出波形。

由控制模块发出叠加高次谐波或叠加直流分量的模拟信号，发送至功率放大器，功率放大器即可输出与模拟信号相同的电流波形，即输出高次谐波、叠加直流分量的大电流，进而增加大电流输出的精度。

本发明的控制模块是由接收外部0～7V电压信号控制实现，其中包含电流数据信息和控制信号信息，控制模块分出10个控制信号分别控制六个功率放大器模块通断，并接收放大器返回的状态信息。

具体地所述电源模块将380V交流电源转换为均为310V的所述第一路直流电源、第二路直流电源及第三路直流电源，电源模块的工作原理具体参考图3，图3为本申请提供的一种大电流发生系统的电源模块的工作原理示意图；其中：

所述第一路直流电源与所述第二路直流电源将310V的直流电源转换为供所述功率放大器模块使用的96V的直流电源；所述第三路直流电源将310V的直流电源转换为供所述控制模块使用的12V的直流电源。本申请中电源模块分为多条支路电源为功率放大器和控制模块供电，降低了电源部分的重量，进而减小了大电流发生系统的体积和重量，进而增加大电流发生系统拆装、移动的方便性，适用于室外变电站场所用

具体地，电源模块中直流电源电路通过整流、滤波将310V的直流电源转换为所需要的直流电源，其中整流电路分为两个部分：前级整流和后级整流。前级整流是指三相交流电经过滤波后需要整流变为直流后才能输入到开关变换器进行频率变换，完成DC—AC的变化。后级整流部分，是将高频变压器变压后的高频交流电进行整流，通常采用功率二极管组成桥式全波整流即可完成工作。

由于电源模块工作于高频状态，而我们又必须获得无谐波的直流电压，因此，相对于相控型整流器，开关电源必须有更复杂的抑制干扰与滤除杂音的电路。共模与差模原理常被用来衰减即消除输入谐波，并将滤波器器件封装在磁屏蔽盒内，并要可靠接地。布局上为输入输出隔离，输出线用绞合线或平行配线。在高频开关电源的设计开关电源中，通常采用输入滤波、工频滤波、电源输出滤波与辐射干扰等主要措施来减少噪声的传递与影响。

具体地，所述率放大器为基于MOSFET的开关型放大器，所述功率放大器包括MOSFET开关管。开关型功率放大器的功率器件工作于开关状态，因此效率较高；MOSFET管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管；MOSFET开关管的控制过程具体参考图6，图6为本申请提供的一种大电流发生系统的MOSFET开关管的控制原理示意图。

MOSFET管不仅兼有普通晶体管和电子管的优点，而且还具备两者所缺少的优点。MOSFET管具有双向对称性，即MOSFET管的源极和漏极是可以互换的，一般的晶体管是不容易做到这一点的，电子管是根本不可能达到这一点。MOSFET管与普通晶体管相比具有输入阻抗高、噪声系数小、热稳定性好、动态范围大等优点。具有以下特点：高输入阻抗容易驱动，输入阻抗随频率的变化比较小；输入结电容小，输出端负载的变化对输入端影响小，驱动负载能力强，电源利用率高；MOSFET管的噪声是非常低的，噪声系数可以做到1dB以下，现在大部分的MOSFET管的噪声系数为0.5dB左右，这是一般晶体管和电子管难以达到的；MOSFET管具有更好的热稳定性和较大的动态范围；MOSFET管的防辐射能力比普通晶体管提高10倍左右；转换速率快，高频特性好；MOSFET管的电压与电流特性曲线与五极电子管输出特性曲线十分相似。

综上，本申请提供的一种基于MOSFET管的大电流发生系统，包括电源模块、控制模块及功率放大器，本申请中的电源模块、功率放大器及控制模块采用分层设计结构，具体地，本申请中电源模块分为多条支路为功率放大器和控制模块供电，降低了电源部分的重量，进而减小了大电流发生系统的体积和重量，进而增加大电流发生系统拆装、移动的方便性，适用于室外变电站场所用；同时，由控制模块发出叠加高次谐波或叠加直流分量的模拟信号，发送至功率放大器，功率放大器即可输出与模拟信号相同的电流波形，即输出高次谐波、叠加直流分量的大电流，进而增加大电流输出的精度。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (5)

1.一种基于MOSFET管的大电流发生系统，其特征在于，包括电源模块、控制模块及功率放大器，其中：

所述功率放大器包括第一功率放大支路和第二功率放大支路，所述第一功率放大支路和第二功率放大支路并联；

所述第一功率放大支路包括第一高速DA模块、第一功率放大器模块及第一高速电流传感器，其中所述第一高速DA模块、第一功率放大器模块及第一高速电流传感器依次串联连接；

所述第二功率放大支路包括第二高速DA模块、第二功率放大器模块及第二高速电流传感器，其中所述第二高速DA模块、第二功率放大器模块及第二高速电流传感器依次串联连接；

所述电源模块包括第一路直流电源、第二路直流电源及第三路直流电源，其中所述第一路直流电源与第二路直流电源为所述功率放大器提供电源，所述第三路直流电源为所述控制模块提供电源；

所述控制模块包括高性能控制IC，所述控制模块将控制信号分层传至所述功率放大器。

2.根据权利要求1所述的基于MOSFET管的大电流发生系统，其特征在于，所述电源模块将380V交流电源转换为均为310V的所述第一路直流电源、第二路直流电源及第三路直流电源，其中：

所述第一路直流电源与所述第二路直流电源将310V的直流电源转换为供所述功率放大器使用的96V的直流电源；

所述第三路直流电源将310V的直流电源转换为供所述控制模块使用的12V的直流电源。

3.根据权利要求1所述的基于MOSFET管的大电流发生系统，其特征在于，所述控制模块输出信号控制所述功率放大器输出电流的幅值、相位和频率，其中所述信号包括电流数据信号和控制信号信息。

4.根据权利要求1所述的基于MOSFET管的大电流发生系统，其特征在于，所述电源模块通过电缆与所述功率放大器连接；

所述控制模块通过光纤与所述功率放大器连接。

5.根据权利要求1所述的基于MOSFET管的大电流发生系统，其特征在于，所述功率放大器为基于MOSFET的开关型放大器，所述功率放大器包括MOSFET开关管。