CN111819776A - 用于电子转换器的浮地隔离电源 - Google Patents

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Abstract

本发明的目标是一种用于能量转换的电子功率系统(1)，包括至少一个电子放大器驱动器电路(10)、至少一个浮地隔离的电源(11)以及用于生成控制信号(12)的至少一个数字计算单元(2)。本发明更具体地涉及基于控制信号(12)的浮地隔离的电源(11)。

Description

用于电子转换器的浮地隔离电源
技术领域
本发明涉及电子功率系统领域，更具体地，涉及用于在交流电(AC)和/或直流电(DC)之间转换能量的系统。
本发明尤其涉及制作一种由能量转换系统生成的隔离电源。
背景技术
电子功率系统根据在其中使用它们的应用来实现不同功能。作为非限制性示例，可尤其提及用于扭矩变化的电机控制、DC电化学蓄电池与AC配电网之间的源转换、两个DC源之间的电压电平适配、功率变化。
这些系统中的大多数(从几十瓦到几百千瓦)是被本领域技术人员称为开关模式系统的系统。换言之，它们包括能够以高频率、高电流和电压来开关的半导体开关。
这些半导体由电子组件或驱动器级(此后称为驱动器)来控制，允许将来自DSP(数字信号处理器)或微控制器类型的数字计算单元的控制信号转换成适于不同类型的开关的低功率控制信号，如在图1a中解说的，其示出了现有技术的包括驱动器的功率系统的一般图示并且将在本说明书的其余部分详细描述。
对于高电压电平以及为了满足安全标准，这些驱动器通过电气隔离(脉冲变压器)或通过光学隔离(耦合的光电二极管)来与控制电流隔离开。在图1b中所示的这些驱动器的现有技术中，驱动器级包括与用于隔离诸信号的脉冲变压器(TI)相关联的、具有低阻抗输出(称为推挽式或图腾柱，它包括高电平半导体开关和低电平半导体开关，它们中的一者被阻塞且另一者被饱和)的非隔离的电压和电流电平放大器驱动器(DD)。
在这些类型的转换器中，浮地隔离的电源一般被用于向需要例如高电压电源的开关驱动器或光学隔离传感器类型的电压传感器供电，且作为非限制性示例，在该系统中其他低功率电路需要隔离的电源。
在现有技术中，这些浮地隔离的电源是从高电压总线或从辅助电压源来生成的，添加了针对电路的其余部分的专用且集中式的开关模式调节器。这一解决方案通常是昂贵的且消耗板的印刷电路上的空间。此外，这一集中式电源需要被分发到该系统的各个板，并被确定大小以向所有下游电路供电。
本发明目标在于提供一种隔离的电源以最小化能量转换系统的成本和大小。
发明内容
为了达成至少上述目标，以及其他，根据第一方面，本发明提供了一种用于能量转换的电子功率系统，包括至少一个驱动器、至少一个浮地隔离的电源以及用于生成控制信号的至少一个数字计算单元，所述驱动器包括适于将控制信号发送到相关联的脉冲变压器的放大器驱动器，并且本发明的特征在于，浮地隔离的电源按如下方式连接到放大器驱动器输出：控制信号被恢复并被用来生成电子功率系统的浮地隔离的电源。
根据一特征，浮地隔离的电源包括带有整流器的变压器。
根据一特征，浮地隔离的电源的整流器是二极管整流器。
根据一特征，电子功率系统包括隔离的电流和电压测量器件。
根据一特征，放大器驱动器是具有推挽式输出的非隔离的电压和电流电平放大器驱动器。
根据一特征，放大器驱动器的推挽式输出包括晶体管的组合。
根据第二方面，本发明涉及一种包括变压器和整流器的浮地隔离的电源，其特征在于，它被适配成由上述电子功率系统的放大器驱动器的输出来供电。
本发明包括使用放大器驱动器(DD)与脉冲变压器(TI)的输入之间的这些控制信令来生成浮地隔离的电源，如在图2中所示。
因而，控制信号有利地发送到带有整流器(例如，二极管整流器)的新变压器(TA)，以创建浮地隔离的电源。变压器(TA)的变压比允许调整消费者电路所需的电压电平。注意，在本发明的一变型中，线性调节器可被添加以稳定变压器(TA)的输出处的电压。
附图说明
参考附图，通过阅读下文对作为非限制性示例给出的实施例的描述，将清楚地理解根据本发明的设备的其他特征和优势，在附图中：
图1a使用功率系统的通用示图来表示现有技术，
图1b是图1a的功率系统中使用的现有技术的驱动器的示图，以及
图2是根据一实施例的驱动器级和隔离的电源的生成的详细示图。
具体实施方式
电子功率系统(1)取决于它们被用到的应用来实现若干功能，尤其诸如用于扭矩变化的电机控制、DC电化学蓄电池和AC配电网之间的源转换、两个DC源之间的电压电平适配、功率变化。
如上所述，大多数这些系统(从几十瓦到几百千瓦)被称为开关模式系统。换言之，它们包括能够以高频率、高电流和电压来开关的半导体开关(13)。
图1a以框图的形式解说了电子功率系统(也称为能量转换系统)的各种功能，如作为解说呈现的且一般在现有技术中找到的。这一示图也是在下文描述的本发明的上下文中找到的示图。在各附图中，附图标记GND对应于电接地。
此类电子系统(1)包括由与转换器的高电压侧上的量隔离开的电流和电压测量器件组成的测量块MES。这一测量块包括由输入测量和经调理的输出信号之间的隔离系统(4)隔离的传感器(3)。这一输出测量信号被适配到数字计算单元(2)的通常电压电平。
电子系统(1)还包括测量调理器件、通信驱动器、以及数字计算单元(2)。这一部分表示该系统的核心，其中实现该系统的操作逻辑。
此外，电子系统(1)包括用于控制功率半导体(13)的器件。在高电压转换系统的情形中，这些器件是隔离的驱动器(10)。半导体由驱动器级来驱动，允许将来自数字计算单元(2)的控制信号(12)转换成适于开关类型的低功率控制信号。
电子系统(1)还包括功率开关器件，通常使用MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)半导体。这些开关通过电感能量累积系统(通常是用于隔离的转换器的变压器或用于非隔离的转换器的电感器)连接在该系统的输出和输入之间。这些开关器件可借助PWM(功率宽度调制)方法来被控制。
如在图1b中可以看到的，驱动器(10)包括与用于将信号隔离的脉冲变压器(TI)相关联的、具有推挽式输出(15)的非功率的电压和电流电平放大器驱动器(DD)。驱动器(10)还包括控制部(CMD)和功率部(PUI)。控制部(CMD)和放大器驱动器(DD)通过隔离(14)来隔离开，这可以是电气隔离(脉冲变压器)或光学隔离(耦合光电二极管)。
放大器驱动器(DD)的推挽式输出(15)可包括晶体管的组合。在输出(15)的端子处的电压范围一般在+15V和-15V之间。它们也可以是0V。
功率部(PUI)和放大器驱动器(DD)也通过隔离(16)来隔离开。
图2示出了根据本发明的一实施例中的电子系统(1)。电子系统(1)因此包括驱动器级和浮地隔离的电源(11)。如上所述，驱动器级包括与用于将信号隔离的脉冲变压器(TI)相关联的、推挽式输出非隔离的电源和电流电平放大器驱动器(DD)。在本发明的上下文内，放大器驱动器(DD)与脉冲变压器(TI)的输入之间的控制信号(12)被恢复并用来生成浮地隔离的电源(11)。因此提供了将放大器驱动器(DD)的输出连接到脉冲变压器(TI)的输入的线连接(诸如金属(尤其是铜)线)。另一连接器解决方案包括使用印刷电路板的电子轨。本发明可包括一个或多个浮地隔离的电源。
浮地隔离的电源(11)包括带有整流器(例如，二极管整流器)的变压器(TA)，以创建在输出处具有可调整的振幅的、浮地隔离且经整流的电源。控制信号(12)被发送到这一带有整流器的新变压器(TA)。
变压器(TA)的变压比允许调整消费者电路(未示出)所需的电压电平。在本发明的一变型中，线性调节器可被添加以稳定变压器(TA)的输出处的电压。
图2的实施例可包括各变型实施例。尤其是，一种变型包括使用2个次级变压器，或者另一变型包括使用比率为n:1的1个次级变压器，或者又一变型包括使用平面变压器。
上文描述的发明提供了重用电路中现有功能的优点，以有利地创建浮地隔离且本地的电源。在这一意义上，本发明允许减少组件数目和它们的成本，并降低它们的大小，连接器和电缆要被分布在各板之间。还要注意，本发明在数字计算单元的选择方面是有利的；使得不添加PWM输出来管理各浮地隔离的电源并从而选择较不昂贵的组件真正成为可能。
明显地，本发明不限于以上藉由示例描述的各实施例，并且它涵盖任何变型实施例。

Claims (7)

1.一种用于能量转换的电子功率系统(1)，包括至少一个电子驱动器电路(10)、至少一个浮地隔离的电源(11)以及用于生成控制信号(12)的至少一个数字计算单元(2)，所述电子驱动器电路(10)包括电子放大器驱动器电路(DD)，所述电子放大器驱动器电路(DD)适于将控制信号(12)发送到与所述电子放大器驱动器电路(DD)相关联的脉冲变压器(TI)，其特征在于，浮地隔离的电源(11)按如下方式连接到电子放大器驱动器电路(DD)的输出：来自所述电子放大器驱动器电路(DD)的控制信号(12)被恢复并被用来生成电子功率系统(1)的浮地隔离的电源(11)。
2.如权利要求1所述的电子功率系统(1)，其特征在于，浮地隔离的电源(11)包括带有整流器的变压器(TA)。
3.如权利要求2所述的电子功率系统(1)，其特征在于，浮地隔离的电源(11)的整流器是二极管整流器。
4.如前述权利要求中的任一项所述的电子功率系统(1)，其特征在于，它包括隔离的电流和电压测量器件。
5.如前述权利要求中的任一项所述的电子功率系统(1)，其特征在于，电子放大器驱动器电路(DD)是具有低阻抗输出(15)的、电子非隔离的电压和电流电平放大器驱动器电路。
6.如前一权利要求所述的电子功率系统(1)，其特征在于，电子放大器驱动器电路(DD)的低阻抗输出(15)包括晶体管的组合。
7.一种包括变压器(TA)和整流器的浮地隔离的电源(11)，其特征在于，它被适配成由如权利要求1到6中的任一项所述的电子功率系统(1)的电子放大器驱动器电路(DD)的输出来供电。
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