CN202004648U

CN202004648U - 一种高压直流隔离开关电源

Info

Publication number: CN202004648U
Application number: CN2011200223209U
Authority: CN
Inventors: 杨贵玉; 江道灼; 许挺
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2021-01-24

Abstract

本实用新型公开的高压直流隔离开关电源包括功率变换电路、驱动电路和输出电路，其中功率变换电路包括N个原、副边绕组分别串联的高频变压器、IGBT模块和隔直电容，驱动电路包括产生方波信号的信号发生电路和提供给IGBT模块两路互补驱动信号的IGBT驱动及保护电路，输出电路包括吸收电路、整流桥堆、滤波电感和滤波电容。本实用新型的高压直流开关电源能够安全有效的实现与一次电路的隔离并对直流电压检测电路供电，其输入电压高、变换范围宽广，输入和输出保持隔离，结构简单、安全可靠。

Description

一种高压直流隔离开关电源

技术领域

本实用新型涉及一种高压直流隔离开关电源，用于需要电隔离的高压取能场合，尤其适用于高压变频器、有源电力滤波器和无功补偿器等逆变式变流器的直流电压检测环节的电源需求。

背景技术

以高压变频器、有源电力滤波器和无功补偿器等逆变式变流器为代表的电力电子设备正广泛应用于电力、煤炭、冶金、纺织等工业领域，但是逆变式变流器的控制系统需要检测直流侧的电压信号。在检测环节中测量电路需要直流电源供电，然而，在高压场合如何方便的取能并安全的提供直流电源是一个挑战。

随着经济发展方式和产业结构的逐步转型升级，节能减排的要求日益成为社会发展的共识。得益于电力电子器件和变流技术的发展，通过高压变频器、有源电力滤波和无功补偿等电力电子设备的应用对传统能耗行业的改造升级来达到节能减排的要求已被实践证明是一种行之有效的手段。

高压变频器、有源电力滤波器和无功补偿器等逆变式变流器的控制系统根据其控制策略，需要检测并稳定直流侧的电压。通常，直流电压检测电路属于二次电路，出于安全及控制方便的考虑需要与一次电路可靠隔离。因此，为直流检测电路提供电源的高压直流隔离开关电源的设计就显得尤为关键。

目前，业界比较流行的直流开关电源由于电路拓扑结构、开关器件和成本的限制无法直接应用于所需直流检测电路的供电场合。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于为高压变频器、有源电力滤波器和无功补偿器等逆变式变流器的直流电压检测电路供电的高压直流隔离开关电源。

为达上述目的，本实用新型有以下两种技术解决方案：

方案1

本实用新型的高压直流隔离开关电源，包括功率变换电路、驱动电路和输出电路；

–功率变换电路包括：N个高频变压器、IGBT模块和隔直电容，N为正整数，N个高频变压器的原、副边绕组分别串联，串联原边和串联副边的变比为10：1，IGBT模块由两个IGBT单体串联组成半桥结构， N个高频变压器原边串联绕组的一端与IGBT模块的输出端连接，另一端与隔直电容的一端相连，隔直电容的另一端与IGBT模块负极相连并接地，IGBT模块正极与输入直流电压正极相连；

–驱动电路包括：产生方波信号的信号发生电路和IGBT驱动及保护电路，信号发生电路的输出端与IGBT驱动及保护电路的输入端相连，IGBT驱动及保护电路输出的两路互补驱动信号分别与IGBT模块的两个IGBT单体的栅极相连；

–输出电路包括，由第一电感、第二电感和电容构成的吸收电路、整流桥堆、滤波电感和滤波电容，N个高频变压器副边串联绕组的一端与第一电感的一端相连，第一电感的另一端与第二电感的一端及电容的一端共接，第二电感的另一端与整流桥堆的一个交流输入端相连，整流桥堆的另一个交流输入端与电容的另一端及N个高频变压器副边串联绕组的另一端共接，整流桥堆直流输出的正端与滤波电感的一端相连，滤波电感的另一端与滤波电容的正极相连，整流桥堆直流输出的负端与滤波电容的负极相连并接地。滤波电容的两端为输出直流电压的正、负极。

方案2

–功率变换电路包括： N个高频变压器、IGBT模块和隔直电容，N为正整数，N个高频变压器的原、副边绕组分别串联，串联原边和串联副边的变比为10：1，IGBT模块由两个IGBT单体串联组成半桥结构， N个高频变压器原边串联绕组的一端与IGBT模块的输出端连接，另一端与隔直电容的一端相连，隔直电容的另一端与IGBT模块负极相连并接地，IGBT模块正极与输入直流电压正极相连；

–输出电路包括，整流桥堆、滤波电感和滤波电容，N个高频变压器副边串联绕组的一端与整流桥堆的一个交流输入端相连，整流桥堆的另一个交流输入端与N个高频变压器副边串联绕组的另一端相连，整流桥堆直流输出的正端与滤波电感的一端相连，滤波电感的另一端与滤波电容的正极相连，整流桥堆直流输出的负端与滤波电容的负极相连并接地。滤波电容的两端为输出直流电压的正、负极。

本实用新型的有益效果在于：

高压直流隔离开关电源能够安全有效的实现与一次电路的隔离并对直流电压检测电路供电。该电源输入电压高、变换范围宽广，结构简单、安全可靠。其中的串联高频变压器分担了输入直流高电压，使得高压绝缘问题得到了妥善的处理。

附图说明

图1是高压直流隔离开关电源的一种电路结构示意图。

图2是高压直流隔离开关电源的另一种电路结构示意图。

具体实施方式

图1所示是本实用新型方案1的电路结构示意图，高压直流隔离开关电源包括功率变换电路1、驱动电路2和输出电路3；

–功率变换电路1包括： N个高频变压器T1～TN、IGBT模块S和隔直电容C2，N为正整数，N个高频变压器的原、副边绕组分别串联，串联原边和串联副边的变比为10：1，IGBT模块S由两个IGBT单体串联组成半桥结构， N个高频变压器原边串联绕组的一端与IGBT模块S的输出端连接，另一端与隔直电容C2的一端相连，隔直电容C2的另一端与IGBT模块S负极相连并接地，IGBT模块S正极与输入直流电压正极相连；

–驱动电路2包括：产生方波信号的信号发生电路2.1和IGBT驱动及保护电路2.2，信号发生电路2.1的输出端与IGBT驱动及保护电路2.2的输入端相连，IGBT驱动及保护电路2.2输出的两路互补驱动信号分别与IGBT模块S的两个IGBT单体的栅极相连；

–输出电路3包括，由第一电感L1、第二电感L2和电容C3构成的吸收电路、整流桥堆D、滤波电感L3和滤波电容C4，N个高频变压器副边串联绕组的一端与第一电感L1的一端相连，第一电感L1的另一端与第二电感L2的一端及电容C3的一端共接，第二电感L2的另一端与整流桥堆D的一个交流输入端相连，整流桥堆D的另一个交流输入端与电容C3的另一端及N个高频变压器副边串联绕组的另一端共接，整流桥堆D直流输出的正端与滤波电感L3的一端相连，滤波电感L3的另一端与滤波电容C4的正极相连，整流桥堆D直流输出的负端与滤波电容C4的负极相连并接地。滤波电容C4的两端为输出直流电压的正、负极。

工作原理如下：信号发生电路2.1输出一个占空比约为50%的方波信号给IGBT驱动及保护电路2.2，由IGBT驱动及保护电路2.2为IGBT模块S提供两路互补驱动信号，IGBT模块S将输入的直流高电压进行斩波，串联高频变压器T1至TN的原、副边变比为10：1，串联高频变压器T1至TN将原边IGBT斩波形成的电压方波进行降压变换得到副边幅度为原边1/10左右的电压方波，副边的电压方波再经过吸收电路L1,L2,C3、整流桥堆D、滤波电感L3和滤波电容C4的滤波作用即可得到所需的低压直流电压，为后续负载供电。其中，串联的高频变压器T1至TN分担了输入直流高电压，使得高压绝缘问题得到了妥善的处理。

图2所示是本实用新型方案2的电路结构示意图，高压直流隔离开关电源包括功率变换电路1、驱动电路2和输出电路3；

–输出电路3包括，整流桥堆D、滤波电感L3和滤波电容C4，N个高频变压器副边串联绕组的一端与整流桥堆D的一个交流输入端相连，整流桥堆D的另一个交流输入端与N个高频变压器副边串联绕组的另一端相连，整流桥堆D直流输出的正端与滤波电感L3的一端相连，滤波电感L3的另一端与滤波电容C4的正极相连，整流桥堆D直流输出的负端与滤波电容C4的负极相连并接地。滤波电容C4的两端为输出直流电压的正、负极。

工作原理如下：信号发生电路2.1输出一个占空比约为50%的方波信号给IGBT驱动及保护电路2.2，由IGBT驱动及保护电路2.2为IGBT模块S提供两路互补驱动信号，IGBT模块S将输入的直流高电压进行斩波，串联高频变压器T1至TN的原、副边变比为10：1，串联高频变压器T1至TN将原边IGBT斩波形成的电压方波进行降压变换得到副边幅度为原边1/10左右的电压方波，副边的电压方波经过整流桥堆D、滤波电感L3和滤波电容C4的滤波作用即可得到所需的低压直流电压，为后续负载供电。其中，串联的高频变压器T1至TN分担了输入直流高电压，使得高压绝缘问题得到了妥善的处理。

Claims

1.一种高压直流隔离开关电源，其特征在于：包括功率变换电路（1）、驱动电路（2）和输出电路（3）；

–功率变换电路（1）包括： N个高频变压器（T1～TN）、IGBT模块（S）和隔直电容（C2），N为正整数，N个高频变压器的原、副边绕组分别串联，串联原边和串联副边的变比为10：1，IGBT模块（S）由两个IGBT单体串联组成半桥结构， N个高频变压器原边串联绕组的一端与IGBT模块（S）的输出端连接，另一端与隔直电容（C2）的一端相连，隔直电容（C2）的另一端与IGBT模块（S）负极相连并接地，IGBT模块（S）正极与输入直流电压正极相连；

–驱动电路（2）包括：产生方波信号的信号发生电路（2.1）和IGBT驱动及保护电路（2.2），信号发生电路（2.1）的输出端与IGBT驱动及保护电路（2.2）的输入端相连，IGBT驱动及保护电路（2.2）输出的两路互补驱动信号分别与IGBT模块（S）的两个IGBT单体的栅极相连；

–输出电路（3）包括，由第一电感（L1）、第二电感（L2）和电容（C3）构成的吸收电路、整流桥堆（D）、滤波电感（L3）和滤波电容（C4），N个高频变压器副边串联绕组的一端与第一电感（L1）的一端相连，第一电感（L1）的另一端与第二电感（L2）的一端及电容（C3）的一端共接，第二电感（L2）的另一端与整流桥堆（D）的一个交流输入端相连，整流桥堆（D）的另一个交流输入端与电容（C3）的另一端及N个高频变压器副边串联绕组的另一端共接，整流桥堆（D）直流输出的正端与滤波电感（L3）的一端相连，滤波电感（L3）的另一端与滤波电容（C4）的正极相连，整流桥堆（D）直流输出的负端与滤波电容（C4）的负极相连并接地，滤波电容（C4）的两端为输出直流电压的正、负极。

2.高压直流隔离开关电源，其特征在于：包括功率变换电路（1）、驱动电路（2）和输出电路（3）；

–输出电路（3）包括，整流桥堆（D）、滤波电感（L3）和滤波电容（C4），N个高频变压器副边串联绕组的一端与整流桥堆（D）的一个交流输入端相连，整流桥堆（D）的另一个交流输入端与N个高频变压器副边串联绕组的另一端相连，整流桥堆（D）直流输出的正端与滤波电感（L3）的一端相连，滤波电感（L3）的另一端与滤波电容（C4）的正极相连，整流桥堆（D）直流输出的负端与滤波电容（C4）的负极相连并接地，滤波电容（C4）的两端为输出直流电压的正、负极。