CN211628882U - 一种基于mosfet的自动变匝比电压互感器 - Google Patents
一种基于mosfet的自动变匝比电压互感器 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,包括电压互感器本体、采样控制电路、驱动电路与辅助电源。电压互感器随着原边电压变化而相应改变匝比可有效地抑制其出口电压的变化范围,使电压互感器副边的后续电路得以简化。本实用新型可用于电压变化范围大的工况下进行电压采样,由于采用变匝比技术有利于提高不同电压范围下的采样精度,采用自动控制增强了实用性与控制灵活性。本实用新型实现电压互感器副边匝数的自动调节,有利于在不同原边电压大小的情况下通过副边匝数自动调节来约束或调整副边输出电压的变化范围,从而有利于简化后续电路设计,也可以提高不同电压大小范围下的采样精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及电压互感器领域,尤其涉及一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器。
背景技术
电压互感器应用广泛,当电压互感器的原边电压变化范围过大时,副边出口电压变化范围过大,导致后续电路处理困难。如电压互感器随着原边电压变化而相应改变匝比可有效地抑制其出口电压的变化范围,使电压互感器副边的后续电路得以简化。
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是一种具备双向导通能力的全控型功率器件,且导通压降与导通阻抗均较小,适合充当可控开关。如采用继电器充当开关,继电器属于机械开关,运行中可能产生电弧,安全性差且使用寿命短,也不适合应用于户外或环境相对苛刻的工作条件下。考虑到目前可控硅(SCR)与绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其它功率器件导通压降或导通阻抗较高,不推荐进行此应用,氮化镓(GaN)器件是一种很有前途的功率器件但目前价格较高且驱动控制相对复杂,如有成本考量也不推荐。
本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器可用于电压变化范围大的工况下进行电压采样,由于采用变匝比技术有利于提高不同电压范围下的采样精度,采用自动控制增强了实用性与控制灵活性。本实用新型可用于电压互感器也可用于普通的可变匝比变压器,适用于各类电气相关行业。
发明内容
本实用新型的目的是,为了解决当电压互感器的原边电压变化范围过大时,导致副边出口电压变化范围过大,或者由此引起不同电压范围下精度降低的问题。本实用新型提出一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,随着原边电压变化而自动改变匝比以抑制副边出口电压的变化范围,提高采样精度。
实现本实用新型的技术方案是,本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器包括:
电压互感器本体,副边线圈由具备多个匝数相同或不同的子线圈串联构成,各个子线圈除一个子线圈外,其余子线圈采用某种方式与交流开关联结且通过对交流开关的通断控制,可实现控制副边线圈的实际工作匝数。
所述交流开关,将两个同型号的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)反向串联联结而成,两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的栅极联结在一起构成交流开关交流的栅极G,两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的源极联结在一起构成交流开关的源极S,两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)共用同一个驱动,驱动施加于G、S两端,两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的漏极D1、D2与外部电路联结构成交流开关主通道。
采样控制电路,对电压互感器本体的副边线圈输出电压进行采样,根据输出电压的大小向驱动电路发出通断指令以自动控制线圈的匝数,并向发出通讯指令告知后续电路电压互感器变比的相应变化;
驱动电路,实现交流开关的通断驱动控制;
辅助电源,向驱动电路与采样控制电路提供所需的电源。
本实用新型的有益效果是,本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,实现电压互感器副边匝数的自动调节,有利于在不同原边电压大小的情况下通过副边匝数自动调节来约束或调整副边输出电压的变化范围,从而有利于简化后续电路设计,也可以提高不同电压大小范围下的采样精度。
本实用新型可用于各种电气相关行业,应用范围广泛。
附图说明
图1为本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器工作原理示意图;
图2为实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案I工作原理示意图;
图3为实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II工作原理示意图;
图4为实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II中驱动电路II工作原理示意图;
图5为本实用新型交流开关的结构原理图。
具体实施方式
本实用新型实施例结合附图进一步说明。
图1为本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器工作原理示意图。
实现本实用新型的技术方案是,本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器包括:
电压互感器本体,副边线圈由具备多个匝数相同或不同的子线圈串联构成,各个子线圈除一个子线圈外,其余子线圈采用某种方式与交流开关联结且通过对交流开关的通断控制,可实现控制副边线圈的实际工作匝数。
交流开关,通过对交流开关的通断控制,实现控制副边线圈的实际工作匝数;
采样控制电路,对电压互感器本体的副边线圈输出电压进行采样,根据输出电压的大小向驱动电路发出通断指令以自动控制线圈的匝数,并发出通讯指令知后续电路电压互感器变比的相应变化;
驱动电路,实现交流开关的通断驱动控制;
辅助电源,向驱动电路与采样控制电路提供所需的电源;
所述辅助电源的电源可以从电压互感器本体中获取也可通过外置电源获得,具体依据实际需要。
本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器不包括后续电路。
本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,有两类方案,实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案I与一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II。
图2为本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器的一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案I工作原理示意图。
实现本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案I的技术方案是,本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案I包括:
电压互感器本体I,副边线圈由具备多个匝数相同或不同的子线圈串联构成,各个子线圈除一个子线圈外,其它子线圈均与一个交流开关并联,即子线圈N1与交流开关S1并联,子线圈N2与交流开关S2并联,子线圈N3与交流开关S3并联,以此类推,子线圈与交流开关的数量由实际工作需求决定,可以适当增减;
所述电压互感器本体I,对原边匝数不进行调控;而交流开关可以适当灵活地与副边不同子线圈进行并联;图中交流开关S1、S2、S3均采用相同电路结构;为论述方便,图中显示4个子线圈与3个交流开关,实际应用各个相关电路中可以根据实际情况灵活调整,AB为副边输出与采样控制电路及后续电路分别联结。
所述交流开关,通过对交流开关的通断控制,实现控制副边线圈的实际工作匝数;
采样控制电路I,对电压互感器本体的副边线圈输出电压进行采样,根据输出电压的大小向驱动电路I发出通断指令以自动控制线圈的匝数,并发出通讯指令知后续电路电压互感器变比的相应变化;
所述采样控制电路I,对电压互感器本体I的副边线圈输出电压进行采样,采用滞环控制,依据原边输入电压的大小进行控制。
工作原理为当原边输入电压从零开始增加到Uin∈(0,U2]时,向驱动电路发出指令,令副边各个子线圈均参与工作,此时各个交流开关均断开;当原边输入电压Uin增大到Uin∈(U2,U4]时,向驱动电路发出指令,令交流开关S1导通使子线圈N1短接;当原边输入电压Uin增大到原边输入电压Uin∈(U4,U6]时,向驱动电路发出指令,令交流开关S1、S2均导通使子线圈N1、N2均短接;当原边输入电压Uin增大到原边输入电压Uin>U6时,向驱动电路发出指令,令交流开关S1、S2、S3均导通使子线圈N1、N2、N3均短接;以此类推。
为避免临界点来回切换,采用滞环控制。
当原边输入电压Uin从高值减小到Uin>U5时,向驱动电路发出指令,令交流开关S1、S2、S3均导通使子线圈N1、N2、N3均短接;当原边输入电压Uin减小到Uin∈(U5,U3]时,向驱动电路发出指令,令交流开关S1、S2导通使子线圈N1、N2短接;当原边输入电压从减小到Uin∈(U3,U1]时,令交流开关S1导通使子线圈N1短接;当原边输入电压从减小到Uin<U1时,向驱动电路发出指令,令副边各个子线圈均参与工作,此时各个交流开关均断开;以此类推。
此处U1~U6均为根据实际需要预先设定值且U1<U2<U3<U4<U5<U6。
由于工作中电压的采样测量输出为UAB,因而实际控制方式为基于之前工况的控制方式,此方案对于本专业人士均可完成,不再给出具体实现方案。
驱动电路I,实现交流开关的通断驱动控制,且各个交流开关的子驱动相互独立且相互隔离,即有多少个交流开关就需要多少个独立子驱动电路;
辅助电源I,向驱动电路与采样控制电路提供所需的电源,且驱动电路的驱动子电源相互隔离,数量由交流开关的数量决定且一一对应,即各个交流开关均有相互隔离的驱动子电源。
为方便论述,此处以副边线圈具有4个子线圈为例进行说明,因而交流开关为3个,但不限于此,实际应用中按照此原理各个相关电路可根据实际需求进行调整。
图3为为本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器的一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II工作原理示意图;
作为优选,本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器提出一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II。实现本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II的技术方案是,本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II包括:
电压互感器本体II,副边线圈由具备多个匝数相同或不同的子线圈串联构成,各个子线圈除一个子线圈外,其它子线圈均以某种形式与一个交流开关联结,即子线圈N1与交流开关S1并联构成P1,子线圈N2与P1串联后与交流开关S2并联构成P2,子线圈N3与P2串联后与交流开关S3并联构成P3,以此类推,子线圈与交流开关的数量由实际工作需求决定,可以适当增减;
所述交流开关可以适当灵活地与不同子线圈进行联结;图中交流开关S1、S2、S3均采用相同电路结构;为论述方便,图中显示4个子线圈与3个交流开关,实际应用中可以根据实际情况灵活调整,AB为副边输出与采样控制电路及后续电路分别联结。
所述交流开关,通过对交流开关的通断控制,实现控制副边线圈的实际工作匝数;
采样控制电路II,对电压互感器本体的副边线圈输出电压进行采样,根据输出电压的大小向驱动电路II发出通断指令以自动控制线圈的匝数,并发出通讯指令知后续电路电压互感器变比的相应变化;
所述采样控制电路II,对电压互感器本体II的副边线圈输出电压进行采样,采用滞环控制,依据原边输入电压的大小进行控制。
工作原理为当原边输入电压从零开始增加到Uin∈(0,U2]时,向驱动电路发出指令,令副边各个子线圈均参与工作,此时各个交流开关均断开;当原边输入电压Uin增大到Uin∈(U2,U4]时,向驱动电路发出指令,令交流开关S1导通使子线圈N1短接;当原边输入电压Uin增大到原边输入电压Uin∈(U4,U6]时,向驱动电路发出指令,令交流开关S2导通使子线圈N1、N2短接;当原边输入电压I增大到原边输入电压Uin>U6时,向驱动电路发出指令,令交流开关S3均导通使子线圈N1、N2、N3均短接;以此类推。
为避免临界点来回切换,采用滞环控制。
当原边输入电压Uin从高值减小到Uin>U5时,向驱动电路发出指令,令交流开关S3导通使子线圈N1、N2、N3均短接;当原边输入电压I减小到Uin∈(U5,U3]时,向驱动电路发出指令,令交流开关S2导通使子线圈N1、N2短接;当原边输入电压从减小到Uin∈(U3,U1]时,令交流开关S1导通使子线圈N1短接;当原边输入电压从减小到Uin<U1时,向驱动电路发出指令,令副边各个子线圈均参与工作,此时各个交流开关均断开;以此类推。
此处U1~U6均为根据实际需要预先设定值且U1<U2<U3<U4<U5<U6。
由于工作中电压的采样测量输出为UAB,因而实际控制方式为基于之前工况的控制方式,此控制方式对于本专业人士均可完成,不再给出具体实现方案。
驱动电路II,由采样控制电路II控制,实现交流开关的通断驱动控制;
辅助电源II,向驱动电路与采样控制电路提供所需的电源,且驱动电源只需一个。
为方便论述,此处以副边线圈具有4个子线圈为例进行说明,因而交流开关为3个,但不限于此,实际应用中按照此原理相关电路可根据实际需求进行调整。
图4为实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II中驱动电路II工作原理示意图;
作为优选,本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II的驱动电路II包括:
单体驱动电路,实现驱动功能,此电路对于本专业人士均可完成,不再给出具体实现方案。
驱动选择开关电路,此电路受采样控制电路II控制,由采样控制电路II发出指令控制驱动选择开关的通断,以实现相对应的交流开关控制。当驱动选择开关K1导通时,交流开关S1导通,当驱动选择开关K2导通时,交流开关S2导通,当驱动选择开关K3导通时,交流开关S3导通,以此类推。
为了论述方便,此处以副边线圈具有4个子线圈为例进行说明,因而交流开关为3个,但不限于此,实际应用中按照此原理各个相关电路可根据实际需求进行调整。
此处驱动选择开关K1~K3为示意方式,由于驱动控制施加交流开关的G、S两端,具体实施电路为双线方式,可以采用电子开关或其它类型开关实现,优选电子开关。相关专业人士均可自行设计,不再给出相应电路。
与一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案I相比一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II的优势在于进行切换时,只需控制一个交流开关,任意工况下最多只有一个交流开关导通有利于提高性能,且由于辅助电源中的驱动电源与驱动电路成本均较低,因此一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II具备更好的性能与成本优势。
图5为本实用新型交流开关的结构原理图。
本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器所述交流开关,此交流开关基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)构成,即将两个同型号的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)反向串联联结而成,两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的栅极联结在一起构成交流开关交流的栅极G,两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的源极联结在一起构成交流开关的源极S,两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)共用同一个驱动以节省驱动成本,开关驱动施加于G、S两端,两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的漏极D1、D2与外部电路联结构成交流开关主通道。
对G、S两端施加合适的开关驱动即可实现交流开关的通断控制,正常工作时,由于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)本体的导通压降与导通阻抗极低,因此交流开关导通状态下体二极管VD1与VD2均截止不参与工作。
本实用新型一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,所述副边线圈不限于只具有特定数目子线圈与交流开关,示例中为4个子线圈以及交流开关为3个,实际应用中按照此原理相关电路电压互感器本体、采样控制电路、驱动电路、辅助电源均可根据实际需求进行调整。
Claims (6)
1.一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,其特征在于,包括:
电压互感器本体,副边线圈由具备多个匝数相同或不同的子线圈串联构成,各个子线圈除一个子线圈外,其余子线圈采用某种方式与交流开关联结且通过对交流开关的通断控制,可实现控制副边线圈的实际工作匝数;
采样控制电路,对电压互感器本体的副边线圈输出电压进行采样,根据输出电压的大小向驱动电路发出通断指令以自动控制线圈的匝数,并向发出通讯指令告知后续电路电压互感器变比的相应变化;
驱动电路,实现交流开关的通断驱动控制;
辅助电源,向驱动电路与采样控制电路提供所需的电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,其特征在于,一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案I包括:
电压互感器本体I,副边线圈由具备多个匝数相同或不同的子线圈串联构成,各个子线圈除一个子线圈外,其它子线圈均与一个交流开关并联,即子线圈N1与交流开关S1并联,子线圈N2与交流开关S2并联,子线圈N3与交流开关S3并联,子线圈与交流开关的数量由实际工作需求决定,可以适当增减;
所述交流开关,通过对交流开关的通断控制,实现控制副边线圈的实际工作匝数;
采样控制电路I,对电压互感器本体的副边线圈输出电压进行采样,根据输出电压的大小向驱动电路I发出通断指令以自动控制线圈的匝数,并发出通讯指令知后续电路电压互感器变比的相应变化;
所述采样控制电路I,对电压互感器本体I的副边线圈输出电压进行采样,采用滞环控制,依据原边输入电流的大小进行控制;
驱动电路I,实现交流开关的通断驱动控制,且各个交流开关的子驱动相互独立且相互隔离,即有多少个交流开关就需要多少个独立子驱动电路;
辅助电源I,向驱动电路与采样控制电路提供所需的电源,且驱动电路的驱动子电源相互隔离,数量由交流开关的数量决定且一一对应,即各个交流开关均有相互隔离的驱动子电源。
3.根据权利要求1所述的基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,其特征在于,一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器方案II包括:
电压互感器本体II,副边线圈由具备多个匝数相同或不同的子线圈串联构成,各个子线圈除一个子线圈外,其它子线圈均以某种形式与一个交流开关联结,即子线圈N1与交流开关S1并联构成P1,子线圈N2与P1串联后与交流开关S2并联构成P2,子线圈N3与P2串联后与交流开关S3并联构成P3,以此类推,子线圈与交流开关的数量由实际工作需求决定,可以适当增减;
所述交流开关,通过对交流开关的通断控制,实现控制副边线圈的实际工作匝数;
采样控制电路II,对电压互感器本体的副边线圈输出电压进行采样,根据输出电压的大小向驱动电路II发出通断指令以自动控制线圈的匝数,并发出通讯指令知后续电路电压互感器变比的相应变化;
驱动电路II,由采样控制电路II控制,实现交流开关的通断驱动控制;
辅助电源II,向驱动电路与采样控制电路提供所需的电源,且驱动电源只需一个。
4.根据权利要求1、权利要求3所述的基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,其特征在于,驱动电路II包括:
单体驱动电路,实现驱动功能;
驱动选择开关电路,此电路受采样控制电路II控制,由采样控制电路II发出指令控制驱动选择开关的通断,以实现相对应的交流开关控制。
5.根据权利要求1所述的一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,其特征在于,所述交流开关,基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)构成。
6.根据权利要求1与权利要求2所述的一种基于MOSFET的自动变匝比电压互感器,其特征在于,所述副边线圈不限于只具有特定数目子线圈与交流开关,实际应用中按照此原理相关电路电压互感器本体、采样控制电路、驱动电路、辅助电源均可根据实际需求进行调整。
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