新型多路直流输出高压隔离电源的研究.doc

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1、新型多路直流输出高压隔离电源的研究摘要：首先，介绍了基于高频链交流电流母线分布式电源系统的原理，这种系统除具有一般分布式电源系统的优点之外，还具有很好的负载扩展特性、较高的电气隔离特性等优点;然后，基于该原理设计了一种能够提供脉冲宽度不变，幅值对调的高频交流电流母线电源;分析了这种电源的工作过程。实验样机成功地应用在10kV固态短路限流器中。关键词：分布式电源；高圧隔离；固态短路限流器引言电力电子装置处理高电压大容量等级的技术方案主要有以下几种：1）采用高容最等级的开关器件或者器件的串并联；2）采用级联的多电平变换器技术。无论采用哪种技术，串接在一个桥臂或级联的H桥臂之间的功率管的驱动电源之

2、间都承受了极高的电压。为了保证装置的可靠性，必须确保各路驱动电源之间有良好的高压隔离特性。另外，山于处理高压等级的时候，所使用的开关管一般比较多，因此，独立隔离驱动冇流电源的数目比较大。常规的多路青流输出技术都是基于直流母线分布式电源系统⑴，其中的DC/DC变换器数目多、体积大，ifufl,当各DC/DC变换器的开关频率不同的时候，还会发生拍频干扰，从而使得输出电压出现各频率纹波。當规的高压隔离技术必须要设计出耐高压的隔离变压器，高压隔离的要求给工艺和结构上都帯來很大困难，而口成本也随Z增加。文献［2］通过一个多绕组的变压器，实现了用在三相逆变器4路相互隔离的IGBT驱动电源。本文所设计的新

3、型多路输出高压隔离电源是基于专利技术［3］,其主耍思想就是高频链交流电流分如式电源系统的思想。其一■次侧为提供满脉冲宽度、电流幅值可调的高频交流方波电流母线，使其穿过普通环形变压器，其二次侧实现能量传输和高压隔离。1拓扑结构这种基于高频链交流电流母线分布式电源系统的框图如图1所示。和直流分布式电源系统⑵一样,它相对于集中式的电源系统而言，主要有以下几个优点：D负载与电网之间、负载与负载之间有较好的电气隔离性能，隔离町以很容易地做到上万伏等级；2）扩展特性好，负载的路数可以任意地增减；3）偷出相同路数隔离的血流电源时，可靠性高、体积小、重量轻，成本也要低很多。新型多路输出高床隔离电源的一次结构

4、主电路如图2所示。从图2不难看出，这种电源上耍是山两级来实现，第-级为BuckDC/DC变换，第一•级为全桥逆变。新型多路隔离输出电源次级的主电路结构框图如图3所示。一次侧交流母线依次穿过所有环形磁芯，经过整流、线性稳床后，成为多路驱动电源。图3次级迄爲2初级主电路原理为了减化分析，对初级主电路做以下假设：1）L1足够大，也即Buck电路的输出电流不变，相为于一个恒流源：2）次级线性稳爪很稳，也即环形变丿禾器的初级电丿£町以等效为一个电用源，设次级线性稳斥后的电斥为Vo,则环形变用器的原边等效电床为Vo/Ns（其中Ns为环形变压器副边匝数）；3）所有n个次级负载的特性相同；4）所有的器件都是

5、理想器件。初级主电路控制和主要波形如图4所示。从图4口J以看出:其工作主要分以下几个阶段。图4驱动和逆变器输出电斥电流波形1）［0,tl］阶段S2,S3,S4,S5同时导通，D1续流，等效电路如图5（a）所示。从图5（a）不难看出，在理想的情况下，电感山图5(b)不难得关系式(1),即感L1放电，等效电路如3)[t2,所示。t3］阶段S1关闭，S2及S5开通，电可以得关系式(2),jdirL,击/vs(2)［t3,t4］阶段S2,S3,S4,S5同时导通,与图5(a)过程一样，这时候，电感电流维持不变。4)D15)续流，等效电路如图5(d)所示，［t4,t5］阶段SI,S4,S3导通,电感L

6、1充电。等效电路如图5(e)所示。同样可得关系式(3),7Ai的电流将维持不变。2)［tl,t2］阶段S3及S4关闭，SI,S2,S5导通。电感L1充电。等效电路如图5(b)所示。UP…-，6)［t5,t6］阶段S4及S3导通，DI(d)、(e)、(f)过程分别等效图5(a)、(b)、(c)。这样秒关系式(5),即续流，电感L1放电，等效电路如图5(f)所示。同样可得关系式(4),BP图5从上面的分析可以知，在一个逆变器的开关周期内虽然有6种工作状态，但是，在后半周期内，逆变器的等效负载电压改变了方向，因此，图5便可得电感的伏0(^-0)=~山式(5)得Buck电路的占空比为电感L1的平均

7、电流ILin/in盘日T)⑹令假设逆变器死区吋间(7)td<…°Buck变换器输入电流关系如式(8)所示。lin=DIL(8)3次级高压隔离一-般电源要实现高压隔离，都必须设计出能实现高压隔离的变压器。这种耐高压的变压器首先必须保证绝缘强度［4］,另外，在线包结构工艺，装配工艺，绝缘处理等诸多方面都有严格耍求。如果耍做到各路输出之间的高丿玉隔离，受到材料、温升、与其它参数的影响，变丿氐器休积将会过大，成本很高