大功率装置用多路输出高压隔离新型开关电源设计

《大功率装置用多路输出高压隔离新型开关电源设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、大功率装置用多路输出高压隔离新型开关电源设计

2、第1内容显示中图1三相接地系统固态短路限流器主电路拓扑DusanM.Raonic[2]提出了一种晶闸管自我供能的门极驱动方式，它把一个缓冲电容作为能量存贮单元，解决了几乎每个功率开关管都存在的对隔离电源的需求。但是，这种方式只能被用于工作在功率变换器直流侧的晶闸管和GTO的门极驱动中。ChangLiuchen[3]研制了一种驱动板电源用于三相逆变器中大功率IGBT的驱动，它通过一个多绕组的变压器，实现了4路相互隔离的输出。这种电源的缺点是随着输出路数和隔离电压的增加会导致变压器的结构很复杂，体积极庞大。Heineman

3、nLotharetal[4]提出了一种具有超高压隔离性能的电源用作IGBT的门极驱动，它使用了一种特殊结构的变压器，于是只能有一路输出。如果这种电源被用到如图1所示的固态短路故障限流器中，61路驱动电源将会不可避免地导致装置体积庞大，而且安装和配线都会有很大的不便。基于专利技术[1]，研制了一种具有多路输出，高压隔离性能的实用新型开关电源，用于多管驱动。该500)this.style.ouseg(this)">图2新型电源的主电路拓扑第三部分的功能是产生一个幅值恒定的直流电流I1。由于这里采用的P开关控制芯片是专门为移相全桥变换器电路设计的，满足全桥变换器需要的4

4、路48％占空比的P驱动信号，通过简单组合可形成两路占空比48％内可调的P驱动信号，所以恒流源的主电路采用了一个双Buck的电路拓扑。这个双Buck变换器等效于两个普通的单Buck变换器的并联。MOSFETS1，二极管D1，电感L2组成了一个单Buck变换器；MOSFETS2，二极管D2，电感L3组成了另一个。这两个单Buck变换器分别由两路互补对称的P驱动信号控制。它们和电感L1，二极管D3一起组成了双Buck变换器。两个单Buck变换器共同使用电感L1，这样电感L2和L3的体积和重量都可以减小。二极管D3的功能是箝制恒流输出型双Buck变换器的输出电压，使它不超

5、过整流器的输出电压。第四部分是一个单相的全桥变换器，它把幅值恒定的直流电流I1变换成高频的交流电流i2。S5和S8（或S6和S7）由同一个驱动信号控制，实现了同步开通和关断。S1及S2和S5～S8的控制信号如图3所示。当S6及S7开通且S5及S8关断时，按照图2所定义的i2的正方向，i2为正值。而当S6及S7关断且S5及S8开通时，i2为负值。电流i2的波形是方波。和电压型的全桥变换器不同的是，为了避免由于单相变换器中的4个MOSFET同时关断引起的过压，S5及S8应该在S6及S7开通以后再关断，反之亦然。延时时间td如图3所示。500)this.style.ou

6、seg(this)">(a)S1控制信号500)this.style.ouseg(this)">(b)S2控制信号500)this.style.ouseg(this)">(c)S5及S8控制信号500)this.style.ouseg(this)">(d)S6及S7控制信号图3MOSFET的控制信号第五部分包括T1，T2，……Tn是一些特殊结构的变压器和电流i2的电缆线的引线电感L4。为了减小这个新型电源的体积，功率开关管必须工作在一个很高的频率下。这里采用了多谐振荡零电压软开关技术减小开关损耗，减小器件的电压电流应力，并获得良好的电磁兼容性。所有8个功率开关管都

7、工作在软开关模式下。R3是一个电流检测电阻用作电源的短路保护。R4是另一个电流检测电阻，用来实现电流I1的闭环控制。3控制电路控制电路的主要功能就是产生驱动信号，控制主电路产生一个幅值恒定的高频电流。为了使电流幅值恒定，采用了如上节所述的双Buck变换器电路。这个双Buck变换器控制电路的主要部分包括一个电流反馈的PI调节器和一个P信号发生器。单相桥式变换器的控制电路用以产生如图3（c）和图3（d）所示的控制信号。所有上述的功能只要用一片集成芯片UC3875就可以实现。UC3875产生的驱动信号使两个对角开关管的开关动作相对于另两个对角开关管的开关动作产生相移，实

8、现了对桥式功率级的控制，能够在很高的频率下允许固定频率P调节结合谐振零电压软开关，实现高效率。4输出变压器采用磁环做输出变压器，每个输出变压器的原边仅有一匝，即高频交流电流i2流经的一根穿过所有输出变压器磁环的高压绝缘电缆线。通过输出变压器的增减，驱动电源路数能够很容易地实现增减。如果电流I1和整流器的输出电压足够高，仅一个电源就能够实现大量的隔离输出。新型电源每个输出单元都可以很容易地放置，只要把它们安装在相应晶闸管附近，用电缆线穿过所有磁环，用光纤传送DSP输出的驱动信号，既可实现整个装置的电能与信号分开传送，又可满足限流器中晶闸管安装的需要。因为，这些晶闸管

9、被使用在高