多路输出高压隔离驱动电源的研究

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1、多路输出高压隔离驱动电源的研究马永堂1赵刚2陕丙黄河集团陕丙丙安710043以电流源母线为架构的多路输出高压隔离驱动电源。该电源拓扑、控制简单，适用环境好，装卸方便。主要对该架构驱动电源和IGBT驱动配合使用进行了详细分析、仿真和实验验证。结果表明该驱动电源可与IGBT驱动配合使用，能很好地运用在需多路输出的高压隔离场合。随着轻型高压直流输电的发展，该类型电源作为驱动电源，異有广阔的应用前景。木文分析了高压隔离和多路输出，并以实例探讨了风力发电广泛应用多路输出高压隔离驱动电源。关键词：电源；多路输出；高压隔离中高压电力电子装置应用中，

2、开关半导体器件受到耐压的限制必须串联使用。因此，多路输出是对驱动电源的必然要求。同时，串联器件的驱动参考电位几乎都是浮动的，因此各器件的驱动都需要一定高压等级的隔离性能。一、高压隔离和多路输出1.结构和特点。经由电流变压器实现驱动的磁隔离和多路输出，供给各个驱动模块驱动功率。它的磁心采用环形结构，一次绕组仅有一匝或更少。每个驱动模块都配备一个电流变压器。根据串联型交流母线思想，可以选择一根高压绝缘电缆线构成各个电流变压器的统一一次侧，这根电缆线穿过所有电流变压器磁环的中心。磁环的二次侧绕组可以适当地绕几匝，取出交变电流功率信号，经过整

3、流、滤波、稳压，即可成为一路隔离驱动电源。其特点如下：(1)高电压等级隔离。由于采用高压电缆传递功率，保证了一、二次侧间的隔离电压至少等于这根高压绝缘电缆线的隔离电压。而超高压隔离性能的电缆，它的外层绝缘层能够很容易地达到15kV的高压隔离等级，因此变压器的一、二次侧绕组之间的隔离电压就可以达到相当高的等级。同时，由于采用光纤传输控制信号，而光纤具有非常好的抗电磁干扰的能力，高的电绝缘性能，每米耐压200kV,是B前高压和低压隔离通信最理想的材料，因此控制信号隔离电压也可以达到相当高的等级。(1)多路输出特性。电流变压器的磁环与驱动模

4、块可以整合，配合器件的安装。交流母线只是穿过磁环所以容易实现输出路数的可增减性；交流母线可以穿行于装置所有需要驱动电源的地方，便于驱动电源的安装。1.电流变压器磁心。其中关键技术是电流变压器，由于结构上采用环形磁心,一次侧匝数少iL固定，因此对磁心的选择也提出了一定要求。磁导率高。高的磁导率能够获得大的励磁电感。同吋结构上要求磁路长度短，截面积大以获得良好的电磁耦合效果，降低励磁电流。磁心损耗小。磁心损耗可以近似表示为：式中，ΔB为磁感应强度变化值;λl为伏秒值;Np为一次侧匝数(<1);Ae为等效磁路截面积

5、；le为等效磁路长度；f为工作频率；ηfe为损耗系数；α、β为指数系数。Np小会导致磁心损耗的急剧增人，因此对于电流变压器的应用要求磁心损耗系数小。一定的功率等级。电流变压器励磁电感存储无功功率，有功功率传输效率低，因此相对处理功率较大。对磁环而言，则要求冇高的磁通饱和密度。温度稳定性好。励磁电流人(ΔB人)，磁心损耗大、温升高，因此要求磁心具有好的温度特性和高的居里温度。二、实例分析1.近年，风力发电得到广泛的研究，已经成为电力系统不可或缺的一部分。由于风电自身因素的限制，远距离交流输电存在

6、一定局限性。因此，考虑到传输效率以及经济性、控制简单性，通常使用高压直流输电技术来传输风能。资料显示，该驱动电源配合固态短路限流器的使用进行了实验。在此介绍了该驱动电源在IGBT驱动中的应用，分析电路中部分参数对输出电压的影响，并进行仿真验证，给出了相关实验波形。2.系统架构、电路拓扑及其工作原理(1)图1示出该系统架构示意图。输入电压在滤波后经过全桥逆变形成幅值恒定的交变电流源，加入的串联谐振网络可以改善电流波形，使之更趋于正弦波。电流变压器采用环形磁芯，使用高压电缆作为该交流电流母线穿过所冇磁环作为初级，在磁环上适当地绕几匝作为次

7、级，次级电流经过整流、滤波、稳压，可以成为一路隔离驱动电源，给IGBT驱动板以及光纤接收器供电。工作情况如下：当IGBT启动和关断瞬间需要较大电流时，需要电流变压器取出比较大的功率供给驱动电源；当IGBT处于导通吋段吋，需要取出的功率相应变小一点，保证IGBT门极与发射极之间电压足够能维持其•处于开通状态；当IGBT处于关断吋段吋，则只需要给IGBT驱动板和光纤接收器供电。上述IGBT驱动板以及光纤接收器需要一直供电，以保证能随吋耦合到光纤的控制信号来驱动IGBT。因此，单个高压稳压驱动电源都至少会有一个约为lkΩ的负载阻

8、抗。IGBT是场控器件，输入阻抗无穷大，在并联上述大小变化不大的负载后，次级将会一直冇负载阻抗存在，稳压模块吋刻都需要向负载提供能量。(2)电流型高压隔离驱动电源的拓扑。通过调频控制桥臂间输出电流的平均值，即控制电流母线