專利名稱：高電位變壓器隔離驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種驅(qū)動器，尤其涉及一種高電位變壓器隔離驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
在《電子工程師》2006年第7期中，有一篇關(guān)于全固態(tài)調(diào)制器驅(qū)動設(shè)計的論文 《100kV/10MW全固態(tài)剛管調(diào)制器驅(qū)動，保護(hù)和檢測電路設(shè)計》(作者黃軍)。論文中指出脈沖 信號的傳輸和驅(qū)動技術(shù)是調(diào)制器的關(guān)鍵技術(shù)，直接關(guān)系到調(diào)制器的技術(shù)指標(biāo)和可靠性。同 時討論了固態(tài)開關(guān)器件驅(qū)動電路的特點(diǎn)。并給出了該全固態(tài)剛管調(diào)制器脈沖信號的傳輸和 驅(qū)動電路的設(shè)計方法。文章中提出由于開關(guān)管浮在IOOkV的高壓上，每一組開關(guān)管的驅(qū)動 信號都必須隔離，且要保持驅(qū)動信號的嚴(yán)格一致性，采用了光纖傳輸?shù)姆绞?。開關(guān)管得到的 驅(qū)動波形好，傳輸延遲小，有利于快速關(guān)斷驅(qū)動信號。在該剛管調(diào)制器中，由PLD形成4路 相同的定時脈沖分別送給4個脈沖分配板，每一塊脈沖分配板經(jīng)過驅(qū)動和分配，驅(qū)動40路 光纖發(fā)射器，共160路驅(qū)動信號通過光纖傳送到高電位上。在高電位上通過光接收器接受 并經(jīng)專門的驅(qū)動電路放大送給開關(guān)管。論文中所敘述光纖傳輸和驅(qū)動電路一致性好，不受脈沖波形寬度的限制。但從論 文中給出的方案可以知道，電路非常復(fù)雜，一路開關(guān)管就需要一路光纖，而且光接收設(shè)備和 驅(qū)動電路為有源器件，必須為高電位上的這些器件提供隔離的低壓電源。一個高壓的全固 態(tài)剛管調(diào)制器一般都是有幾十組開關(guān)管串聯(lián)組成的。這樣驅(qū)動方式的連線至少在上百根以 上，線路復(fù)雜，成本較高。而且由于高電位上光纖接收后采用的驅(qū)動芯片為小信號電路，在 負(fù)載打火時或電流突變時容易受到干擾，導(dǎo)致亂脈沖損壞開關(guān)管，大大降低系統(tǒng)的可靠性 指標(biāo)。

實(shí)用新型內(nèi)容所要解決的技術(shù)問題針對以上不足本實(shí)用新型提供了一種變壓器隔離驅(qū)動方式為無源驅(qū)動方式，抗干 擾能力強(qiáng)，可靠性高，而且電路設(shè)計簡單，容易操作實(shí)現(xiàn)，通用性強(qiáng)，成本極低的高電位變壓 器隔離驅(qū)動器。技術(shù)方案—種高電位變壓器隔離驅(qū)動器包括低壓驅(qū)動電路、一個變壓器初級和多組次級、 無源的阻容網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)管；低壓驅(qū)動電路采用全橋變換電路，包括一個接收電路、整形電 路、開啟驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路、整流濾波電路、全橋開關(guān)電路；全橋開關(guān)電路包括開啟開 關(guān)和關(guān)斷開關(guān)；外部產(chǎn)生的定時信號經(jīng)接收電路接收后送至整形電路，產(chǎn)生的控制脈沖分 別經(jīng)開啟驅(qū)動電路和關(guān)斷驅(qū)動電路去觸發(fā)開啟開關(guān)和關(guān)斷開關(guān)；由整流濾波電路產(chǎn)生的直 流電壓經(jīng)全橋開關(guān)電路后，最終得到與定時信號同步的正負(fù)驅(qū)動方波，該驅(qū)動方波被送至 變壓器的初級；一個變壓器初級和多組次級包括環(huán)形鐵芯、耐高壓絕緣線、次級繞組；小型的環(huán)形鐵芯放置在高電位上，一個環(huán)形鐵芯上每繞一組次級對應(yīng)一組開關(guān)管，耐高壓絕緣線穿過 所有變壓器鐵芯中心后與低壓驅(qū)動電路相連構(gòu)成初級；無源阻容網(wǎng)絡(luò)包括限流驅(qū)動電阻，吸收電容和鉗位穩(wěn)壓二極管；由變壓器次級繞 組來的觸發(fā)脈沖通過限流驅(qū)動電阻后直接驅(qū)動開關(guān)管；吸收電容并接在開關(guān)管的B，E兩 端，鉗位穩(wěn)壓二極管也并接在開關(guān)管的B，E兩端；低壓驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖經(jīng)變壓器隔離變壓后，每一組次級上得到驅(qū)動脈沖 送至其對應(yīng)的無源阻容網(wǎng)絡(luò)，最后去觸發(fā)開關(guān)管。所述的型鐵芯為超微晶環(huán)型鐵芯。有益效果本實(shí)用新型電路的穩(wěn)定性和可靠性都得到有極大的提高，而且變壓器鐵心的增減 非常方便，可以用于多種規(guī)格的調(diào)制器，具有非常好的通用性指標(biāo)。工程設(shè)計和調(diào)試的工作 量大大減少，而且所用器件為常用器件，成本極低。變壓器隔離驅(qū)動方式為無源方式，大大 提高了調(diào)制器的可靠性，降低了系統(tǒng)的使用成本和維護(hù)費(fèi)用，節(jié)省了大量的時間、人力和物 力。

圖1是本高電位變壓器隔離驅(qū)動器的電路框圖；圖2是低壓驅(qū)動電路框圖；圖3是阻容網(wǎng)絡(luò)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。如圖1所示，本高電位變壓器隔離驅(qū)動器包括低壓驅(qū)動電路，一個變壓器初級和 多組次級，無源的阻容網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)管。如圖2所示，低壓驅(qū)動電路采用全橋變換電路，包括一個接收電路、整形電路、開 啟驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路、整流濾波電路、全橋開關(guān)電路(包括開啟開關(guān)和關(guān)斷開關(guān))。外 部產(chǎn)生的定時信號經(jīng)接收電路接收后送至整形電路，產(chǎn)生的控制脈沖分別經(jīng)開啟驅(qū)動電路 和關(guān)斷驅(qū)動電路去觸發(fā)開啟開關(guān)和關(guān)斷開關(guān)。由整流濾波電路產(chǎn)生的直流電壓經(jīng)全橋開關(guān) 電路后，最終得到與定時信號同步的正負(fù)驅(qū)動方波，該驅(qū)動方波被送至變壓器的初級。一個變壓器初級和多組次級包括環(huán)形鐵芯，耐高壓絕緣線，次級繞組。小型的環(huán)形 鐵芯放置在高電位上。一個環(huán)形鐵芯上可以繞一組次級對應(yīng)一組開關(guān)管，也可以繞幾組次 級對應(yīng)幾組開關(guān)管，即次級繞組的組數(shù)與開關(guān)管的組數(shù)一一對應(yīng)。耐高壓絕緣線穿過所有 變壓器鐵芯中心后與低壓驅(qū)動電路相連構(gòu)成初級。變壓器的高電位隔離通過耐高壓絕緣線 本身的特性來實(shí)現(xiàn)，也可以采用耐高壓絕緣材料作成空心護(hù)套，中間穿低壓線來隔離高壓。 絕緣材料有環(huán)氧、聚酰亞胺和聚砜。如圖3所示，無源阻容網(wǎng)絡(luò)包括限流驅(qū)動電阻，吸收電容和鉗位穩(wěn)壓二極管。由變 壓器次級繞組來的觸發(fā)脈沖通過限流驅(qū)動電阻后直接驅(qū)動開關(guān)管。吸收電容并接在開關(guān)管 的B，E兩端，用于抑制脈沖尖峰和干擾。鉗位穩(wěn)壓二極管也并接在開關(guān)管的B，E兩端，用來 保證驅(qū)動脈沖的電壓在開關(guān)管的正常工作電壓范圍內(nèi)。
4[0022]低壓驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖經(jīng)變壓器隔離變壓后，每一組次級上得到驅(qū)動脈沖 送至其對應(yīng)的無源阻容網(wǎng)絡(luò)，最后去觸發(fā)開關(guān)管。實(shí)施例這是一個20kV/2MW全固態(tài)剛管調(diào)制器驅(qū)動電路的設(shè)計實(shí)例。該調(diào)制器工作電壓 為20kV，工作峰值電流為100A，最大工作頻率為20kHz，最大脈寬為100 μ s，最大工作比為5%。綜合比較了多種固態(tài)開關(guān)器件，采用了一種1200V/72A的IGBT單管作為開關(guān)管， 這種IGBT管開關(guān)速度可達(dá)100 ns以上，開關(guān)損耗小于10mJ。采用整個調(diào)制器由八塊調(diào)制 組件板串聯(lián)構(gòu)成調(diào)制開關(guān)。每塊調(diào)制組件板上裝有4組串聯(lián)，每組用3個IGBT管并聯(lián)。整 個調(diào)制器一共96個IGBT管。調(diào)制器采用變壓器隔離傳輸方式。每塊調(diào)制組件板上裝有一個超微晶環(huán)型鐵芯， 總共八個鐵芯。每個鐵芯繞四組次級，分別對應(yīng)該板上的四組IGBT開關(guān)管。超微晶鐵心采 用上海安泰至高非晶金屬有限公司生產(chǎn)的Φ60/Φ40Χ15超微晶鐵芯。用一個高壓線穿過 每個鐵芯的中間構(gòu)成初級與低壓全橋驅(qū)動電路相連，完成信號的傳輸。高壓線采用江蘇通 光電子線纜股份有限公司生產(chǎn)的TGHVF46-50 2mm2耐高壓電線，該高壓線能耐50KV高壓， 在本調(diào)制器上使用完全沒有問題。變壓器的次級每組繞6匝，這樣初次級的匝比為8 :6。初級驅(qū)動電壓為24V左右 就能滿足開關(guān)管15V左右驅(qū)動電壓的要求。為滿足系統(tǒng)IOOys的脈寬要求，在變壓器初級加有反向去磁電路，去磁電流為 0. 4A，在實(shí)際測量中，調(diào)制器輸出脈寬可達(dá)110μ s，完全滿足指標(biāo)要求。這樣設(shè)計出來的調(diào)制器的最終輸出波形電阻負(fù)載特性下前沿小于1 μ s，后沿不大 于2PS。在實(shí)際使用大大提高了整個系統(tǒng)的效率。
權(quán)利要求1.一種高電位變壓器隔離驅(qū)動器，其特征在于包括低壓驅(qū)動電路、一個變壓器初級 和多組次級、無源的阻容網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)管；低壓驅(qū)動電路采用全橋變換電路，包括一個接收電路、整形電路、開啟驅(qū)動電路、關(guān)斷 驅(qū)動電路、整流濾波電路、全橋開關(guān)電路；全橋開關(guān)電路包括開啟開關(guān)和關(guān)斷開關(guān)；外部產(chǎn) 生的定時信號經(jīng)接收電路接收后送至整形電路，產(chǎn)生的控制脈沖分別經(jīng)開啟驅(qū)動電路和關(guān) 斷驅(qū)動電路去觸發(fā)開啟開關(guān)和關(guān)斷開關(guān)；由整流濾波電路產(chǎn)生的直流電壓經(jīng)全橋開關(guān)電路 后，最終得到與定時信號同步的正負(fù)驅(qū)動方波，該驅(qū)動方波被送至變壓器的初級；一個變壓器初級和多組次級包括環(huán)形鐵芯、耐高壓絕緣線、次級繞組；小型的環(huán)形鐵芯 放置在高電位上，一個環(huán)形鐵芯上每繞一組次級對應(yīng)一組開關(guān)管，耐高壓絕緣線穿過所有 變壓器鐵芯中心后與低壓驅(qū)動電路相連構(gòu)成初級；無源阻容網(wǎng)絡(luò)包括限流驅(qū)動電阻，吸收電容和鉗位穩(wěn)壓二極管；由變壓器次級繞組來 的觸發(fā)脈沖通過限流驅(qū)動電阻后直接驅(qū)動開關(guān)管；吸收電容并接在開關(guān)管的B，E兩端，鉗 位穩(wěn)壓二極管也并接在開關(guān)管的B，E兩端；低壓驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖經(jīng)變壓器隔離變壓后，每一組次級上得到驅(qū)動脈沖送至 其對應(yīng)的無源阻容網(wǎng)絡(luò)，最后去觸發(fā)開關(guān)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電位變壓器隔離驅(qū)動器，其特征在于所述的型鐵芯為超 微晶環(huán)型鐵芯。
專利摘要一種高電位變壓器隔離驅(qū)動器，包括低壓驅(qū)動電路、一個變壓器初級和多組次級、無源的阻容網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)管；低壓驅(qū)動電路最終得到與定時信號同步的正負(fù)驅(qū)動方波，該驅(qū)動方波被送至變壓器的初級；一個變壓器初級和多組次級，其小型的環(huán)形鐵芯放置在高電位上，一個環(huán)形鐵芯上每繞一組次級對應(yīng)一組開關(guān)管，耐高壓絕緣線穿過所有變壓器鐵芯中心后與低壓驅(qū)動電路相連構(gòu)成初級；無源阻容網(wǎng)絡(luò)，其由變壓器次級繞組來的觸發(fā)脈沖通過限流驅(qū)動電阻后直接驅(qū)動開關(guān)管；吸收電容、鉗位穩(wěn)壓二極管分別并接在開關(guān)管的B,E兩端；低壓驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖經(jīng)變壓器隔離變壓后，每一組次級上得到驅(qū)動脈沖送至其對應(yīng)的無源阻容網(wǎng)絡(luò)，最后去觸發(fā)開關(guān)管。
文檔編號H02M1/08GK201846225SQ20102061573
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月20日
發(fā)明者王登峰 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所