專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高電位取能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，涉及一種高電位取能裝置，更具體涉及一種適用于全控型開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)閥中門(mén)極驅(qū)動(dòng)板的高電位取能裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的高壓大功率電力電子應(yīng)用領(lǐng)域中，針對(duì)不同開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)閥驅(qū)動(dòng)板的供能方式主要有低壓送能和高壓取能兩類(lèi)。
對(duì)于低壓送能中應(yīng)用最廣的是通過(guò)高頻脈沖變壓器把地電位的能量送到位于高壓側(cè)的驅(qū)動(dòng)板上的電磁送能方式。這種方式需要高可靠的電壓隔離措施，因此設(shè)備的體積和造價(jià)都很大， 一般用于電壓相對(duì)較低場(chǎng)合。
對(duì)于高壓取能中常見(jiàn)的有利用特制的電流互感器(CT)在從線路上感應(yīng)電壓，通過(guò)處理后提供給驅(qū)動(dòng)板，其特點(diǎn)是在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通時(shí)線路中有電流流過(guò)時(shí)才能取得能量。這種方式常應(yīng)用于晶閘管為開(kāi)關(guān)器件的串聯(lián)閥，因?yàn)榫чl管是半控器件不需要關(guān)斷能量要求。而對(duì)于開(kāi)通和關(guān)斷都需要能量的全控型開(kāi)關(guān)器件，這種方式很難滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)板的能量要求。
高壓取能中另外一種常見(jiàn)形式是通過(guò)開(kāi)關(guān)器件并聯(lián)的阻容元件結(jié)合一定的取能單元電路為驅(qū)動(dòng)供能。這種取能裝置是利用在開(kāi)關(guān)器件兩端電壓出現(xiàn)上升沿時(shí)向取能電容充電，直至充電滿(mǎn)足要求為止。它主要應(yīng)用于晶閘管為開(kāi)關(guān)器件的串聯(lián)閥。而對(duì)于高頻的開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷過(guò)程比較短，如果采用這種取能方式需要幾個(gè)周期才能取到要求的能量。
而對(duì)于高頻全控開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)閥驅(qū)動(dòng)板的供能電路，目前還沒(méi)有安全穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)單元供能技術(shù)專(zhuān)利。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明的發(fā)明目的在于研發(fā)一種可以充分滿(mǎn)足門(mén)極驅(qū)動(dòng)板的工作能量要求，在初始狀態(tài)下亦可取得到能量，并且與門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元處于同于電位，不需要增加額外的絕緣設(shè)備，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于與門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路板集成的高電位取能裝置。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種高電位取能裝置，包括高電位 電壓取能電路、電流互感器CT取能電路和能量管理系統(tǒng)，其特征在于所述高電位電壓取 能電路在開(kāi)關(guān)器件承受電壓時(shí)能夠取得能量，包括連接于開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)閥中每只開(kāi)關(guān)器件 的阻容吸收電路的電容(Cl)兩端為門(mén)極驅(qū)動(dòng)板GDU提供工作電壓；所述電流互感器CT 取能電路包括取能電流傳感器和另一取能電路，其在開(kāi)關(guān)器件接通，線路中有電流流過(guò)時(shí)， 通過(guò)取能電流傳感器感應(yīng)電壓，經(jīng)過(guò)另一取能電路轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)板需要的電壓；所述能量管 理系統(tǒng)以上述高電位電壓取能電路和另一取能電路的工作狀態(tài)，按驅(qū)動(dòng)脈沖狀況以及實(shí)際 中的電壓和/或電流狀態(tài)進(jìn)行管理分配，并對(duì)獲得的能量進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
所述能量管理系統(tǒng)包括控制單元、能量配置單元和電源轉(zhuǎn)換電路組成，所述控制單元 根據(jù)驅(qū)動(dòng)板給出的開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖規(guī)律和開(kāi)關(guān)器件上的電壓和/或電流情況，以及驅(qū)動(dòng) 板上能量要求的變化情況來(lái)綜合得到此時(shí)應(yīng)采取的取能方式的控制信號(hào)，所述控制信號(hào)包 括高電位電壓取能選擇和電流互感器CT取能選擇；所述能量配置單元結(jié)合所述控制信號(hào) 選擇取能方式，并將取得的能量送給電源轉(zhuǎn)換電路；所述電源轉(zhuǎn)換電路將取得的能量轉(zhuǎn)換 成驅(qū)動(dòng)板要求的電壓。
所述高電位電壓取能電路包括動(dòng)態(tài)分壓電路、穩(wěn)壓電路和電源轉(zhuǎn)換電路。
本發(fā)明的有益效果在于-
1. 本申請(qǐng)介紹的高電位取能裝置可靠性高；
2. 本申請(qǐng)介紹的高電位取能裝置在電路有輸入電壓，即可取得能量，并且考慮初始狀態(tài)
的能量供給問(wèn)題；
3. 本申請(qǐng)介紹的高電位取能裝置不存在電壓絕緣問(wèn)題，因此體積小，便于集成；
4. 本申請(qǐng)介紹的高電位取能裝置可以作為各種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的串聯(lián)閥的門(mén)極驅(qū)動(dòng)的供 能方式，適用范圍廣。


圖1是高電位取能裝置在IGBT閥中的連接示意圖2是依據(jù)本發(fā)明的高電位取能裝置內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)示意圖3是依據(jù)本發(fā)明的高電位取能裝置的開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)脈沖示意圖;
圖4是依據(jù)本發(fā)明的高電位取能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖5是依據(jù)本發(fā)明的高電位取能裝置的能量管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如附圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的高頻全控型開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)閥的驅(qū)動(dòng)板對(duì)供能裝置的要求 較高，需要其能保證安全穩(wěn)定的能量供給。
如附圖2所示，給出一種高電位電壓取能電路，其附著連接于開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)閥中每 只開(kāi)關(guān)器件的阻容吸收電路(電阻R、 二極管D和電容C1)的電容(Cl)兩端為門(mén)極驅(qū) 動(dòng)板(GDU)提供工作電壓。由于取能電路與吸收電容和驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)連接在IGBT的發(fā) 射極(e)，因此不需要考慮電壓絕緣問(wèn)題。而由于高頻全控型開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷過(guò)程短，因此 這種取能電路在設(shè)計(jì)中加入了電阻分壓電路，使得取能電路只要在開(kāi)關(guān)器件承受的電壓時(shí) 即可取得能量，避免了取能電路的取能不足問(wèn)題。
高電位電壓取能電路由三部分電路組成動(dòng)態(tài)分壓電路(Nl)、穩(wěn)壓電路(N2)和電 源轉(zhuǎn)換電路(N3)。
動(dòng)態(tài)分壓電路(Nl)在絕緣柵雙極型功率管IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)，并且承受一定電 壓時(shí)，通過(guò)電路設(shè)計(jì)取得初步設(shè)定的電壓。動(dòng)態(tài)分壓電路需要根據(jù)IGBT關(guān)斷時(shí)承受的電 壓和門(mén)極驅(qū)動(dòng)板能量需求等變化較大時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整電路結(jié)構(gòu)，保持取能電壓穩(wěn)定，并且實(shí) 現(xiàn)電路低功耗。
穩(wěn)壓電路(N2)將動(dòng)態(tài)分壓電路取得的電壓穩(wěn)定在設(shè)定值，當(dāng)上述情況變化較小時(shí) 起到穩(wěn)定電壓的作用，并且電路設(shè)計(jì)阻止能量向高電位取能電路入端流動(dòng)。
電源轉(zhuǎn)換電路(N3)將電壓轉(zhuǎn)換到門(mén)極驅(qū)動(dòng)板上電路需要的各種電壓等級(jí)，并維持
電壓穩(wěn)定o
對(duì)于高頻開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)閥往往應(yīng)用在高開(kāi)關(guān)頻率場(chǎng)合，而開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)
間也不固定。如圖3所示是一種開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，在某些時(shí)候的開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷 時(shí)間較短，或者開(kāi)通時(shí)間較短。這可能造成上述的取能裝置不能得到穩(wěn)定的能量輸出。
為了能夠使得驅(qū)動(dòng)板能在任何時(shí)刻都能獲得持續(xù)穩(wěn)定的能量供給，在高電位取能裝 置中增加了電流互感器(CT)取能電路和一個(gè)能量管理系統(tǒng)構(gòu)成了新的高電位取能裝置， 如圖4所示。
這種新型高電位取能裝置包括前述的高電位電壓取能電路(取能電路l)、 CT取能電 路和一個(gè)能量管理系統(tǒng)。
高電位電壓取能電路前以述及，主要是在開(kāi)關(guān)器件承受電壓時(shí)能夠取得到能量。CT取能電路由一個(gè)取能電流傳感器和取能電路2構(gòu)成，主要是在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通時(shí)線路中有流 過(guò)電流時(shí)通過(guò)取能電流傳感器感應(yīng)電壓，經(jīng)過(guò)取能電路2轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)板需要的電壓。因此 在開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)階段，可以采用取能電路l獲得滿(mǎn)足的能量；當(dāng)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通時(shí) 間較長(zhǎng)的階段，可以采用取能電路2獲得充足的能量。
上述兩種電路相結(jié)合即可以在任何情況下為驅(qū)動(dòng)板供給持續(xù)穩(wěn)定能量。而能量管理 系統(tǒng)就是為這兩種取能電路工作狀態(tài)按驅(qū)動(dòng)脈沖狀況以及實(shí)際中的電壓/電流狀態(tài)進(jìn)行管 理分配，并對(duì)獲得的能量進(jìn)行進(jìn)一步處理。如圖5所示的虛線框內(nèi)即為能量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖。能量管理系統(tǒng)由控制單元、能量配置單元和電源轉(zhuǎn)換電路組成?？刂茊卧鶕?jù)驅(qū)動(dòng)板 給出的開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖規(guī)律和開(kāi)關(guān)器件上的電壓、電流情況，以及驅(qū)動(dòng)板上的能量要 求變化情況來(lái)綜合得到此時(shí)應(yīng)采取的取能方式的信號(hào)?？刂菩盘?hào)包括高電位電壓取能選擇 和CT取能選擇。能量配置單元中結(jié)合控制信號(hào)選擇取能方式，并將取得能量送給電源轉(zhuǎn) 換電路。電源轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將能量轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)板要求的電壓。
此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在 不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見(jiàn)的。示例性的實(shí)施例僅僅是例 證性的，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1、一種高電位取能裝置，包括高電位電壓取能電路、電流互感器CT取能電路和能量管理系統(tǒng)，其特征在于所述高電位電壓取能電路在開(kāi)關(guān)器件承受電壓時(shí)能夠取得能量，包括連接于開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)閥中每只開(kāi)關(guān)器件的阻容吸收電路的電容(C1)兩端為門(mén)極驅(qū)動(dòng)板GDU提供工作電壓；所述電流互感器CT取能電路包括取能電流傳感器和另一取能電路，其在開(kāi)關(guān)器件接通，線路中有電流流過(guò)時(shí)，通過(guò)取能電流傳感器感應(yīng)電壓，經(jīng)過(guò)另一取能電路轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)板需要的電壓；所述能量管理系統(tǒng)以上述高電位電壓取能電路和另一取能電路的工作狀態(tài)，按驅(qū)動(dòng)脈沖狀況以及實(shí)際中的電壓和/或電流狀態(tài)進(jìn)行管理分配，并對(duì)獲得的能量進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于能量管理系統(tǒng)包括控制單元、能量配置單元和 電源轉(zhuǎn)換電路組成，所述控制單元根據(jù)驅(qū)動(dòng)板給出的開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖規(guī)律和開(kāi)關(guān)器件 上的電壓和/或電流情況，以及驅(qū)動(dòng)板上能量要求的變化情況來(lái)綜合得到此時(shí)應(yīng)采取的取能 方式的控制信號(hào)，所述控制信號(hào)包括高電位電壓取能選擇和電流互感器CT取能選擇；所 述能量配置單元結(jié)合所述控制信號(hào)選擇取能方式，并將取得的能量送給電源轉(zhuǎn)換電路；所 述電源轉(zhuǎn)換電路將取得的能量轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)板要求的電壓。
3、 如權(quán)利要求1-2中任一所述的裝置，其特征在于所述高電位電壓取能電路包括動(dòng)態(tài)分 壓電路、穩(wěn)壓電路和電源轉(zhuǎn)換電路。
全文摘要
本申請(qǐng)介紹的高電位取能裝置包括高電位電壓取能電路、電流互感器CT取能電路和能量管理系統(tǒng)，該裝置可以充分滿(mǎn)足門(mén)極驅(qū)動(dòng)板的工作能量要求，在初始狀態(tài)下亦可取得到能量，并且與門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元處于同于電位，不需要增加額外的絕緣設(shè)備，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于與門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路板集成。
文檔編號(hào)H03K17/00GK101478301SQ20081024706
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者何維國(guó), 棟 劉, 劉談平, 湯廣福, 苑春明, 賀之淵 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院;上海市電力公司