一種多路輸出隔離驅(qū)動(dòng)電路及其在短路限流器中的應(yīng)用

1引言

電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得電力電子裝置的應(yīng)用越來越廣泛。目前，在電力電子裝置中，在需要隔離電源的地方，均設(shè)置獨(dú)立的包括原、副邊電路的整套工作電源，電路復(fù)雜，效率低，體積大，成本高，可靠性低；有些電力電子裝置使用帶有電壓泵的專用單電源驅(qū)動(dòng)電路，可以省掉復(fù)雜的多路隔離輔助電源，但由于這種專用電路的局限性，不能適用于高電壓、大功率和其它有特殊需要的場(chǎng)合。文獻(xiàn)[1]提出的用于電力電子裝置的多路輸出隔離電源驅(qū)動(dòng)電路，采用了分布式供電方式，使用一套主電路就可以產(chǎn)生多組彼此隔離的副邊電壓，和其他形式的電源相比，在輸出功率和輸出路數(shù)相等的情況下，具有體積小，重量輕，效率高，可靠性高等顯著優(yōu)點(diǎn)。而且由于采用具有獨(dú)立磁路的副邊繞組的變壓器，副邊繞組個(gè)數(shù)也就是輸出隔離電源的路數(shù)的增減非常方便，特別是當(dāng)輸出隔離電源的路數(shù)較多時(shí)，該電源的優(yōu)勢(shì)就更為明顯。

文獻(xiàn)[2]提出的三相橋式固態(tài)短路故障限流器，適用于電壓等級(jí)較高的電網(wǎng)，電路如圖1所示，為了增加耐壓等級(jí)，電路中各晶閘管均采用多個(gè)串聯(lián)的形式，增加了隔離輸出路數(shù)，本文將隔離電源應(yīng)用于該限流器中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了電路工作的可靠性。

圖1三相橋式固態(tài)短路故障限流器

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多路輸出隔離電源驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示，它利用一組公用的交流母線，在主電路需要輔助電源的地方進(jìn)行高頻變壓器隔離變換并經(jīng)整流，濾波，穩(wěn)壓后變成所需要的直流電壓。分布式供電方法解決了多路隔離輸出的困難，并且在實(shí)際電路中它與供電對(duì)象之間可以靠得很近，減小了被干擾的機(jī)會(huì)。隔離變壓器的絕緣電壓也可以做得比較高，原副邊的分布電容比較小。

圖2多路輸出驅(qū)動(dòng)電路供電方式

3工作原理

驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。虛線框1內(nèi)為整流及線性穩(wěn)壓電路，虛線框2內(nèi)為具有強(qiáng)觸發(fā)的驅(qū)動(dòng)電路。

圖3驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)框圖

3.1高頻變壓器等效電路

高頻變壓器等效電路如圖4所示。其中Lm為變壓器原邊激磁電感，變壓器變比為1：N，is為高頻方波電流源，Vo為變壓器輸出電壓，io為變壓器輸出電流。由于變壓器原邊繞組只有一匝，所以有

Lm=（1）

當(dāng)占空比D=0.5時(shí)，變壓器的工作波形如圖5所示。

圖4變壓器等效電路

圖5變壓器工作波形

[t0－t1]階段，Vo為高電平，iL線性上升，其增量為

ΔiL1=dt=（t1－t0）=DT=（2）

[t1－t2]階段，Vo為低電平，iL線性下降，其增量為

ΔiL2=－ΔiL1=－（3）

輸出電流為

io=（4）

3.2線性穩(wěn)壓及過流保護(hù)電路

由于供電電源是電流源信號(hào)，穩(wěn)壓電路采用了并聯(lián)型線性穩(wěn)壓方式，電路如圖6所示。R1起限流作用，R2，R3，R4和Z1組成穩(wěn)壓電路，Z1采用TL431精密穩(wěn)壓管，R5，V1和S1組成過流保護(hù)電路，當(dāng)輸入電流過大時(shí)，V1導(dǎo)通，S1柵極為高電平而導(dǎo)通，從而限制了流過Z1的電流，保護(hù)了后級(jí)電路。

圖6線性穩(wěn)壓及過流保護(hù)電路

3.3強(qiáng)觸發(fā)電路

強(qiáng)觸發(fā)電路如圖7所示。當(dāng)輸入下降沿到來時(shí)，由于電容兩端電壓不能突變，點(diǎn)2電位變?yōu)榈碗娖?，輸出?qiáng)觸發(fā)脈沖，下降沿結(jié)束后，電容開始充電，點(diǎn)2電位上升，當(dāng)V2>Vref時(shí)，強(qiáng)觸發(fā)結(jié)束。強(qiáng)觸發(fā)寬度τ按式（5）計(jì)算。

τ=－（R1＋R2）C1ln（5）

式中：V1O為電容開始充電時(shí)點(diǎn)1電壓；V1C為比較器翻轉(zhuǎn)時(shí)點(diǎn)1臨界電壓。

圖7強(qiáng)觸發(fā)電路