一種多路輸出隔離驅動電路及其在短路限流器中的應用

1引言

電力電子技術的迅猛發展，使得電力電子裝置的應用越來越廣泛。目前，在電力電子裝置中，在需要隔離電源的地方，均設置獨立的包括原、副邊電路的整套工作電源，電路復雜，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動電路，可以省掉復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合。文獻[1]提出的用于電力電子裝置的多路輸出隔離電源驅動電路，采用了分布式供電方式，使用一套主電路就可以產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，可靠性高等顯著優點。而且由于采用具有獨立磁路的副邊繞組的變壓器，副邊繞組個數也就是輸出隔離電源的路數的增減非常方便，特別是當輸出隔離電源的路數較多時，該電源的優勢就更為明顯。

文獻[2]提出的三相橋式固態短路故障限流器，適用于電壓等級較高的電網，電路如圖1所示，為了增加耐壓等級，電路中各晶閘管均采用多個串聯的形式，增加了隔離輸出路數，本文將隔離電源應用于該限流器中，實驗結果驗證了電路工作的可靠性。

圖1三相橋式固態短路故障限流器

2系統結構

多路輸出隔離電源驅動電路如圖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行高頻變壓器隔離變換并經整流，濾波，穩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，并且在實際電路中它與供電對象之間可以靠得很近，減小了被干擾的機會。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多路輸出驅動電路供電方式

3工作原理

驅動電路的結構框圖如圖3所示。虛線框1內為整流及線性穩壓電路，虛線框2內為具有強觸發的驅動電路。

圖3驅動電路的結構框圖

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）

當占空比D=0.5時，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線性穩壓及過流保護電路

由于供電電源是電流源信號，穩壓電路采用了并聯型線性穩壓方式，電路如圖6所示。R1起限流作用，R2，R3，R4和Z1組成穩壓電路，Z1采用TL431精密穩壓管，R5，V1和S1組成過流保護電路，當輸入電流過大時，V1導通，S1柵極為高電平而導通，從而限制了流過Z1的電流，保護了后級電路。

圖6線性穩壓及過流保護電路

3.3強觸發電路

強觸發電路如圖7所示。當輸入下降沿到來時，由于電容兩端電壓不能突變，點2電位變為低電平，輸出強觸發脈沖，下降沿結束后，電容開始充電，點2電位上升，當V2>Vref時，強觸發結束。強觸發寬度τ按式（5）計算。

τ=－（R1＋R2）C1ln（5）

式中：V1O為電容開始充電時點1電壓；V1C為比較器翻轉時點1臨界電壓。

圖7強觸發電路