高壓隔離型scr和igbt驅(qū)動(dòng)器的無線供電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子設(shè)備領(lǐng)域，基于無線供電技術(shù)的高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng) 器，主要應(yīng)用于高壓電力電子設(shè)備功率器件的驅(qū)動(dòng)，采用無線供電技術(shù)，將驅(qū)動(dòng)器電源的 原副邊隔離，實(shí)現(xiàn)了電力電子設(shè)備高壓隔離驅(qū)動(dòng)器電源的無線供電，從根本上解決了制 約驅(qū)動(dòng)器的高壓隔離問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高壓大功率電力電子設(shè)備的不斷發(fā)展，各路串接在一起的驅(qū)動(dòng)器電源之間， 往往需要承受極高的工作電壓。近來，多級(jí)高壓隔離技術(shù)越來越多的被應(yīng)用于電路的驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)中，以滿足高隔離電壓的需要，但同時(shí)也使得驅(qū)動(dòng)器越來越復(fù)雜。目前，SCR和IGBT作 為電力電子的主流功率器件，均向著更高耐壓等級(jí)的方向發(fā)展，這要求驅(qū)動(dòng)器電源具有更 高的隔離電壓等級(jí)。為了整個(gè)系統(tǒng)能夠可靠安全穩(wěn)定運(yùn)行，首先要保證SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器 隔離電源工作的可靠性。
[0003] 傳統(tǒng)的高壓隔離技術(shù)，是基于電磁感應(yīng)原理，即變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng) 產(chǎn)生電場(chǎng)。用于高壓供電的隔離變壓器和電流型傳感器均是基于電磁感應(yīng)原理的隔離變壓 器，它通過交變磁場(chǎng)把電源輸出的能量傳送到負(fù)載。一般的變壓器原邊和副邊由閉合鐵心 (或其他磁性材料）連接在一起，原線圈和副線圈之間緊密耦合，不可分離。
[0004] 傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器電源高壓隔離技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)高壓隔離，必須要設(shè)計(jì)出高壓隔離的電 源變壓器。首先要解決絕緣材料問題，為了保證原、副邊可以承受極高的耐壓，必須選用絕 緣強(qiáng)度足夠高的絕緣材料和線纜，絕緣材料在厚度上也要適當(dāng)考慮。其次要解決裝配工藝 問題，原邊和副邊由閉合磁性材料連接在一起，原線圈和副線圈之間緊密耦合，就需要對(duì)線 包結(jié)構(gòu)工藝、裝配過程、灌注處理等有嚴(yán)格的要求。再次要解決多路輸出問題，對(duì)于采用三 相供電的電力電子設(shè)備，往往要求6路、或12路、或18路，甚至更多路互相隔離的驅(qū)動(dòng)器， 顯然在滿足絕緣耐壓和裝配工藝的前提下，受材料、溫升、與其他參數(shù)的影響，電源變壓器 體積必然會(huì)變大，成本也會(huì)很高。驅(qū)動(dòng)器由于采用了傳統(tǒng)高壓隔離電源變壓器，且在PCB上 進(jìn)行裝配，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)就必須考慮原副邊的電氣間隙和爬電距離，從而給設(shè)計(jì)靈活性和保 證可靠性增加了難度，更是增加了驅(qū)動(dòng)器體積。
[0005] 傳統(tǒng)的SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器高壓隔離采用高壓隔離電源變壓器實(shí)現(xiàn)，多路驅(qū)動(dòng)就需 要配置多個(gè)高耐壓高絕緣的隔離變壓器，或一個(gè)多路輸出的高耐壓高絕緣隔離變壓器。由 于高耐壓、高絕緣的要求，必然使驅(qū)動(dòng)器體積變大和成本增加。同時(shí)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器的高壓隔 離電源變壓器原邊和副邊必須在閉合磁性材料內(nèi)耦合，且由于高耐壓、高絕緣的要求，也必 然使變壓器絕緣材料的選擇，制作工藝等難度增加，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)也需要考慮爬電距離和電 氣間隙等，且可靠性不能保障。特別是基于當(dāng)前SCR和IGBT等功率器件向著更高耐壓等級(jí) 的方向發(fā)展，高壓隔離驅(qū)動(dòng)器的要求勢(shì)必也會(huì)相應(yīng)提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，為了改善解決電力電子設(shè)備中高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng) 器的供電問題，本發(fā)明提供一種高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器的無線供電方法，其中SCR 是晶閘管，IGBT是絕緣柵雙極型晶體管，均具有通用含義。本發(fā)明采用無線能量傳輸技術(shù)， 從根本上實(shí)現(xiàn)原邊供電與各驅(qū)動(dòng)器副邊供電，以及各驅(qū)動(dòng)器之間的高壓隔離。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器的無線供電方法，所述高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器 包括原邊供電電路和副邊電源接收電路，所述原邊供電電路和副邊電源接收電路分別密封 并隔離，所述原邊供電電路和副邊電源接收電路之間通過無線能量傳輸?shù)姆绞綄?duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn) 行供電，所述高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器的無線供電方法包括以下步驟： 51、 根據(jù)隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器供電電源、功率輸出及效率的要求選擇合適的開關(guān) 電源拓?fù)洌?52、 根據(jù)選擇的開關(guān)電源拓?fù)溆?jì)算原、副邊電源匝數(shù)比； 53、 將原邊供電電路無線供電的發(fā)射線圈作為開關(guān)電源變壓器的原邊線圈進(jìn)行連接固 定； 54、 將副邊電源接收電路的接收線圈與原邊供電電路發(fā)射線圈在空間上隔離并按一定 的角度放置固定； 55、 將副邊電源接收電路無線供電的接收線圈輸出端連接整流濾波器件后給隔離型 SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器副邊供電； 56、 調(diào)節(jié)開關(guān)電源的開關(guān)頻率參數(shù)，確定最尚的傳輸效率。
[0008] 進(jìn)一步，步驟S1中所述的開關(guān)電源拓?fù)溆袉喂芊醇ぷ儞Q器、單管正激變換器、雙 管正激變換器、雙管反激變換器、半橋變換器或全橋變換器。
[0009] 進(jìn)一步，步驟S2中所述計(jì)算原、副邊電源匝數(shù)比的方法為： 設(shè)隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器采用全橋變換器拓?fù)?，變換器原邊工作電壓Vd。為24Vd。， 傳輸效率為50%，開關(guān)頻率為100kHz，副邊輸出電壓V。為30Vdc， 由
電壓方程式得副邊與原邊電源匝數(shù)比為：
其中，_為副邊匝數(shù)；為原邊匝數(shù)；fc為開通時(shí)間；，為開光周期，且 r= 2.5r
[0010] 進(jìn)一步，步驟S4中所述角度的范圍為0° ~90°，0°是指原、g[J邊線圈平行。
[0011] 進(jìn)一步，步驟S6中所述開關(guān)電源的開關(guān)頻率參數(shù)有開關(guān)頻率、原副邊匝數(shù)、距離 或角度。
[0012] 進(jìn)一步，所述原邊供電電路由原邊線圈、磁芯及其控制驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，副邊電源接 收電路由副邊線圈、磁芯及整流濾波電路構(gòu)成。
[0013] 進(jìn)一步，所述無線能量傳輸?shù)姆绞绞侵鸽姶鸥袘?yīng)耦合、電磁共振或輻射。
[0014] 再進(jìn)一步，所述原邊供電電路的控制驅(qū)動(dòng)電路為橋式逆變電路、單管正反激式電 路或半橋式電路。
[0015] 本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明提出的高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器的無線供電 方法，驅(qū)動(dòng)器與原邊供電沒有任何電氣和物理連接，且原邊供電與驅(qū)動(dòng)器可以分別獨(dú)立封 裝，很容易達(dá)到高耐壓和高絕緣的要求，自然也克服了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器電源變壓器存在的缺點(diǎn)。 本發(fā)明采用電磁感應(yīng)方式，將原邊電源進(jìn)行調(diào)制，通過供電線圈將能量發(fā)射出去，同時(shí)，互 相隔離的各驅(qū)動(dòng)器采用受電線圈將無線能量聚集，即接收到供電線圈的電流，給各自驅(qū)動(dòng) 器供電，使得原、副邊無任何電氣和物理連接，不僅擺脫了絕緣材料和裝配工藝問題，而且 避免了絕緣材料接觸點(diǎn)暴露在外，使各驅(qū)動(dòng)器在安全性、靈活性、密封性、美觀性等方面表 現(xiàn)的更好，真正實(shí)現(xiàn)了高壓隔離供電，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器接觸式電能傳輸?shù)墓逃腥毕荨?br>【附圖說明】
[0016] 圖1為電磁感應(yīng)無線供電原理框圖； 圖2為高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器的無線供電方法的供電原理圖； 圖3為高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器無線供電實(shí)現(xiàn)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。應(yīng)該理解，本文所說明的發(fā)明可以有各種具 體形式體現(xiàn)，并且在本文中公開的任何具體功能僅僅是代表性的，且不應(yīng)該解釋為局限于 在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例使得本公開將是完全清晰的，并將本發(fā)明的范圍 充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0018] 在下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0019] 高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器的無線供電方法，所述高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū) 動(dòng)器包括原邊供電電路1和副邊電源接收電路2,如圖1所示，所述原邊供電電路和副邊電 源接收電路分別密封并隔離，所述原邊供電電路和副邊電源接收電路之間通過無線能量傳 輸?shù)姆绞綄?duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行供電，所述高壓隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器的無線供電方法包括以下 步驟： 51、 根據(jù)隔離型SCR和IGBT驅(qū)動(dòng)器供電電源、功率輸出及效率的要求選擇合適的開關(guān) 電源拓?fù)洌龅拈_關(guān)電源拓?fù)溆袉喂芊醇ぷ儞Q器、單管正激變換器、雙管正激變換器、雙 管反激變換器、半橋變換器或全橋變換器； 52、 根據(jù)選擇的開關(guān)電源拓?fù)溆?jì)算原、副邊電源匝數(shù)比； 53、 將原邊供電電路無線供電的發(fā)射線圈作為開關(guān)電源變壓器的原邊線圈進(jìn)行連接固 定； 54、 將副邊電源接收電路的接收線圈與原邊供電電路發(fā)射線圈在空間上隔離并按一定 的角度放置固定，所述角度的范圍為0° ~90°，0°是指原、副邊線圈平行； 55、 將副邊電源接收電路無線供電的接收線圈輸出端連接整流濾波器件后給隔離型 SCR和