[实用新型]高绝缘耐压隔离电源

说明书

技术领域

本实用新型具体涉及一种应用于级联多电平拓扑静止同步补偿器功率模块的高绝缘耐压隔离电源。 

背景技术

静止同步补偿器并联于电网中，相当于一个可控的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无功补偿，属于灵活柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部分。 

直挂式静止同步补偿器目前采用H桥级联多电平拓扑(如图1所示)，为了便于生产，H桥和直流母线电容被封装成功率模块(如图2所示)。功率模块还必须包含一些电路，比如用于光纤收发器，直流母线电压采样电路，功率器件温度采样电路，功率器件驱动电路等，这些电路使得功率模块可以正常运行。而这些电路都需要工作电源，目前产生这种电源通常有2种方法： 

第一种，直接从直流母线取电，通过DC/DC变换获得需要的工作电源，但这种供电方法有个致命的缺点。为了使功率器件的利用率最大化从而降低成本，通常直流母线电压都被设置得比较高，一般选取800V至1000V，加上直流母线电压的纹波，母线电压最高可达1200V以上。另一方面，为了减小DC/DC变换器的体积，开关频率通常都取得比较高，所以需要选择1200V的开关器件。这样的DC/DC变换器很难设计，即使设计出来，可靠性也会很差。 

第二种，从H桥的输出取电，通过变压器隔离、降压、整流，经过后级DC/DC变换获得一个稳定的电源作为功率模块的工作电源。这种供电方案也有其缺点，H桥的输出是受正弦调制的方波电压，含有丰富的高次谐波，而调制波的频率为电网电压频率，一般为50Hz，由于调制波频率低，通常使用矽钢片作为变压器磁芯，但矽钢片的高频损耗大，因而变压器温升较高，容易烧毁导致设备故障。另外，H桥输出电压较高，所以变压器的体积和重量也较大。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种应用于级联多电平拓扑静止同步补偿器功率模块的高绝缘耐压隔离电源。其从低压直流电源(通常为24V)取电，不存在开关器件难以选择的问题；隔离变压器磁芯使用高频损耗小的磁性材料，发热小、可靠性高、供电效率高。 

本实用新型是通过如下技术方案来实现的： 

即一种高绝缘耐压隔离电源，其特征在于包括低压直流电源、DC/AC变换器、隔离变压器和整流滤波器，所述DC/AC变换器的输入端和低压直流电源相连，输出端和隔离变压器的输入端相连，隔离变压器的输出端连接到整流滤波器输入端。 

作为本实用新型的一个优选方案：隔离变压器的输入绕组和/或输出绕组使用高绝缘耐压电缆。 

作为本实用新型的一个优选方案：隔离变压器设有接地的变压器屏蔽层。 

作为本实用新型的一个优选方案：低压直流电源对地设有瞬态抑制二极管。 

本实用新型的整流滤波器输出端即可作为所需的工作电源。如此，输入直流电源经过直-交变换，变为高频交流电源，然后通过高绝缘耐压变压器隔离，再经过整流滤波后变为所需的工作电源。 

为稳定输出电压，其后还可以连接后级DC/DC电路，但不是本实用新型所 必须。另外，为了加强安全，隔离变压器可以加上变压器屏蔽层，并将变压器屏蔽层接地，输入低压直流电源也可以对地设有瞬态抑制二极管，这两个措施可有效防止高压绝缘被破坏后造成人身安全的风险，但这也不是本实用新型所必须。 

本实用新型具有体积小、重量轻、稳定性好、安全性好的优点。 

附图说明

图1为本实用新型的电路框图； 

图2为本实用新型的电路原理图。 

如图中所示：1低压直流电源；2DC/AC变换器；3隔离变压器；4整流滤波器；2-1开关管；2-2电容；3-1输入绕组；3-2输出绕组；4-1整流二极管；4-2滤波电容；5大地；6瞬态抑制二极管；7变压器屏蔽层。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述。 

如图1所示：DC/AC变换器2的输入端和低压直流电源1相连，输出端和隔离变压器3的输入端相连，隔离变压器3的输出端连接到整流滤波器4输入端。DC/AC变换器2将输入的直流电压转换为高频交流电压，隔离变压器3承担了功率模块和地之间的共模电压，隔离变压器3的输入来自DC/AC变换器2输出的高频交流电压，经过隔离变压器3隔离后的高频交流电压进入整流滤波器4，整流滤波器4的输出即为功率模块需要的工作电源。 

如图2所示：开关管2-1和电容2-2构成一个DC/AC变换器(半桥逆变器)，DRVP和DRVN分别是DC/AC变换器上下两个开关管2-1的驱动信号，两个驱动信号互补，并且存在一定的死区；隔离变压器3的输入绕组3-1使用普通绝缘电缆，输出绕组3-2使用高压绝缘电缆；4个整流二极管4-1构成全桥整流器， 全桥整流器和滤波电容4-2组成整流滤波器4，经过滤波电容4-2后即可得到功率模块的工作电源；低压直流电源1对地设有瞬态抑制二极管6，变压器屏蔽层7接到大地5，它们可以有效防止高压绝缘失效后产生的安全问题。