[发明专利]一种包含可关断启动电路的高电位取能装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性直流输电和电力电子应用技术领域，特别涉及一种包含可关断启动电路的高电位取能装置及方法。

背景技术

柔性输配电技术中会用到多个功率单元串联的拓扑，每个功率单元中的驱动板、控制板的电路一般需要15Vdc供电，需要从功率单元的电容器取电。根据功率单元所应用的开关器件不同，一般电容电压为1200Vdc-4200Vdc，即需要将1200Vdc-4200Vdc，甚至更高的电压，转换为功率单元板卡所需要的15Vdc电压。传统DC-DC开关电源电路拓扑的输入电压不超过800Vdc，功率单元所需要的高电位取能装置需要在传统电路拓扑上进行调整。

由于输入电压较高，需要解决如下3个基本技术问题：

1、控制电路启动问题。在取能装置正常给控制电路自供电以前，取能装置的控制电路需要具有一定能量才可以启动。

2、开关器件的耐压问题。一般开关管的耐压最高为4500V，耐压裕量不足。

3、开关器件损耗问题。传统电路拓扑在如此高输入电压下，开关损耗十分可观。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种包含可关断启动电路的高电位取能装置及方法，设计了可控关断的启动电路，利用启动电路对控制单元进行初始启动，在控制单元启动后使启动电路关断，采用取能装置本身的电源对控制单元进行供电，有效解决了控制电路启动问题。在主回路单元的设计中采用多个组件输入端串联、输出端并联的方式有效解决了开关器件耐压问题以及开关器件损耗问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种包含可关断启动电路的高电位取能装置，包括启动单元、主回路单元、控制单元；其中，启动单元组件包括全控开关器件2)、电阻1)和4)、稳压管3)和5)、隔离控制器件6)，启动单元由两个或两个以上启动单元组件串联组成，采用限流方式向控制单元供电。

所述的主回路单元组件由电容器11)和14)、主功率变压器14)、驱动变压器12)、全控开关器件13)、电流传感器15)、整流二极管10)组成，主回路单元由两个或两个以上主回路单元组件输入端串联组成，通过驱动全控开关器件13)的通断，向后级输出侧提供能量。

所述的控制单元的核心是主控单片机芯片，其处理电流传感器15)检测的电流信号、主回路单元输出电压反馈的信号，输出相应驱动信号。

所述的启动单元组件的稳压管3)和5)还可以是全控开关器件2)的驱动电压钳位二极管和全控开关器件关断电压钳位二极管，能够防止全控器件门极电压超过器件耐受值和防止全控器件关断电压超过器件耐受值。

所述的启动单元的电阻1)和4)为限流电阻，限流值依据控制单元的电流需求而定。

所述的主回路单元各个组件的驱动变压器12)输入端接收控制单元发出的相同的驱动信号并由输出端连接驱动全控开关器件13)的栅极，控制其导通。

所述主回路单元的各单元组件输出端并联，主回路单元组件送出的能量以并联形式输出，其输出电压幅值由控制单元决定。

一种包含可关断启动电路的高电位取能装置的取能方法，包括以下步骤：

步骤一、所述装置启动前，控制单元无供电电压，无驱动信号输出，主回路单元无驱动电压输入，主回路单元各个组件不工作；

步骤二、所述装置的输入电压Vin建立后，启动单元先开始工作，启动单元各组件全控开关器件2)的门极有驱动电压，有电流流经限流电阻4)，限流电阻4)起到负反馈作用，使启动单元的输出电流按照设定值输出；

步骤三、串接在启动单元下端的控制单元的供电端电容器7)电压开始上升，当上升到控制单元的工作阈值电压时，控制单元开始工作；

步骤四、控制单元向主回路单元发出驱动脉冲，驱动主回路单元各个组件的驱动变压器12)，进而驱动各个组件的全控开关器件13)；

步骤五、通过主回路单元的全控开关器件13)的开关动作，使主回路单元的功率变压器9)由初级线圈通过次级线圈向后级传输能量；

步骤六、主回路单元各组件输出的能量经主回路后级整流二极管整流10)，电容器14)滤波，并联后输出；主回路单元的输出即高电位取能装置的输出；

步骤七、主回路单元在工作后，可以同时为控制单元供电，以维持控制单元工作；

步骤八、控制单元稳定工作后，由控制单元通过隔离控制器件6)控制关断启动单元，以减少损耗。