高电压宽范围输入低电压输出的 DC-DC 辅助电源设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-03 来源:中国知网 作者:胡亮灯 孙 驰 赵治华 艾 胜 浏览次数:588
高电压宽范围输入的 DC-DC 辅助电源技术是中高压、大容量电力电子变流系统的关 键辅助技术。基于双管反激电路,本文设计了一个高电压宽范围 300~2 500V 输入,低电压 24V 输出的 DC-DC 辅助电源样机,并给出了电源详细的设计方案。相比传统辅助电源,设计的辅助 电源启动支路在电源工作后可自动断开,实现了电源输入电压范围更宽目标;电源主电路由变压 器隔离,控制、反馈电路由辅助绕组供电,确保了电源输入/输出高电压隔离;开关管驱动电路采 用带耦合电感的脉冲变压器,满足了驱动信号高压隔离和同步驱动要求。此外,计算电源效率的 结果表明,双管反激辅助电源更适合高电压输入场合。最后,进行了相关实验,结果验证了所设 计的高电压宽范围输入的 DC-DC 辅助电源方案可行性和正确性。
辅助电源(APS)是任何能量变换装置的心脏, 几乎所有的电力电子变流系统(包括变频器,斩波 器、UPS,有源滤波器等)要求为其二次回路提供 辅助电源。中高压、大容量电力电子变流系统二次 回路采用柜体内直流母线电压作为辅助电源的输 入,可以简化变流系统柜体内外二次回路连接线, 降低二次回路防电磁干扰要求及线路本身绝缘问 题,甚至可以取消柜体内 UPS 等,为确保变流系统安全、可靠运行,要求当变流 系统直流母线电压比较低时,系统二次回路就能正 常工作,即要求辅助电源能在尽可能宽的电压输入 范围内工作。也正是由于辅助电源在母线电压低时 仍可工作,故变流系统无需防系统二次回路掉电的 UPS。对于高电压、大容量电力电子变流系统,直 流母线取电技术实现要求辅助电源输入电压更高、 范围更宽。为实现变流系统模块化、标准化,变流 系统每个功率单元配相应辅助电源,因此,辅助电源能从功率单元本身的直流母线取电,无需跨接功率单元的高压电缆,简化了系统外部线路连 接,也降低了二次回路被其他功率单元电磁干扰的可能性。
对于高电压、宽范围输入的辅助电源,目前国 内外研究较少。文献[1-6]对这种辅助电源进行了相关的研究。文献[1]提到了一般辅助电源输入为 200~1 200V,输出为 3.3~48V,额定功率小于 100W。文献[2]提出了基于二极管中点钳位(NPC) 的辅助电源电路,该方案实现了低压开关管应用到 高电压场合目标,但其驱动控制较复杂。文献[3]基于单管反激拓扑,设计了一种直流电压输入为 1 050~2 500V,输出直流电压 24V 的辅助电源,但 由于增加了 RCD 吸收电路,导致了辅助电源的效率 较低,且其电源输入范围难以满足高电压、大容量 变流系统对辅助电源要求。文献[4]在快速电容多电 平变换器基础上提出了非隔离和隔离型两种拓扑结 构的跨接电容辅助电源电路,其中隔离性拓扑输出 稳压性相对较差,两种电路均存在驱动复杂、电压 输入范围较窄问题。文献[5,6]基于双管反激拓扑,设 计了一种光伏逆变器用 120~850V 输入,多路输出 辅助电源。
总之,上述文献所研究的辅助电源电压输入范围主要集中在 1000V 以下,对更高电压、更宽电压 输入范围的辅助电源研究很少。因此,对高电压宽 范围输入的 DC-DC 辅助电源的研究很有必要。更多详细内容请见附件
高电压宽范围输入低电压输出的DC_DC辅助电源设计_胡亮灯.pdf

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