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大功率装置用多路输出高压隔离新型开关电源设计夏凌辉，吕征宇，费万民（浙江大学电力电子国家重点实验室，浙江杭州310027）摘要：基于专利技术［1］，通过设计高频交流电流源和一种特殊的输岀变压器，研制了一种用于短路故障限流器中晶闸管驱动的多输岀开关电源。
给岀了主电路拓扑结构，叙述了输岀变压器的结构及特点，分析了系统的工作原理，进行了校验电源有效性的仿真，开发了一台样机并成功应用在限流器实验装置中。
关键词：多路输岀；高压隔离；驱动电源；短路故障限流器1引言随着高压大功率电力电子装置的不断发展，串接在一起的驱动电源之间，往往需要承受极高的工作电压。
近来，多级隔离技术越来越多地被用在电路的驱动系统中，以满足高电压隔离的需要；但这同时也使得开关管的驱动电路越来越复杂。
如图1所示是一个使用在三相接地系统中的固态短路限流器。
它是由晶闸管三相整流器和一个限流电感组成的。
限流器主要被用在15kV的电力系统中。
考虑到电源电压的波动，晶闸管阻断电压限制和均压系数等因素，图1中所示限流器中的每个晶闸管阀在实际中必须要用8 个6kV等级的晶闸管串联组成。
这样在限流器中的晶闸管总数达到了64个，则至少需要有61路高压隔离驱动电源用到这些晶闸管的门极驱动中。
所以，开发一个新型的电源用作限流器中晶闸管的门极驱动电源是一项非常重要的任务。
图1 三相接地系统固态短路限流器主电路拓扑Dusan M. Raonic ［2］提出了一种晶闸管自我供能的门极驱动方式，它把一个缓冲电容作为能量存贮单元，解决了几乎每个功率开关管都存在的对隔离电源的需求。
但是，这种方式只能被用于工作在功率变换器直流侧的晶闸管和GTO的门极驱动中。
Chang Liuchen ［3］研制了一种驱动板电源用于三相逆变器中大功率IGBT的驱动，它通过一个多绕组的变压器，实现了4路相互隔离的输岀。
这种电源的缺点是随着输出路数和隔离电压的增加会导致变压器的结构很复杂，体积极庞大。
大功率装置用多路输出高压隔离新型开关电源设计摘要：基于专利技术[1]，通过设计高频交流电流源和一种特殊的输出变压器，研制了一种用于短路故障限流器中晶闸管驱动的多输出开关电源。
给出了主电路拓扑结构，叙述了输出变压器的结构及特点，分析了系统的工作原理，进行了校验电源有效性的仿真，开发了一台样机并成功应用在限流器实验装置中。
关键词：多路输出；高压隔离；驱动电源；短路故障限流器1 引言随着高压大功率电力电子装置的不断发展，串接在一起的驱动电源之间，往往需要承受极高的工作电压。
近来，多级隔离技术越来越多地被用在电路的驱动系统中，以满足高电压隔离的需要；但这同时也使得开关管的驱动电路越来越复杂。
如图1所示是一个使用在三相接地系统中的固态短路限流器。
它是由晶闸管三相整流器和一个限流电感组成的。
限流器主要被用在15kV的电力系统中。
考虑到电源电压的波动，晶闸管阻断电压限制和均压系数等因素，图1中所示限流器中的每个晶闸管阀在实际中必须要用8个6kV 等级的晶闸管串联组成。
这样在限流器中的晶闸管总数达到了64个，则至少需要有61路高压隔离驱动电源用到这些晶闸管的门极驱动中。
所以，开发一个新型的电源用作限流器中晶闸管的门极驱动电源是一项非常重要的任务。
图1 三相接地系统固态短路限流器主电路拓扑Dusan M. Raonic[2]提出了一种晶闸管自我供能的门极驱动方式，它把一个缓冲电容作为能量存贮单元，解决了几乎每个功率开关管都存在的对隔离电源的需求。
但是，这种方式只能被用于工作在功率变换器直流侧的晶闸管和GTO的门极驱动中。
Chang Liuchen[3]研制了一种驱动板电源用于三相逆变器中大功率IGBT的驱动，它通过一个多绕组的变压器，实现了4路相互隔离的输出。
这种电源的缺点是随着输出路数和隔离电压的增加会导致变压器的结构很复杂，体积极庞大。
Heinemann Lothar et al[4]提出了一种具有超高压隔离性能的电源用作IGBT的门极驱动，它使用了一种特殊结构的变压器，于是只能有一路输出。
新型多路直流输出高压隔离电源的研究摘要：首先，介绍了基于高频链交流电流母线分布式电源系统的原理，这种系统除具有一般分布式电源系统的优点之外，还具有很好的负载扩展特性、较高的电气隔离特性等优点；然后，基于该原理设计了一种能够提供脉冲宽度不变，幅值可调的高频交流电流母线电源；分析了这种电源的工作过程。
实验样机成功地应用在10kV固态短路限流器中。
关键词：分布式电源；高压隔离；固态短路限流器引言电力电子装置处理高电压大容量等级的技术方案主要有以下几种： 1）采用高容量等级的开关器件或者器件的串并联； 2）采用级联的多电平变换器技术。
无论采用哪种技术，串接在一个桥臂或级联的H桥臂之间的功率管的驱动电源之间都承受了极高的电压。
为了保证装置的可靠性，必须确保各路驱动电源之间有良好的高压隔离特性。
另外，由于处理高压等级的时候，所使用的开关管一般比较多，因此，独立隔离驱动直流电源的数目比较大。
常规的多路直流输出技术都是基于直流母线分布式电源系统[1]，其中的DC/DC变换器数目多、体积大，而且，当各DC/DC变换器的开关频率不同的时候，还会发生拍频干扰，从而使得输出电压出现各频率纹波。
常规的高压隔离技术必须要设计出耐高压的隔离变压器，高压隔离的要求给工艺和结构上都带来很大困难，而且成本也随之增加。
文献[2]通过一个多绕组的变压器，实现了用在三相逆变器4路相互隔离的IGBT驱动电源。
本文所设计的新型多路输出高压隔离电源是基于专利技术[3]，其主要思想就是高频链交流电流分布式电源系统的思想。
其一次侧为提供满脉冲宽度、电流幅值可调的高频交流方波电流母线，使其穿过普通环形变压器，其二次侧实现能量传输和高压隔离。
1 拓扑结构这种基于高频链交流电流母线分布式电源系统的框图如图1所示。
和直流分布式电源系统[2]一样，它相对于集中式的电源系统而言，主要有以下几个优点：1）负载与电网之间、负载与负载之间有较好的电气隔离性能，隔离可以很容易地做到上万伏等级； 2）扩展特性好，负载的路数可以任意地增减； 3）输出相同路数隔离的直流电源时，可靠性高、体积小、重量轻，成本也要低很多。
多路电源保护电路多路电源保护电路是一种用于保护电子设备免受电源故障影响的电路，它能够有效地防止电流过大、过压、过流等问题，保证电子设备的稳定工作。
本文将对多路电源保护电路的原理、应用场景以及设计要点进行详细介绍。
多路电源保护电路常用于需要多个电源同时供电的系统中，如通信设备、工控设备等。
在这些场景下，多个电源可以提供冗余备份，提高系统的可靠性。
然而，如果某个电源发生故障，会对整个系统产生严重影响。
因此，多路电源保护电路的设计就显得尤为重要。
它能够监测各个电源的状态，并在故障发生时迅速切换到备用电源，以确保系统的连续供电。
多路电源保护电路的基本原理是通过电路中的传感器实时监测各个电源的电压、电流等参数。
当检测到其中一个电源出现异常时，保护电路会立即切断该电源的输出，并切换到备用电源上。
这样，即使某个电源发生了故障，系统仍然可以正常工作。
同时，保护电路还可以通过报警装置向用户发送故障信息，方便及时处理。
在设计多路电源保护电路时，需要考虑以下几个要点：1. 选择合适的传感器：传感器是保护电路的核心部件，它能够实时监测电源的状态。
应根据具体的应用场景选择合适的传感器，如电压传感器、电流传感器等。
同时，传感器的精度和响应速度也需要考虑，以保证保护电路的准确性和灵敏度。
2. 设定合理的保护阈值：保护电路应根据系统的需求设定合理的保护阈值。
例如，当电源的输出电压超过或低于一定范围时，保护电路会切换到备用电源。
阈值的设定需要综合考虑系统的工作电压、负载情况以及电源的稳定性等因素。
3. 采用可靠的切换装置：切换装置是保护电路中非常重要的组成部分，它能够实现电源的切换操作。
在选择切换装置时，应考虑其可靠性、响应速度以及负载能力等因素。
常见的切换装置有机械继电器、固态继电器等，可以根据具体需求选择合适的类型。
4. 提供有效的报警机制：保护电路应提供有效的报警机制，及时向用户反馈电源故障的信息。
报警装置可以采用声光报警器、短信通知等方式，以便用户及时采取措施修复故障。
多路输出高压隔离型开关设计1 引言随着高压大功率电力电子装置的不断发展，串接在一起的驱动电源之间，往往需要承受极高的工作电压。
近来，多级隔离技术越来越多地被用在电路的驱动系统中，以满足高电压隔离的需要；但这同时也使得开关管的驱动电路越来越复杂。
如图1所示是一个使用在三相接地系统中的固态短路限流器。
它是由晶闸管三相整流器和一个限流电感组成的。
限流器主要被用在15kV的电力系统中。
考虑到电源电压的波动，晶闸管阻断电压限制和均压系数等因素，图1中所示限流器中的每个晶闸管阀在实际中必须要用8个6kV等级的晶闸管串联组成。
这样在限流器中的晶闸管总数达到了64个，则至少需要有61路高压隔离驱动电源用到这些晶闸管的门极驱动中。
所以，开发一个新型的电源用作限流器中晶闸管的门极驱动电源是一项非常重要的任务。
http://cdtarena图1 三相接地系统固态短路限流器主电路拓扑Dusan M. Raonic[2]提出了一种晶闸管自我供能的门极驱动方式，它把一个缓冲电容作为能量存贮单元，解决了几乎每个功率开关管都存在的对隔离电源的需求。
但是，这种方式只能被用于工作在功率变换器直流侧的晶闸管和GTO的门极驱动中。
Chang Liuchen[3]研制了一种驱动板电源用于三相逆变器中大功率IGBT的驱动，它通过一个多绕组的变压器，实现了4路相互隔离的输出。
这种电源的缺点是随着输出路数和隔离电压的增加会导致变压器的结构很复杂，体积极庞大。
Heinemann Lothar et al[4]提出了一种具有超高压隔离性能的电源用作IGBT的门极驱动，它使用了一种特殊结构的变压器，于是只能有一路输出。
如果这种电源被用到如图1所示的固态短路故障限流器中，61路驱动电源将会不可避免地导致装置体积庞大，而且安装和配线都会有很大的不便。
基于专利技术[1]，研制了一种具有多路输出，高压隔离性能的实用新型开关电源，用于多管驱动。
该开关电源采用了磁环作输出变压器，仅由无需弯曲的电缆穿过1次形成单匝原边，副边就可以输出10W以上的功率，经过简单的整流和稳压形成一路驱动电源。
电子电气设备的电路隔离技术及运用实践分析摘要：电路隔离处理技术当中所包含的主要内容较为复杂，比如模拟电路的隔离、数字电路隔离以及基础数字电路等相关环节，在工作过程中所需要使用的隔离方法也各有不同。
比如，变压器的基本隔离法，脉冲变压器的隔离处理法、继电器的主要隔离法以及光电耦合器的基本隔离处理法等，在工作过程中的性能表现也各有差异。
因此，在电子电气设备具体的工作中，需要针对电路隔离技术进行针对性选择，对电路隔离技术进行充分的了解和掌握，以此来有效发挥出电路隔离技术的具体应用效果，有效推动通信行业的快速发展。
关键词：电子电气设备；电路隔离技术；运用实践1导言电磁兼容性是判断电子电气设备安全性能强弱的重要指标之一。
随着电子电气设备的广泛应用，在一定的生活生产环境中的电子电气设备也就逐渐增加，而电子电气设备产生的噪声干扰会对其他电子电气设备造成严重的干扰。
而应用电路隔离技术可以在最短的时间切断电气电子设备产生的噪声干扰路径，或是抑制电子电气设备产生噪音，能够有效的保证电子电气设备电磁兼容性符合标准，维持设备正常运行。
2电子电气设备的电路隔离技术的概述随着电子电气设备在我们日常的生产生活中发挥着越来越重要的作用，保证电子电气设备的正常运行也就变得越来越重要了。
其中，电路隔离技术就是维持电子电气设备正常运行的一项十分重要的技术。
在实际运行场地中，电子电气设备中的电路会因为现场的电磁干扰而产生噪音，产生的噪声干扰往往是影响电子电气设备正常运行主要因素之一。
通过应用电路隔离技术可以及时的切断噪声干扰的传递路径，并在一定程度上提升电子电气设备的抗干扰能力，从而使场地内的电子电气设备互不干扰的正常运行。
3电子电气设备应用电路隔离技术的必要性分析随着人们生活现代化的不断增进，电子电气设备的使用领域越来越宽泛。
例如人们在日常生活中使用的电冰箱、洗衣机、烤箱以及工厂中使用的各种大型设备等等。
电路隔离技术作为电子电气设备正常运行的基本保障是十分重要的技术之一。
多路隔离辅助电源电路多路隔离辅助电源电路是一种常见的电子电路，用于将输入信号隔离开来，以提供稳定可靠的辅助电源。
它在许多电子设备中起到重要作用，尤其是在需要保护输入信号免受干扰或噪声的影响时。
多路隔离辅助电源电路通常由多个部分组成，包括输入端、隔离元件、输出端和电源部分。
输入端是指输入信号的接口，它可以是模拟信号或数字信号。
当输入信号进入多路隔离辅助电源电路时，首先经过隔离元件的处理。
隔离元件是多路隔离辅助电源电路的核心部分，它可以采用多种形式，如光电隔离器、互感器、电容隔离器等。
隔离元件的作用是将输入信号与输出信号之间的电气连接切断，以避免信号之间的相互干扰。
同时，隔离元件还可以起到电压隔离和电流隔离的作用，保护输入信号和输出信号的安全性和稳定性。
输出端是指输出信号的接口，它可以是模拟信号或数字信号。
输出信号通常是经过隔离元件处理后的信号，具有较高的稳定性和可靠性。
电源部分是多路隔离辅助电源电路的供电部分，它通常由电源电路和滤波电路组成。
电源电路可以提供稳定可靠的电源供应，滤波电路可以滤除输入信号中的噪声和干扰，保证输出信号的质量。
多路隔离辅助电源电路的主要作用是提供稳定可靠的辅助电源，保护输入信号免受干扰或噪声的影响。
它在工业自动化控制系统、仪表仪器、通信设备等领域广泛应用，具有重要的意义。
在工业自动化控制系统中，多路隔离辅助电源电路可以用于隔离输入信号和输出信号之间的电气连接，避免信号干扰和噪声干扰的影响，保证系统的稳定运行。
例如，在PLC控制系统中，多路隔离辅助电源电路可以用于隔离输入模拟信号和输出信号，确保精确的信号传输和控制。
在仪表仪器领域，多路隔离辅助电源电路可以用于隔离输入信号和输出信号之间的电气连接，保护仪器的测量准确性和稳定性。
例如，在电压表和电流表中，多路隔离辅助电源电路可以用于隔离被测电路和测量仪表之间的电气连接，确保准确的测量结果。
在通信设备领域，多路隔离辅助电源电路可以用于隔离输入信号和输出信号之间的电气连接，保护通信设备的正常运行。
(10)申请公布号 CN 102207740 A(43)申请公布日 2011.10.05C N 102207740 A*CN102207740A*(21)申请号 201110078016.0(22)申请日 2011.03.30G05F 1/56(2006.01)(71)申请人河海大学常州校区地址213000 江苏省常州市晋陵北路200号(72)发明人陆晓春 黄皎 任姣 刘海荣许晓娟(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司 32224代理人董建林(54)发明名称隔离型多路4-20mA 电流信号输出电路(57)摘要本发明公开了一种隔离型多路4-20mA 电流信号输出电路，包括：PWM 模块,用于产生与MCU控制值相对应的PWM 波形；隔离整形模块，用于隔离所接收到的PWM 信号以及恢复PWM 信号波形；滤波模块，用于接收到的PWM 信号滤波后变为直流电压；V/I 变换模块，用于将直流电压变为电流信号输出；AC/DC 电源模块，用于向隔离整形模块、滤波模块和V/I 变换模块供电。
本发明通过采用PWM 输出和RC 滤波实现了数模转换，具有12位精度；使用隔离整形模块实现了PWM 信号隔离以及波形恢复；V/I 转换模块不仅实现了电流稳定输出；AC/DC 电源模块实现了多路电流输出的电源隔离，并且提供稳定的电压。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页1.一种隔离型多路4-20mA电流信号输出电路，其特征在于包括：PWM模块,用于产生与MCU控制值相对应的PWM波形；隔离整形模块，用于隔离所接收到的PWM信号以及恢复PWM信号波形；滤波模块，用于将接收到的PWM信号滤波后变为直流电压；V/I变换模块，用于将直流电压变为电流信号输出；AC/DC电源模块，用于向隔离整形模块、滤波模块和V/I变换模块供电。
2.根据权利要求1所述的隔离型多路4-20mA电流信号输出电路，其特征在于：所述的PWM模块包括单片机，所述单片机用于输出PWM信号，所述单片机设置有多个定时器。
