[发明专利]高压隔离型SCR和IGBT驱动器的无线供电方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子设备领域，基于无线供电技术的高压隔离型SCR和IGBT驱动器，主要应用于高压电力电子设备功率器件的驱动,采用无线供电技术,将驱动器电源的原副边隔离,实现了电力电子设备高压隔离驱动器电源的无线供电,从根本上解决了制约驱动器的高压隔离问题。

背景技术

随着高压大功率电力电子设备的不断发展，各路串接在一起的驱动器电源之间，往往需要承受极高的工作电压。近来，多级高压隔离技术越来越多的被应用于电路的驱动系统中，以满足高隔离电压的需要，但同时也使得驱动器越来越复杂。目前，SCR和IGBT作为电力电子的主流功率器件，均向着更高耐压等级的方向发展，这要求驱动器电源具有更高的隔离电压等级。为了整个系统能够可靠安全稳定运行，首先要保证SCR和IGBT驱动器隔离电源工作的可靠性。

传统的高压隔离技术，是基于电磁感应原理，即变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。用于高压供电的隔离变压器和电流型传感器均是基于电磁感应原理的隔离变压器，它通过交变磁场把电源输出的能量传送到负载。一般的变压器原边和副边由闭合铁心（或其他磁性材料）连接在一起，原线圈和副线圈之间紧密耦合，不可分离。

传统的驱动器电源高压隔离技术，要实现高压隔离，必须要设计出高压隔离的电源变压器。首先要解决绝缘材料问题，为了保证原、副边可以承受极高的耐压，必须选用绝缘强度足够高的绝缘材料和线缆，绝缘材料在厚度上也要适当考虑。其次要解决装配工艺问题，原边和副边由闭合磁性材料连接在一起，原线圈和副线圈之间紧密耦合，就需要对线包结构工艺、装配过程、灌注处理等有严格的要求。再次要解决多路输出问题，对于采用三相供电的电力电子设备，往往要求6路、或12路、或18路，甚至更多路互相隔离的驱动器，显然在满足绝缘耐压和装配工艺的前提下，受材料、温升、与其他参数的影响，电源变压器体积必然会变大，成本也会很高。驱动器由于采用了传统高压隔离电源变压器，且在PCB上进行装配，驱动器设计就必须考虑原副边的电气间隙和爬电距离，从而给设计灵活性和保证可靠性增加了难度，更是增加了驱动器体积。

传统的SCR和IGBT驱动器高压隔离采用高压隔离电源变压器实现，多路驱动就需要配置多个高耐压高绝缘的隔离变压器，或一个多路输出的高耐压高绝缘隔离变压器。由于高耐压、高绝缘的要求，必然使驱动器体积变大和成本增加。同时，因为驱动器的高压隔离电源变压器原边和副边必须在闭合磁性材料内耦合，且由于高耐压、高绝缘的要求，也必然使变压器绝缘材料的选择，制作工艺等难度增加，驱动器设计也需要考虑爬电距离和电气间隙等，且可靠性不能保障。特别是基于当前SCR和IGBT等功率器件向着更高耐压等级的方向发展，高压隔离驱动器的要求势必也会相应提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，为了改善解决电力电子设备中高压隔离型SCR和IGBT驱动器的供电问题，本发明提供一种高压隔离型SCR和IGBT驱动器的无线供电方法，其中SCR是晶闸管，IGBT是绝缘栅双极型晶体管，均具有通用含义。本发明采用无线能量传输技术，从根本上实现原边供电与各驱动器副边供电，以及各驱动器之间的高压隔离。

本发明的技术方案如下：

高压隔离型SCR和IGBT驱动器的无线供电方法，所述高压隔离型SCR和IGBT驱动器包括原边供电电路和副边电源接收电路，所述原边供电电路和副边电源接收电路分别密封并隔离，所述原边供电电路和副边电源接收电路之间通过无线能量传输的方式对驱动器进行供电，所述高压隔离型SCR和IGBT驱动器的无线供电方法包括以下步骤：

S1、根据隔离型SCR和IGBT驱动器供电电源、功率输出及效率的要求选择合适的开关电源拓扑；

S2、根据选择的开关电源拓扑计算原、副边电源匝数比；

S3、将原边供电电路无线供电的发射线圈作为开关电源变压器的原边线圈进行连接固定；

S4、将副边电源接收电路的接收线圈与原边供电电路发射线圈在空间上隔离并按一定的角度放置固定；

S5、将副边电源接收电路无线供电的接收线圈输出端连接整流滤波器件后给隔离型SCR和IGBT驱动器副边供电；

S6、调节开关电源的开关频率参数，确定最高的传输效率。

进一步，步骤S1中所述的开关电源拓扑有单管反激变换器、单管正激变换器、双管正激变换器、双管反激变换器、半桥变换器或全桥变换器。

进一步，步骤S2中所述计算原、副边电源匝数比的方法为：