[发明专利]应用于高压固态开关中的快速驱动电路、高压固态开关

说明书

本发明提出了一种应用于高压固态开关的快速驱动电路，驱动变压器副边采用双绕组的绕线方式，实现对对应开关器件的导通、关断控制，驱动变压器包括原边绕组、第一副边绕组、第二副边绕组，所述驱动电路位于高压侧，其作用是在原边给定闭合指令后，能够快速为每路开关器件的栅极充电，从而保证高压固态开关迅速导通；而当给定关断指令后，驱动电路能够迅速将栅极电荷泄放掉，从而保证高压固态开关迅速关断。控制指令周期性地给定导通、关断信号，那么高压开关也会周期性地开关，从而可以为负载提供脉冲功率形式的功率。本发明提出的应用于高压固态开关中的驱动电路的优点主要包括：开关动作快速、可靠、体积小。

技术领域

本发明属于高压开关技术领域，具体涉及一种高压固态开关的驱动电路及高压开关。

背景技术

高压固态开关，可应用于多种领域，如：电力系统断路器、高压医疗电源、雷达发射器、污水处理等脉冲功率。目前一些应用场合，需要高压固态开关具有快速，损耗低等特点，并需要控制、调节高压电源和高压负载之间导通、关断的开关频率和时间。传统的高压固态开关由于复杂的保护电路、较差的动态响应和较低的导通损耗等问题，导致输出电压压降大、带载能力低、故障响应速度慢，从而制约了的高压脉冲电源的整体输出性能。

传统的高压固态开关，一种是采用光耦方式实现控制信号从弱电侧传递到强电侧，但由于光耦在温度恶劣情况下，工作不稳定，不能应用于温度变化范围较宽的场合，同时该方案的安全隔离电压也会受到光耦自身规格的限制。另一种是采用隔离变压器进行信号传递，但控制信号开关频率调节能力差，而且导通、关断慢，所形成的脉冲功率速率低。综上这两种方案的高压固态开关应用受到了很大约束。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种高压侧驱动电路，可依据弱电侧控制信号，迅速完成对各串联开关器件的充、放电，从而达到快速驱动高压固态开关的目标。采用该驱动方案的高压固态开关具有导通、关断可靠，响应速度快及开关频率调节范围宽等优点。

本发明具体通过如下技术方案实现：

每个驱动变压器副边采用双绕组的绕线方式，实现对相应串联器件的导通、关断控制。驱动变压器包括原边绕组、第一副边绕组、第二副边绕组，驱动电路包括第一二极管、第二二极管、第一三极管、第一电阻、第二电阻。第一副边绕组的同名端分别与第一二极管的正极、第一电阻的一端相连，第一副边绕组的异名端与第一电阻的另一端相连，第一二极管的负极与该驱动电路所对应的主功率开关管的栅极相连。第二副边绕组的异名端与第二二极管的正极相连，第二副边绕组的同名端与第一三极管的发射极相连，第二二极管的负极与第一三极管的基极相连，第一三极管的集电极通过第二电阻与主功率开关管的栅极相连，第一三极管的发射极还与主功率管的漏极相连。

针对实现快速控制高压固态开关，本发明中每个串联开关器件采用独立的驱动变压器和驱动电路。本发明中采用单匝导线穿过各驱动变压器，串芯导线作为所有驱动变压器的原边绕组。每个驱动变压器副边有两个绕组，一个绕组连接对应的驱动电路，当原边给定闭合指令后负责为对应串联器件充电、控制其导通。由于所有驱动变压器的原边给定的信号同步，因此各串联器件同时导通，即整体高压固态开关导通。变压器副边的另一绕组连接着另一个驱动电路，当原边给定关断指令后，该电路用于提供放电通路，控制其关断，即整体高压固态开关关断。

本发明由于采用串芯绕线方式作为所有隔离驱动变压器的原边，因此具有很强的驱动能力；本发明采用的高压侧驱动电路，可以快速实现对各串联器件的充、放电，因此高压开关具有快速的开关响应；本发明采用低导通损耗的MOSFET，导通情况下具有较低的导通损耗；本发明提出的驱动电路还可以实现每个串联功率器件的并联，从而进一步降低导通损耗；本发明提出的高压固态开关方案可实现宽范围调节开关频率和时间的能力。因此本发明方案中提及的高压侧驱动电路非常适用于高压电源为负载提供脉冲功率场合。

附图说明

图1是本发明的高压固态开关的电路结构示意图；