[实用新型]自供电驱动电源供电系统

说明书

本实用新型公开一种自供电驱动电源供电系统，该系统能实现故障状态下为驱动器不间断供电。该系统连接在应用系统的高压直流母线上，输出为驱动器供电，包括母线变换器、储能接口变换器、低压直流母线和驱动电源。本实用新型中母线接口变换器采用输入串联/输出并联的直流变压器组合模块来构建，可靠性较高，可同时实现高效功率变换、“N+1”冗余运行和输入自动均压/输出自动均流。该系统集成了储能单元，其成本较低，可实现开关管驱动器的冗余供电和不间断供电，极大提高了驱动电源供电系统的可靠性。

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，涉及一种自供电驱动电源供电系统。

背景技术

碳化硅(SiC)是第三代半导体材料的典型代表。相比Si材料，其具有更宽的禁带宽度、更高的饱和电子速度、更高的电子迁移率、更小的介电常数和更好的导电性能，使SiC器件在高频、高压、高温应用场合具有明显优势。近年来，高压SiC-MOSFET(10kV/15kV)发展迅速。相比相同电压等级的Si-IGBT，其开关频率更高、开关速度更快、开关损耗更小，被誉为是下一代中高压功率变换的“规则改变者”。采用高压SiC-MOSFET替代高压Si-IGBT，可极大提高开关频率，实现中高压变流器的紧凑化、小型化、轻量化。

高性能SiC驱动模块，包括驱动器和驱动电源，是充分发挥高压SiC-MOSFET优势的重要保障。其中，驱动电源是SiC驱动模块的能量源，不仅直接影响SiC-MOSFET驱动器的供电可靠性，还间接影响整个换流器的工作可靠性。考虑到高压SiC-MOSFET的高压、高速和高频工作特性，其驱动电源需具有较高的隔离电压、较低的耦合电容和较高的可靠性。

根据供电来源，驱动电源供电系统可分为外供电架构与自供电架构两种。采用外供电架构时，驱动电源的供电来源于外部独立的低压直流母线，使其可独立于中高压变流器工作，简化了启动和关机时序。然而，变流器的最高工作电压不能超过驱动电源的隔离电压，约束了变流器的增压扩容能力。采用自供电架构时，驱动电源的供电来源于变流器内部的分布式高压直流母线，不仅降低了绝缘设计和绝缘配合的难度，还有利于变流器实现模块化增压扩容，相比外供电驱动电源系统具有明显的先进性。

以多只串联的低压开关管代替中压开关管，Chen X等和Modeer T等分别在“Research on a 4000-V ultrahigh-input switched-mode power supply usingseries-connected MOSFETs[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2018,33(7):5995–6011.”和“High-voltage tapped-inductor buck converter utilizing anautonomous high-side switch.IEEE Transactions on Industrial Electronics[J],2015,62(5):2868–2878.”中研制了4kV/160V和3kV/100V自供电驱动电源供电系统。然而，串联开关管的动态均压控制难度很大，且任一开关管的开路故障将导致变换器无法运行，容错运行能力差。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种自供电驱动电源供电系统，该系统能实现故障状态下为驱动器不间断供电。

本实用新型采用如下技术方案：

一种自供电驱动电源供电系统，连接在应用系统的高压直流母线上，输出为驱动器供电，包括母线变换器、储能接口变换器、低压直流母线和驱动电源，

所述母线接口变换器包括母线接口控制器和N组直流变压器模块，所述母线接口变换器的N组直流变压器模块采用输入串联/输出并联方式连接在高压直流母线与低压直流母线之间；每组直流变压器模块包括旁路开关、旁路电阻、直流变压器主电路和输出二极管，旁路开关和直流变压器主电路分别与母线接口控制器连接，其中N≥2；