DC/DC拓扑的直流输入低电压直流输出的自激辅助电源电路制造技术

本发明专利技术提供了一种DC/DC拓扑的直流输入低电压直流输出的自激辅助电源电路，其特征在于：它包括辅助电源主电路和辅助电源控制电路，辅助电源主电路包括依次电连接的启动电路、前级buck变换器和后级变换器；高压直流电压输入启动电路，经前级buck变换器和后级变换器变换后输出低压直流电压；后级变换器包括分别并联于前级buck变换器输出端的小功率电源模块和大功率电源模块，小功率电源模块的输出电压为辅助电源控制电路的控制电源，大功率电源模块输出电压作为辅助电源输出。本发明专利技术作为中高压、大容量电力电子系统控制或驱动电路辅助供电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高电压自激辅助电源领域，具体涉及一种DC/DC拓扑的直流输入低电压直流输出的自激辅助电源电路。
技术介绍
随着社会经济的不断发展和进步，基于多个标准模块单元组合或多相多电平拓扑的中高压、大容量电力电子变流装置的开发和应用越来越广泛。目前，电力电子变流装置二次回路(主要是驱动和控制电路)一般由外部低压交流经整流降压集中供电。对于常规的中小容量电力电子变流装置而言，由于拓扑结构和硬件结构的紧凑和集中，此方式为装置二次回路供电是一种简单、可靠和实用的方法；但是，对于中高压、大容量电力电子变流装置而言，复杂的多相多电平或串并联拓扑结构以及大尺度的空间分布特性等都会对传统的二次回路供电方法提出挑战。首先，在传统集中式二次回路供电结构中，二次回路故障率和维护难度增加；其次，过多的跨接功率单元的二次回路连线对线路本身绝缘及抗电磁干扰性能提出了更高的要求；第三，系统二次回路集中供电将使整个系统的模块化和标准化程度减弱，模块的冗余性和系统的可靠性通常不能得到充分地提高；最后，对于中高压、大容量电力电子装置采用的多电平甚至串联拓扑结构，驱动电路电位相差较大，故要求二次回路电源隔离等级更高，导致装置复杂性增加、可靠性降低。由于大容量电力电子装置在电路结构、空间布局及控制功能上往往都存在较明显的分布特征，非常适合采用分布式辅助电源为装置二次回路供电，实现整个变流装置从模块到子系统都具有真正可插拔的标准化和模块化特征，从而提高系统的冗余性和可靠性。分布式辅助电源供电是通过在装置中每个变流模块均设置单独辅助电源为其供电来实现，辅助电源输入为变流模块母线电容电压，而辅助电源输出直接为变流模块驱动或控制电路供电(简称高压直流取电)。采用分布式辅助电源为系统二次回路供电方式可以简化装置中内外二次线路连接，降低线路本身的绝缘及防电磁干扰要求，避免了传统的电力电子装置功率电源和控制电源严格的上电和断电次序问题，甚至可取消柜体内UPS等装置。由于辅助电源电位与相应的变流模块电位一致，降低了多电平串联拓扑结构下传统集中供电要求驱动或控制电路高压隔离问题。为确保装置安全可靠运行，分布式供电方式要求辅助电源能在高电压宽电压输入范围内工作。对于高电压、宽范围输入的辅助电源，目前国内外研究较少。相关文献或专利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。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种DC/DC拓扑的直流输入低电压直流输出的自激辅助电源电路，作为中高压、大容量电力电子系统控制或驱动电路辅助供电。本专利技术提供了一种DC/DC拓扑的直流输入低电压直流输出的自激辅助电源电路，其特征在于：它包括辅助电源主电路和辅助电源控制电路，辅助电源主电路包括依次电连接的启动电路、前级buck变换器和后级变换器；高压直流电压输入启动电路，经前级buck变换器和后级变换器变换后输出低压直流电压；后级变换器包括分别并联于前级buck变换器输出端的小功率电源模块和大功率电源模块，小功率电源模块的输出电压为辅助电源控制电路的控制电源，大功率电源模块输出电压作为辅助电源输出；辅助电源控制电路包括PWM控制芯片、电压反馈电路、补偿电路、软启动电路、振荡电路、电流反馈电路和驱动电路，前级buck变换器的输出电压经电压反馈电路和补偿电路接入PWM控制芯片的电压反馈输入端；PWM控制芯片的补偿输出端和参考电压输出端之间连接有启动电路；PWM控制芯片的RT/CT端和参考电压输出端之间连接有振荡电路；PWM控制芯片的电源输入端与小功率电源模块的输出端连接；PWM控制芯片输出端和接地端之间连接有驱动电路；PWM控制芯片电流取样端和接地端之间连接有电流反馈电路；电流反馈电路的输入端接入前级buck变换器的输出电流；驱动电路的输入端与前级buck变换器的控制端连接。所述前级buck变换器包括开关管Q1；开关管Q1的漏极、电容C1、电阻RS、二极管D2和开关Q1的源极依次串联形成回路；二极管D2的两端并联有相互串联的电容C和电感L，电容C两端并联有电阻R；电阻R两端的电压为前级buck变换器的输出电压，流经电阻R的电流为前级buck变换器的输出电流；开关管Q1源极和栅极为前级buck变换器的控制端；电容C1连接高压直流输入。所述启动电路包括开关管Q2、电阻RT、电阻RST、稳压管D3、稳压管D4；开关管Q2的栅极经电阻RT连接高压直流输入，开关管Q2的漏极经电阻RST连接高压直流输入；稳压管D3的阴极连接于开关管Q2的栅极，稳压管D3的阳极接地；稳压管D4的阴极连接于开关管Q2的源极，稳压管D4的阳极接地；稳压管D4的阳极连接小功率电源模块的输出端，稳压管D4两端并联有电容C2；电阻RST的阻值远小于电阻RT。所述PWM控制芯片为UC3844。小功率电源模块采用TMPM04124；大功率电源模块采用TMP60124。本专利技术的输入电压高、输入范围宽，采用两级DC/DC级联拓扑，能满足400V～2000V宽范围、高电压输入的要求。本专利技术实现宽范围自激启动，通过设置大小电阻支路，小电阻支路实现辅助电源快速启动，大电阻支路实现辅助电源损耗降低，满足辅助电源宽范围输入自激启动要求。本专利技术安全性高，由于前级采用Buck拓扑，简单、安全可靠，后级采用成熟的商用电源模块，更进一步提高了辅助电源可靠性目标。本专利技术分布式、模块化程度高，中高压大容量电力电子变流系统每个功率单元采用基于两级DC/DC的高电压、宽范围输入辅助电源，能大大简化变流系统二次回路，提高变流系统标准化、模块化水平。本专利技术可靠性高，相对于传统的集中式驱动辅助供电方式来说，变流器系统二次连线简单，不存在跨接功率单元电气连接线，降低了线路防电磁干扰及隔离要求，分布式供电提供了二次回路供电的冗余性，可实现整个系统的可靠性显著提高。附图说明图1是本专利技术的辅助电源主电路；图2是本专利技术的辅助电源控制电路。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。本专利技术提供了一种DC/DC拓扑的直流输入低电压直流输出的自激辅助电源电路，其特征在于：它包括辅助电源主电路和辅助电源控制电路，辅助电源主电路包括依次电连接的启动电路、前级buck变换器和后级变换器；高压直流电压输入启动电路，经前级buck变换器和后级变换器变换后输出低压直流电压；后级变换器包括分别并联于前级buck变换器输出端的小功率电源模块和大功率电源模块，小功率电源模块的输出电压为辅助电源控制电路的控制电源，大功率电源模块输出电压作为辅助电源输出。高压直流电压输入为400V～2000V直流；大功率电源模块和小功率电源模块电压输出为24V直流，额定功率为50W，开关频率为100kHz；前级Buck变换器用于将辅助电源输入400V～2000V直流电压降至240V，后级由两个通用的高隔离DC/DC电源(120V～370V输入/24V输出)模块并联而成，用于将前级Buck变换器输出电压降至24V。辅助电源控制电路包括PWM控制芯片、电压反馈电路、补偿电路、软启动电路、振荡电路、电流反馈电路和驱动电路，前级buck变换器的输出电压经电压反馈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC/DC拓扑的直流输入低电压直流输出的自激辅助电源电路，其特征在于：它包括辅助电源主电路和辅助电源控制电路，辅助电源主电路包括依次电连接的启动电路、前级buck变换器和后级变换器；高压直流电压输入启动电路，经前级buck变换器和后级变换器变换后输出低压直流电压；后级变换器包括分别并联于前级buck变换器输出端的小功率电源模块和大功率电源模块，小功率电源模块的输出电压为辅助电源控制电路的控制电源，大功率电源模块输出电压作为辅助电源输出；辅助电源控制电路包括PWM控制芯片、电压反馈电路、补偿电路、软启动电路、振荡电路、电流反馈电路和驱动电路，前级buck变换器的输出电压经电压反馈电路和补偿电路接入PWM控制芯片的电压反馈输入端；PWM控制芯片的补偿输出端和参考电压输出端之间连接有启动电路；PWM控制芯片的RT/CT端和参考电压输出端之间连接有振荡电路；PWM控制芯片的电源输入端与小功率电源模块的输出端连接；PWM控制芯片输出端和接地端之间连接有驱动电路；PWM控制芯片电流取样端和接地端之间连接有电流反馈电路；电流反馈电路的输入端接入前级buck变换器的输出电流；驱动电路的输入端与前级buck变换器的控制端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种DC/DC拓扑的直流输入低电压直流输出的自激辅助电源电路，其特征在于：它包括辅助电源主电路和辅助电源控制电路，辅助电源主电路包括依次电连接的启动电路、前级buck变换器和后级变换器；高压直流电压输入启动电路，经前级buck变换器和后级变换器变换后输出低压直流电压；后级变换器包括分别并联于前级buck变换器输出端的小功率电源模块和大功率电源模块，小功率电源模块的输出电压为辅助电源控制电路的控制电源，大功率电源模块输出电压作为辅助电源输出；辅助电源控制电路包括PWM控制芯片、电压反馈电路、补偿电路、软启动电路、振荡电路、电流反馈电路和驱动电路，前级buck变换器的输出电压经电压反馈电路和补偿电路接入PWM控制芯片的电压反馈输入端；PWM控制芯片的补偿输出端和参考电压输出端之间连接有启动电路；PWM控制芯片的RT/CT端和参考电压输出端之间连接有振荡电路；PWM控制芯片的电源输入端与小功率电源模块的输出端连接；PWM控制芯片输出端和接地端之间连接有驱动电路；PWM控制芯片电流取样端和接地端之间连接有电流反馈电路；电流反馈电路的输入端接入前级buck变换器的输出电流；驱动电路的输入端与前级buck变换器的控制端连接。2.根据权利要求1所述的DC/DC拓扑的直流输入低电压直流输出的自激辅助电源电路，其特征在于前...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡亮灯，肖飞，孙驰，艾胜，楼徐杰，肖明恺，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42