一種遠(yuǎn)距離隔離控制與無(wú)獨(dú)立電源供電的半橋驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及大功率變換電路中的驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域，特別涉及一種基于紅外光通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、無(wú)獨(dú)立電源供電與浮地控制的半橋驅(qū)動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，主要指使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。經(jīng)過(guò)50年的發(fā)展，它在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)設(shè)備發(fā)行、交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、新能源開(kāi)發(fā)和民用產(chǎn)品等方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
[0003]變流技術(shù)則是電力電子技術(shù)的核心。變流技術(shù)主要包括整流、逆變、斬波、變頻、變相等，目前主流的變流技術(shù)采用的拓?fù)鋱D基本單元為兩個(gè)電力電子器件串聯(lián)的半橋單元，如D類功放采用的是兩個(gè)半橋單元，三相逆變、三相整流等采用的是三個(gè)半橋單元，交直交型的變頻器更是采用的6個(gè)及以上的半橋單元組成。
[0004]半橋單元作為最基本的拓?fù)鋱D單元，其驅(qū)動(dòng)電路的好壞幾乎決定了整個(gè)半橋單元的性能，特別是在高壓、大電流的電能變換、控制領(lǐng)域，一般要求驅(qū)動(dòng)電路具有電氣隔離、弱點(diǎn)控制強(qiáng)電、控制頻率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全性能高等特點(diǎn)。
[0005]目前對(duì)半橋驅(qū)動(dòng)器的高壓側(cè)(上管)控制非常難、也非常危險(xiǎn)，一般高壓側(cè)得電壓是幾百上千伏。
[0006]目前主流的半橋驅(qū)動(dòng)電路主要有采用電容實(shí)現(xiàn)懸浮自舉驅(qū)動(dòng)、光電耦合器隔離驅(qū)動(dòng)、無(wú)源變壓器驅(qū)動(dòng)、有源變壓器驅(qū)動(dòng)等。
[0007]電容實(shí)現(xiàn)懸浮自舉驅(qū)動(dòng)是利用自舉電容充放電和“浮地”原理使高壓側(cè)(上管)的輸出極“懸浮”實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電的效果，方法簡(jiǎn)單，并且市面上已有大量的集成模塊，但是由于輸入和輸出共地、沒(méi)有隔離的原因，不能應(yīng)用到高壓的場(chǎng)合，并且在半橋單元組成的功率變換電路出現(xiàn)短路或者燒毀故障時(shí)，由于沒(méi)有隔離的原因也會(huì)影響控制電路，甚至?xí)斐砂踩鹿省?br>[0008]光電耦合器雖然具備體積小巧、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，但是光耦又具有較大的延遲時(shí)間(高速型光電耦合器一般也大于300ns)，反應(yīng)較慢，限制了控制器的工作頻率;光電耦合器的輸出級(jí)需要隔離的輔助電源供電，若是三相逆變器則含有3個(gè)半橋單元，至少需要4個(gè)輔助電源供電，極大的增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和提高了制作總成本;并且光耦也不能用于某些特高壓場(chǎng)合，光耦由于做的非常小，隔離的距離非常近，控制電路的信號(hào)與特高壓線路緊密接觸，容易產(chǎn)生很大的電磁干擾，發(fā)生安全事故時(shí)控制電路很容易被漏電或者弧光燒毀。
[0009]無(wú)源變壓器驅(qū)動(dòng)就是在變壓器次級(jí)的輸出直接驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件，方法雖然簡(jiǎn)單，也不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電源，但是輸出波形失真較大，會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的效率，特別是在控制信號(hào)占空比變換范圍大的時(shí)候，變壓器幅值變化太大，可能導(dǎo)致工作不正常，燒毀器件、造成安全事故，因此只適用于占空比變化不大、效率要求不高的場(chǎng)合。
[0010]有源變壓器驅(qū)動(dòng)就是變壓器只提供隔離的信號(hào)，在變壓器次級(jí)另有整形放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件，當(dāng)然驅(qū)動(dòng)波形較好，但是同光電耦合器一樣，需要另外提供單獨(dú)的輔助電源供電，供給放大器。也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程序和制作總成本，并且如果輔助電源處理不當(dāng)，還會(huì)引進(jìn)寄生的干擾。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本實(shí)用新型提供了一種基于紅外光通信與浮地技術(shù)原理，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離隔離控制、能夠提高驅(qū)動(dòng)信號(hào)的工作頻率、能夠?qū)崿F(xiàn)弱電控制強(qiáng)電、無(wú)獨(dú)立供電與自高壓處取電的供電方式與上橋采用浮地技術(shù)驅(qū)動(dòng)的半橋驅(qū)動(dòng)器。
[0012]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案:
[0013]一種遠(yuǎn)距離隔離控制與無(wú)獨(dú)立電源供電的半橋驅(qū)動(dòng)器，包括信號(hào)發(fā)射電路以及信號(hào)接收與驅(qū)動(dòng)電路；
[0014]所述信號(hào)發(fā)射電路包括紅外發(fā)射管1、紅外發(fā)射管π、紅外發(fā)射管m、紅外發(fā)射管IV、紅外發(fā)射管V、紅外發(fā)射管V1、功率管Q2、功率管QlO、電阻R4、電阻R16、電容C2、電容C4和功率負(fù)載;所述紅外發(fā)射管m的正極和紅外發(fā)射管IV的正極均通過(guò)功率負(fù)載與信號(hào)發(fā)射電路的電源vcci連接，所述紅外發(fā)射管m的負(fù)極與紅外發(fā)射管π的正極連接，所述紅外發(fā)射管Π的負(fù)極與紅外發(fā)射管I的正極連接，所述紅外發(fā)射管I的負(fù)極與功率管Q2的發(fā)射極連接，所述功率管Q2的基極通過(guò)電阻R4與高壓側(cè)的控制信號(hào)輸入端HIN連接;所述紅外發(fā)射管IV的負(fù)極與紅外發(fā)射管V的正極連接，所述紅外發(fā)射管V的負(fù)極與紅外發(fā)射管VI的正極連接，所述紅外發(fā)射管VI的負(fù)極與功率管QlO的發(fā)射極連接，所述功率管QlO的基極通過(guò)電阻R16與低壓側(cè)的控制信號(hào)輸入端LIN連接;所述電容C2和電容C4的正極分別與信號(hào)發(fā)射電路的電源VCCl連接;所述電容C2的負(fù)極、電容C4的負(fù)極、功率管Q2的集電極和功率管Q1的集電極分別接地；
[0015]所述信號(hào)接收與驅(qū)動(dòng)電路包括高壓側(cè)信號(hào)接收與驅(qū)動(dòng)電路和低壓側(cè)信號(hào)接收與驅(qū)動(dòng)電路；
[0016]所述高壓側(cè)信號(hào)接收與驅(qū)動(dòng)電路包括電阻R1、電阻R2、NPN開(kāi)關(guān)管Q1、肖特基二極管Dl、紅外接收管1、紅外接收管Π、電容Cl、電阻R5、電阻R6、電阻R3、滑線式電阻器W1、電阻R7、電阻R8、NPN開(kāi)關(guān)管Q3、NPN開(kāi)關(guān)管Q4和PNP開(kāi)關(guān)管Q5;所述電阻R2的一端與驅(qū)動(dòng)半橋電路的電源端VCC2連接，電阻R2的另一端與電阻Rl的一端連接，所述電阻R2的另一端與NPN開(kāi)關(guān)管Ql的集電極連接，所述電阻Rl的另一端分別與NPN開(kāi)關(guān)管Ql的基極和肖特基二極管Dl的負(fù)極連接，所述肖特基二極管DI的正極分別與紅外接收管Π的正極、NPN開(kāi)關(guān)管Q4的發(fā)射極、PNP開(kāi)關(guān)管Q5的集電極以及控制信號(hào)地參考端Hvss連接;所述紅外接收管Π的負(fù)極與紅外接收管I的正極連接，所述紅外接收管I的負(fù)極分別與電容Cl的正極和電阻R5的一端連接，所述電容Cl的負(fù)極分別與NPN開(kāi)關(guān)管Q4的基極和電阻R6的一端連接，所述電阻R5的另一端、電阻R6的另一端、電阻R3的一端和NPN開(kāi)關(guān)管Q3的集電極分別與NPN開(kāi)關(guān)管Ql的發(fā)射極連接，所述電阻R3的另一端通過(guò)滑線式電阻器Wl與NPN開(kāi)關(guān)管Q4的集電極連接，所述電阻R7的一端與NPN開(kāi)關(guān)管Q4的集電極連接，電阻R7的另一端分別與NPN開(kāi)關(guān)管Q3的基極和PNP開(kāi)關(guān)管Q5的基極連接，所述NPN開(kāi)關(guān)管Q3的發(fā)射極和PNP開(kāi)關(guān)管Q5的發(fā)射極均通過(guò)電阻R8與高壓側(cè)的控制信號(hào)端Hvo連接;所述紅外接收管I和紅外接收管Π接收紅外發(fā)射管1、紅外發(fā)射管Π和紅外發(fā)射管m發(fā)出的信號(hào)；
[0017]所述低壓側(cè)信號(hào)接收與驅(qū)動(dòng)電路包括電阻R9、電阻R10、NPN開(kāi)關(guān)管Q6、肖特基二極管D4、紅外接收管m、紅外接收管IV、電容C3、電阻R12、電阻R13、電阻R11、滑線式電阻器W2、電阻R14、電阻R15、NPN開(kāi)關(guān)管Q7、NPN開(kāi)關(guān)管Q8和PNP開(kāi)關(guān)管Q9;所述電阻RlO的一端與驅(qū)動(dòng)半橋電路的電源端VCC2連接，電阻RlO的另一端與電阻R9的一端連接，所述電阻RlO的另一端與NPN開(kāi)關(guān)管Q6的集電極連接，所述電阻R9的另一端分別與NPN開(kāi)關(guān)管Q6的基極和肖特基二極管D4的負(fù)極連接，所述肖特基二極管D4的正極分別與紅外接收管IV的正極、NPN開(kāi)關(guān)管Q8的發(fā)射極、PNP開(kāi)關(guān)管Q9的集電極以及控制信號(hào)地參考端Lvss連接;所述紅外接收管IV的負(fù)極與紅外接收管m的正極連接，所述紅外接收管m的負(fù)極分別與電容C3的正極和電阻Rl 2的一端連接，所述電容C3的負(fù)極分別與NPN開(kāi)關(guān)管Q8的基極和電阻Rl 3的一端連接，所述電阻Rl 2的另一端、電阻Rl 3的另一端、電阻Rl I的一端和NPN開(kāi)關(guān)