針對(duì)傳統(tǒng)輔助電源存在高壓隔離性能差、安裝方式不夠靈活、成本高等問(wèn)題，提出了一種分布式高壓隔離輔助電源供電裝置的設(shè)計(jì)方案，介紹了該裝置的硬件電路、軟件設(shè)計(jì)。并且對(duì)該裝置的主回路進(jìn)行了仿真分析，并且和實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了對(duì)比說(shuō)明。
該裝置可實(shí)現(xiàn)多路高壓隔離輸出，可以根據(jù)需要輸出不同的電壓等級(jí)，具有輸出穩(wěn)定性好、電氣絕緣性能可靠且易于實(shí)現(xiàn)、抗干擾性能優(yōu)異、安裝方式靈活、成本低的特點(diǎn)。
大功率或中功率電源系統(tǒng)往往需要獨(dú)立于主功率回路的輔助電源對(duì)其供電。輔助電源的輸出功率雖然不大，但它是一個(gè)電源系統(tǒng)中非常重要的部分，將影響到整個(gè)電源系統(tǒng)的性能。例如，一般的高壓變頻器都采用逆變單元串聯(lián)的方式，每個(gè)單元的對(duì)地絕緣電壓要求比較高。這就要求各逆變單元的輔助電源除滿足高穩(wěn)定性和高可靠性的基本要求外，要與主回路電源相互隔離，各個(gè)單元之間也必須相互隔離，并且隔離的電壓等級(jí)要求很高。
在電源系統(tǒng)中，控制、驅(qū)動(dòng)電路往往需要不同的電壓等級(jí)進(jìn)行供電，而同一電壓等級(jí)也需要多個(gè)輔助供電電源。為了滿足這種輔助供電的需求，通常將輸入的電網(wǎng)電壓直接變換成負(fù)載所需要的供電電壓，或者通過(guò)增加變換器的輔助繞組來(lái)增加輸出的路數(shù)，再用較長(zhǎng)的連線將轉(zhuǎn)換好的電壓連接到負(fù)載上。這種供電方式稱為集中式供電。
這種方法雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，供電獨(dú)立，但成本、體積、重量都會(huì)加大，且在需要有高電壓隔離的應(yīng)用場(chǎng)合，變壓器必須做特殊處理才能滿足高壓隔離的要求。
近年來(lái)，分布式的多路輸出結(jié)構(gòu)有了飛速的發(fā)展并且在一些電源系統(tǒng)中已經(jīng)有了較為成熟的應(yīng)用。所謂分布式的電源系統(tǒng)是指將輸入的電網(wǎng)電壓變換成某一中間電壓作為母線，再在需要的地方用一批直流/直流(DC/DC)或整流(AC/DC)變換器，將其變換成系統(tǒng)所需要的電壓。這可以大大的減小重量和體積，提高可靠性，還可以更好的控制達(dá)到各負(fù)載板上電源的質(zhì)量。
分布式電源系統(tǒng)的冗余性、擴(kuò)展性、靈活性也大大加強(qiáng)。但其也存在一定的問(wèn)題，就是在需要高壓隔離的場(chǎng)合，(DC/DC)或整流(AC/DC)變換器一次側(cè)和二次側(cè)之間也必須達(dá)到需要滿足的絕緣耐壓要求，這就會(huì)使整個(gè)的成本增加。
在此基礎(chǔ)上，筆者提出了一種分布式高壓隔離輔助電源供電裝置的設(shè)計(jì)方案，該裝置吸取了分布式輔助電源供電方式的優(yōu)點(diǎn)，并且改進(jìn)了其隔離性能，可以根據(jù)需要滿足不同電壓等級(jí)的絕緣耐壓要求。
1分布式高壓隔離輔助電源供電裝置硬件設(shè)計(jì)
由輔助電源供電裝置主回路電路、控制和檢測(cè)電路部分構(gòu)成。
1.1 輔助電源供電裝置主回路電路
圖1 供電電路原理框圖
如圖1所示，供電裝置的主回路進(jìn)線采用單相交流電源，經(jīng)二極管D1~4后整流為直流，再經(jīng)平波電容C1、C2濾波,得到一個(gè)直流電壓。在控制電路的作用下，半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的逆變器（Q1、Q2）將直流電壓逆變成交流輸出，經(jīng)負(fù)載（L1,C4或C5）形成閉合回路，得到交流電流。
該交流電流直接穿過(guò)各個(gè)分支回路的磁芯，在二次回路中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)在二次線圈中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓之后產(chǎn)生能供其他設(shè)備使用的輔助電源。
主回路與各個(gè)分支回路之間僅通過(guò)磁環(huán)內(nèi)的交變磁場(chǎng)進(jìn)行能量傳遞，就相當(dāng)于一個(gè)有著多個(gè)副邊繞組的變壓器，一次繞組為穿過(guò)磁環(huán)的輸出線纜，二次繞組為各個(gè)分支回路磁環(huán)上的二次線圈。
一次繞組與二次繞組沒(méi)有直接電氣連接，僅在磁環(huán)處相距較近，只要交流線圈（即主回路逆變部分的輸出線纜）額定電壓足夠高，便可實(shí)現(xiàn)主回路與分支回路之間、各分支回路之間高隔離電壓的要求，比如，主回路逆變輸出采用額定電壓為10kV，2.5mm2的硅橡膠電纜,便可滿足10kV單元串聯(lián)式高壓變頻器的使用需要。
采用此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)有：
1)安裝靈活：主回路交流線圈只穿磁環(huán)一次，各個(gè)磁環(huán)可以方便的移動(dòng)到需要安裝的位置。
2)高隔離性能：一次側(cè)和二次側(cè)的電能通過(guò)交流線圈和磁環(huán)的電磁感應(yīng)流通，只要交流線圈的耐壓等級(jí)足夠，各個(gè)二次側(cè)的磁環(huán)電氣間隙足夠，就可以滿足現(xiàn)場(chǎng)高壓隔離的需求。
3)主回路采用半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以消除大部分IGBT導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的諧波。其主回路交流線圈中的電流近似于正弦交流電流。
4)通過(guò)調(diào)整磁環(huán)二次側(cè)的繞線匝數(shù)可以方便的調(diào)整輸出輔助電源的電壓等級(jí)。
5)成本低。
1.2控制和檢測(cè)部分
控制和檢測(cè)部分如圖2所示，由電流檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、單片機(jī)[2]電路、IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路等組成。
