一种可用于无线电能传输的取能装置设计
发布时间：2022-01-25 02:06
针对市场上不少基于电磁感应原理制作的电源装置取电效率低、稳定性差、易于损坏的缺点,在此提出一种用于无线电能传输的线路取能方案。首先,在现有电流互感器（CT）取能装置制作工艺的基础上,增加对铁心材质、参数的考虑,选择铁心优化设计装置。同时,将新型GaN晶体管引入电能转换单元中,满足模块轻、薄的需求,并增加冲击、限压保护功能,以满足高压输电线路电压、电流条件复杂多变的需要。再重点探讨了GaN器件驱动特性,完成了隔离变压器驱动电路设计。最终,制作取能样机并进行实验验证。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(10)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图１方案总体设计??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｄｅｓｉｇｎ??
一种可用于无线电能传输的取能装置设计??转换模块性能。该设计的电能转换单元由整流滤??波模块、高频逆变模块、驱动模块、辅助电源模块、??控制模块组成，主要用于获取经ＣＴ取能单元变??换而来的电流信号，并将其转换为高频方波，其结??构框图如图２所示。??图２电能转换单元结构框图??Ｆｉｇ．?２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｐｏｗｅｒ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｕｎｉｔ??２．３．１?整流滤波电路??输电线路上的电流变化范围很大，大到几百??安培，小到几安培，ＣＴ取能单元从高压输电线路??上取得的工频交流电是不稳定的，不能直接应用??于后续无线电能传输系统，因此需要通过整流滤??波电路将接收到的工频交流转换成可以内部应用??的直流电。整流滤波电路由两部分组成：①整流电??路，其作用是将正弦波交流电压转变成单向的脉??动电压；②滤波电路，是将单向脉动电压通过滤波??形成直流电压。整流滤波电路输出的直流电压，是??高频逆变电路实现稳压逆变输出的前提。??２．３．２?高频逆变电路??髙频逆变电路将整流滤波电路输出的直流电??转换为需要的高频交流电，该设计采用一般电力??电子逆变拓扑。但与传统使用Ｓｉ基二极管、功率??ＭＯＳＦＥＴ以及ＩＧＢＴ等器件搭建电路相比，该设计??采用新型功率半导体器件，即增强型ＧａＮ晶体管??（ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ），以满足电源轻、雹孝高效的发??展趋势。ＧａＮ功率器件快速开关特性在降低器件??开关损耗的同时，有助于提升系统开关频率，从而??减小系统体积，低导通电阻特性则在降低器件导??通损耗的同时节约芯片面积进而降低系统成本。??另外由于其耐热性好，可工作在高温场合，从而大??幅度提高电
管。??所选用的ＧＳ６６５０８Ｂ存在耐压范围低、噪声容??限小等特点，因此需要减小驱动回路寄生电感，从??而降低门极驱动回路中的振荡，防止器件发生击??穿，从而提高可靠性。同时驱动回路布线时采用开??尔文接法及单层布线方式，尽可能地减小回路导??线的长度以及回路所包围的面积，并且半桥中的??上下管回路保持对称，这样可有效减小源极引线??电感，也可保证上下管参数相同，避免因参数不??同引起振荡以及直通。针对上述特点，且结合高??压输电线路附近无线电能传输的应用场合，选用??如图３所示的隔离变压器驱动电路作为驱动。??Ｊ￣１＿?Ｗｐｌｕ；??Ｒｉ??ＶＤｉ??ＶＤ２??图３?ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ驱动电路设计??Ｆｉｇ．?３?Ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ?ｄｒｉｖｅ?ｃｉｒｃｕｉｔ??为使ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ可稳定安全开关，选定栅??极驱动电压为±６?Ｖ。如图３所示，其中两个背靠背??稳压管ＶＤ，，ＶＤ２均为６?Ｖ稳压管，使ＧａＮ栅源两??端实现双向稳压，／？２为限流电阻。当脉冲电平为??高电平时，Ｕｐｌｕｓ向电容Ｃ充电，然后利用脉冲变压??器匝比将传递到次级端，此时ＶＤ２正向导通，??ＶＤ，工作在反向击穿区，将ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ的栅源两??端电压迅速箝位到６?Ｖ，大于其开启电压％（约为??１．５Ｖ），Ｃ／ｃ；开始向ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ的寄生电容Ｃ＾ｓ充??电，使其导通；当脉冲电平为零时，Ｃ通过变压器初??级电感对地放电，在次级端ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ的Ｇ放??电，此时ＶＤ，正向导通，ＶＤ２工作在反向击穿区，将??ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ栅源两端电压迅速箝位到－６?Ｖ，小??于其关断电压使ＧａＮ?ＥＨＥＭ
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于智能监测设备供电的复合绝缘子传能结构[J]. 黄明欣,唐酿,盛超,卢启付,曾杰. 高电压技术. 2020(02)
[2]输配电设备泛在电力物联网建设思路与发展趋势[J]. 江秀臣,刘亚东,傅晓飞,徐鹏,王劭菁,盛戈皞. 高电压技术. 2019(05)
[3]一种基于复合绝缘子的无线电能传输装置[J]. 黄明欣,唐酿,盛超,陈晓科. 电力电子技术. 2019(02)
[4]高压输电线路在线监测装置供能电源的研制[J]. 陈凯. 广东电力. 2016(02)
[5]台风对电网运行影响及应对措施[J]. 张勇,赵勇,王景亮,黄方能. 南方电网技术. 2012(01)
本文编号：3607707
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(10)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图１方案总体设计??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｄｅｓｉｇｎ??
一种可用于无线电能传输的取能装置设计??转换模块性能。该设计的电能转换单元由整流滤??波模块、高频逆变模块、驱动模块、辅助电源模块、??控制模块组成，主要用于获取经ＣＴ取能单元变??换而来的电流信号，并将其转换为高频方波，其结??构框图如图２所示。??图２电能转换单元结构框图??Ｆｉｇ．?２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｐｏｗｅｒ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｕｎｉｔ??２．３．１?整流滤波电路??输电线路上的电流变化范围很大，大到几百??安培，小到几安培，ＣＴ取能单元从高压输电线路??上取得的工频交流电是不稳定的，不能直接应用??于后续无线电能传输系统，因此需要通过整流滤??波电路将接收到的工频交流转换成可以内部应用??的直流电。整流滤波电路由两部分组成：①整流电??路，其作用是将正弦波交流电压转变成单向的脉??动电压；②滤波电路，是将单向脉动电压通过滤波??形成直流电压。整流滤波电路输出的直流电压，是??高频逆变电路实现稳压逆变输出的前提。??２．３．２?高频逆变电路??髙频逆变电路将整流滤波电路输出的直流电??转换为需要的高频交流电，该设计采用一般电力??电子逆变拓扑。但与传统使用Ｓｉ基二极管、功率??ＭＯＳＦＥＴ以及ＩＧＢＴ等器件搭建电路相比，该设计??采用新型功率半导体器件，即增强型ＧａＮ晶体管??（ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ），以满足电源轻、雹孝高效的发??展趋势。ＧａＮ功率器件快速开关特性在降低器件??开关损耗的同时，有助于提升系统开关频率，从而??减小系统体积，低导通电阻特性则在降低器件导??通损耗的同时节约芯片面积进而降低系统成本。??另外由于其耐热性好，可工作在高温场合，从而大??幅度提高电
管。??所选用的ＧＳ６６５０８Ｂ存在耐压范围低、噪声容??限小等特点，因此需要减小驱动回路寄生电感，从??而降低门极驱动回路中的振荡，防止器件发生击??穿，从而提高可靠性。同时驱动回路布线时采用开??尔文接法及单层布线方式，尽可能地减小回路导??线的长度以及回路所包围的面积，并且半桥中的??上下管回路保持对称，这样可有效减小源极引线??电感，也可保证上下管参数相同，避免因参数不??同引起振荡以及直通。针对上述特点，且结合高??压输电线路附近无线电能传输的应用场合，选用??如图３所示的隔离变压器驱动电路作为驱动。??Ｊ￣１＿?Ｗｐｌｕ；??Ｒｉ??ＶＤｉ??ＶＤ２??图３?ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ驱动电路设计??Ｆｉｇ．?３?Ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ?ｄｒｉｖｅ?ｃｉｒｃｕｉｔ??为使ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ可稳定安全开关，选定栅??极驱动电压为±６?Ｖ。如图３所示，其中两个背靠背??稳压管ＶＤ，，ＶＤ２均为６?Ｖ稳压管，使ＧａＮ栅源两??端实现双向稳压，／？２为限流电阻。当脉冲电平为??高电平时，Ｕｐｌｕｓ向电容Ｃ充电，然后利用脉冲变压??器匝比将传递到次级端，此时ＶＤ２正向导通，??ＶＤ，工作在反向击穿区，将ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ的栅源两??端电压迅速箝位到６?Ｖ，大于其开启电压％（约为??１．５Ｖ），Ｃ／ｃ；开始向ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ的寄生电容Ｃ＾ｓ充??电，使其导通；当脉冲电平为零时，Ｃ通过变压器初??级电感对地放电，在次级端ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ的Ｇ放??电，此时ＶＤ，正向导通，ＶＤ２工作在反向击穿区，将??ＧａＮ?ＥＨＥＭＴ栅源两端电压迅速箝位到－６?Ｖ，小??于其关断电压使ＧａＮ?ＥＨＥＭ
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于智能监测设备供电的复合绝缘子传能结构[J]. 黄明欣,唐酿,盛超,卢启付,曾杰. 高电压技术. 2020(02)
[2]输配电设备泛在电力物联网建设思路与发展趋势[J]. 江秀臣,刘亚东,傅晓飞,徐鹏,王劭菁,盛戈皞. 高电压技术. 2019(05)
[3]一种基于复合绝缘子的无线电能传输装置[J]. 黄明欣,唐酿,盛超,陈晓科. 电力电子技术. 2019(02)
[4]高压输电线路在线监测装置供能电源的研制[J]. 陈凯. 广东电力. 2016(02)
[5]台风对电网运行影响及应对措施[J]. 张勇,赵勇,王景亮,黄方能. 南方电网技术. 2012(01)
本文编号：3607707
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