一种开关器件的取能电路的制作方法

1.本发明涉及直流输电领域，具体涉及一种开关器件的取能电路。


背景技术：

2.igct器件由于其具备开通、关断可控的优势，且通流能力强，短路电 流耐受能力强，是直流输电领域极为有效的器件类型。但是由于igct器件 工作过程中尤其在关断过程中所需要的能量巨大。而目前尚未有合适的在 线取能电路，在igct器件关断过程中为其提供大功率能量，制约了igct 器件在电力系统的中应用。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的igct器件无法 在线取得大功率能量的缺陷，从而提供一种开关器件的取能电路。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.本发明实施例提供一种开关器件的取能电路，包括：第一取能电路， 所述第一取能电路的第一输入端与所述开关器件的第一端连接，所述第一 取能电路的第二输入端与所述开关器件的第二端连接，所述第一取能电路 的第一输出端与所述开关器件的控制端连接，所述第一取能电路的第二输 出端与所述开关器件的第二端连接，所述第一取能电路用于在所述开关器 件关断状态下，获取其正向电压能量，并将所述正向电压能量输送至所述 开关器件的控制端，为所述开关器件提供工作电压。
6.可选地，所述第一取能电路包括：第一二极管、第一电容及第一dc/dc 变换器，其中，所述第一二极管的阳极与所述开关器件的第一端连接，所 述第一二极管的阴极分别与所述第一电容的一端及所述第一dc/dc变换器 的第一输入端连接，所述第一电容的另一端分别与所述开关器件的第二端 及所述第一dc/dc变换器的第二输入端连接，所述第一dc/dc变换器的 第一输出端与所述开关器件的控制端连接，所述第一dc/dc变换器的第二 输出端与所述开关器件的第二端连接。
7.可选地，开关器件的取能电路还包括：第一缓冲电路，所述第一缓冲 电路与所述开关器件并联连接，用于对所述开关器件的交流关断电压进行 均压处理，并在所述开关器件开通后进行放电。
8.可选地，所述第一缓冲电路，包括第一电阻、第二二极管及第二电容， 其中，所述第一电阻的一端分别与所述第二二极管的阳极及所述开关器件 的第一端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二二极管的阴极及所 述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述开关器件的第二端 连接。
9.可选地，开关器件的取能电路还包括：第二取能电路，所述第二取能 电路的第一输入端分别与所述第一电阻的另一端、所述第二二极管的阴极 及所述第二电容的一端连接，所述第二取能电路的第二输入端与所述开关 器件的第二端连接，所述第二取能电路的第一输出端与所述开关器件的控 制端连接，所述第二取能电路的第二输出端与所述开关
器件的第二端连接， 所述第二取能电路用于在所述开关器件关断状态下，获取其反向电压能量， 并将所述反向电压能量输送至所述开关器件的控制端，为所述开关器件提 供工作电压。
10.可选地，所述第二取能电路包括：第三电容、第三二极管、极性变换 器及第二dc/dc变换器，其中，所述第三二极管的阴极分别与所述第一电 阻的另一端、所述第二二极管的阴极及所述第二电容的一端连接，所述第 三二极管的阳极分别与所述第三电容的一端及所述极性变换器的第一输入 端连接，所述第二电容的另一端分别与所述极性变换器的第二输入端及所 述开关器件的第二端连接，所述极性变换器的第一输出端与所述第二 dc/dc变换器的第一输入端连接，所述极性变换器的第二输出端与所述第 二dc/dc变换器的第二输入端连接，所述第二dc/dc变换器的第一输出 端与所述开关器件的控制端连接，所述第二dc/dc变换器的第二输出端与 所述开关器件的第二端连接。
11.可选地，开关器件的取能电路还包括：第二缓冲电路，所述第二缓冲 电路与所述开关器件并联连接，用于对所述开关器件的直流关断电压进行 均压处理。
12.可选地，所述第二缓冲电路，包括第二电阻，所述第二电阻的一端与 所述开关器件的第一端连接，所述第二电阻的另一端与所述开关器件的第 二端连接。
13.可选地，所述开关器件为逆阻igct模块。
14.本发明技术方案，具有如下优点：
15.本发明提供的开关器件的取能电路，包括：第一取能电路，第一取能 电路的第一输入端与开关器件的第一端连接，第一取能电路的第二输入端 与开关器件的第二端连接，第一取能电路的第一输出端与开关器件的控制 端连接，第一取能电路的第二输出端与开关器件的第二端连接，第一取能 电路用于在开关器件关断状态下，获取其正向电压能量，并将正向电压能 量输送至开关器件的控制端，为开关器件提供工作电压。通过在开关器件 关断时，获取其正向电压能量，并将正向电压能量输送至开关器件的控制 端，为开关器件提供大功率能量，提高电压利用率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
17.图1为本发明实施例中一个具体示例的第一取能电路图；
18.图2为本发明实施例中一个具体示例的开关器件的取能电路。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、
ꢀ“
右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是 指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第 三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术 语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部 的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人 员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼 此之间未构成冲突就可以相互结合。
23.本发明实施例提供一种开关器件的取能电路，如图1所示，包括：第 一取能电路2，第一取能电路2的第一输入端与开关器件1的第一端连接， 第一取能电路2的第二输入端与开关器件1的第二端连接，第一取能电路2 的第一输出端与开关器件1的控制端连接，第一取能电路2的第二输出端 与开关器件1的第二端连接，第一取能电路2用于在开关器件1关断状态 下，获取其正向电压能量，并将正向电压能量输送至开关器件1的控制端， 为开关器件1提供工作电压。
24.在一具体实施例中，由于流经开关器件1的为交流电，因此开关器件1 两端电压会出现交替变化。当开关器件1两端为正向电压，即开关器件1 的第一端电压为正，开关器件1的第二端电压为负时，此时若将开关器件1 关断，其支路上的电流转移至第一取能电路2。第一取能电路2获取其正向 电压能量，并将正向电压能量输送至开关器件1的控制端，为开关器件1 提供工作电压。
25.如图1所示，第一取能电路2包括：第一二极管d1、第一电容c1及第 一dc/dc变换器，其中，第一二极管d1的阳极与开关器件1的第一端连 接，第一二极管d1的阴极分别与第一电容c1的一端及第一dc/dc变换器 的第一输入端连接，第一电容c1的另一端分别与开关器件1的第二端及第 一dc/dc变换器的第二输入端连接，第一dc/dc变换器的第一输出端与 开关器件1的控制端连接，第一dc/dc变换器的第二输出端与开关器件1 的第二端连接。
26.在本发明实施例中，当开关器件1两端为正向电压，此时若将开关器 件1关断，其两端正向电压能量通过第一二极管d1对第一电容c1进行充 电。由于第一二极管d1的反向阻隔作用，第一电容c1将存储开关器件1 两端最大的正向电压。并且由于从第一电容c1上取到的电压为约几千伏的 高电压，而开关器件1所需要的驱动电压仅为十几v，因此需要通过第一 dc/dc变换器将第一电容c1获取的电压变换为开关器件1驱动所需要的电 压。在本发明实施例中，开关器件1为逆阻igct模块。第一取能电路2 能够在igct开通状态下通过二极管反向截止，将能量存储在电容器中，并 能在igct关断状态下通过反极性电容存储，满足取能的大功率取能的要 求。通过在开关器件1关断时，获取其正向电压能量，并将正向电压能量 输送至开关器件1的控制端，为开关器件1提供工作电压，提高电压利用 率，降低直流输电成本。第一取能电路2在开关器件1关断时，获取其正 向电压能量，为开关器件1提供大功率能量的同时也达到了抑制开关器件1 关断过电压的目的。第一取能电路2将抑制关断过电压和取能集成有效使 用，控制灵活、成本较低。
27.本发明提供的开关器件的取能电路，包括：第一取能电路，第一取能 电路的第一输入端与开关器件的第一端连接，第一取能电路的第二输入端 与开关器件的第二端连接，第一取能电路的第一输出端与开关器件的控制 端连接，第一取能电路的第二输出端与开关器件的第二端连接，第一取能 电路用于在开关器件关断状态下，获取其正向电压能量，并将正向电压能 量输送至开关器件的控制端，为开关器件提供工作电压。通过在开关器件 关断时，获取其正向电压能量，并将正向电压能量输送至开关器件的控制 端，为开关器件提供大功率能量，提高电压利用率。
28.在一实施例中，如图2所示，开关器件1的取能电路还包括：第一缓 冲电路3，第一缓冲电路3与开关器件1并联连接，用于对开关器件1的交 流关断电压进行均压处理，并在开关器件1开通后进行放电。
29.在一具体实施例中，由于换流阀中各igct模块在关断过程中可能会存 在过电压现象，因此需要采用缓冲电路来抑制igct模块两端的关断电压。 为此本发明实施例提供第一缓冲电路3，用于实现开关器件1的动态分压， 即抑制关断电压中的交流分量。具体地，如图2所示，第一缓冲电路3，包 括：包括第一电阻r1、第二二极管d2及第二电容c2，其中，第一电阻r1 的一端分别与第二二极管d2的阳极及开关器件1的第一端连接，第一电阻 r1的另一端分别与第二二极管d2的阴极及第二电容c2的一端连接，第二 电容c2的另一端与开关器件1的第二端连。
30.在本发明实施例中，第一缓冲电路3为由第一电阻r1、第二二极管d2 及第二电容c2构成的rcd电路。在igct模块关断过程中，igct模块两 端关断电压通过第二二极管d2将第一电阻r1旁路，为第二电容c2充电， 从而降低igct模块两端电压，起到对关断过电压的抑制作用。当igct模 块开通之后，第二电容c2还可通过第一电阻r1放电，释放储存在电容上 的能量。通过在igct模块关断时，利用rcd电路吸收关断过电压，并在 igct模块开通之后，将rcd电路吸收的电压放电至igct模块，提高电 压利用率。
31.在一实施例中，如图2所示，开关器件1的取能电路还包括：第二取 能电路4，第二取能电路4的第一输入端分别与第一电阻r1的另一端、第 二二极管d2的阴极及第二电容c2的一端连接，第二取能电路4的第二输 入端与开关器件1的第二端连接，第二取能电路4的第一输出端与开关器 件1的控制端连接，第二取能电路4的第二输出端与开关器件1的第二端 连接，第二取能电路4用于在开关器件1关断状态下，获取其反向电压能 量，并将反向电压能量输送至开关器件1的控制端，为开关器件1提供工 作电压。
32.在一具体实施例中，由于流经开关器件1的为交流电，因此开关器件1 两端电压会出现交替变化。当开关器件1两端为正向电压，可通过第一取 能电路2获取其正向电压能量，并将正向电压能量输送至开关器件1的控 制端，为开关器件1提供工作电压。由于第一取能电路2只能获取igct 模块正向电压能量，无法获取其正向电压能量。因此，此时需要第二取能 电路4，获取其反向电压能量，并将反向电压能量输送至开关器件1的控制 端，为开关器件1提供工作电压。
33.如图2所示，第二取能电路4包括：第三电容c3、第三二极管d3、极 性变换器及第二dc/dc变换器，其中，第三二极管d3的阴极分别与第一 电阻r1的另一端、第二二极管d2的阴极及第二电容c2的一端连接，第三 二极管d3的阳极分别与第三电容c3的一端及极性变换器的第一输入端连 接，第二电容c2的另一端分别与极性变换器的第二输入端及开关器件1
的 第二端连接，极性变换器的第一输出端与第二dc/dc变换器的第一输入端 连接，极性变换器的第二输出端与第二dc/dc变换器的第二输入端连接， 第二dc/dc变换器的第一输出端与开关器件1的控制端连接，第二dc/dc 变换器的第二输出端与开关器件1的第二端连接。
34.在本发明实施例中，当开关器件1两端为负向电压，此时若将开关器 件1关断，其两端反向电压能量借助于第一电阻r1、第二电容c2和第二 二极管d2构成的第二取能电路4将反向电压能量存储在第二电容c2上。 由此第二取能电路4获取igct模块反向电压能量。由于反向电压能量其极 性相反，无法直接用于开关器件1提供工作电压，需先通过极性变换器将 电压反转，再通过第二dc/dc变换器将其转换为igct模块驱动所需要的 电压。通过在igct缓冲电路两端通过第一取能电路2及第二取能电路4 进行斩波，得到所需要的稳定直流能量，再通过dc/dc变换器，将高电压 变换成igct工作所需要的低电压，从而保证igct驱动器能够可靠工作。 两级取能电路将正反向能量同时使用，提高电压利用率。第二取能电路4 与第一缓冲电路3配合使用，在开关器件1关断时，获取igct模块反向电 压能量，为开关器件1提供大功率能量的同时也达到了抑制开关器件1关 断过电压的目的。通过将抑制关断过电压和取能集成有效使用，控制灵活、 成本较低。
35.在一实施例中，如图2所示，开关器件1的取能电路还包括：第二缓 冲电路5，第二缓冲电路5与开关器件1并联连接，用于对开关器件1的直 流关断电压进行均压处理。
36.在一具体实施例中，上述第一缓冲电路3仅能实现开关器件1的动态 分压，即抑制关断电压中的交流分量，其无法抑制开关器件1抑制关断电 压中的直流分量，即无法实现开关器件1的静态分压。为此，本发明实施 例还提供第二缓冲电路5，用于对开关器件1的直流关断电压进行均压处理 实现开关器件1的静态分压。
37.如图2所示，第二缓冲电路5，包括第二电阻r2，第二电阻r2的一端 与开关器件1的第一端连接，第二电阻r2的另一端与开关器件1的第二端 连接。
38.在本发明实施例中，第二缓冲电路5通过利用第二电阻r2的分压作用 实现开关器件1的静态分压。
39.在另一实例中，在igct关断状态下，由于第一二极管d1的截止 作用，第一电容c1获取的较高的能量通过dc/dc变换器将其转换为 igct模块驱动所需要的电压。而在反向电压下，第三电容c3可通过 第三二极管d3和第一电阻r1进行反极性充电。在反向电压下，第三 电容c3快速取能。而在igct承受正向电压之后，一电容c1开始取 能，其电压高于第三电容c3，从而保证了稳态大容量能量的需要。
40.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方 式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予 以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保 护范围之中。