專利名稱：自帶動(dòng)態(tài)電源的諧振驅(qū)動(dòng)模塊控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源的控制方法，特別涉及一種專為非共地的電力電子開(kāi) 關(guān)驅(qū)動(dòng)專用的低損耗諧振式驅(qū)動(dòng)模塊的控制方法。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)電源最重要的部位是電力電子開(kāi)關(guān)，這是弱電控制強(qiáng)電的關(guān)鍵部位，可以用代表強(qiáng)電開(kāi)關(guān)的D極、S極和代表弱電驅(qū)動(dòng)的G極來(lái)表達(dá)，見(jiàn)圖1所示。 當(dāng)柵極施加高電平驅(qū)動(dòng)電壓Ugs (—般不超過(guò)20伏)時(shí)段，見(jiàn)圖1 (C)中的 t至t2、 T3至t4、 ts至t6時(shí)段，使電力電子開(kāi)關(guān)強(qiáng)電受控，于是有ids表示電 力電子開(kāi)關(guān)是導(dǎo)通(0N)的，而在沒(méi)有驅(qū)動(dòng)電壓Ugs (無(wú)控制訊號(hào))的時(shí)段， 見(jiàn)圖l (C)中的時(shí)段t、 L至t3、"至t5、 "U以后等，常開(kāi)的電力電子是斷路 (OFF)的。電力電子開(kāi)關(guān)的S極允許接地(零電位)稱為共地控制，這時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓Ugs 的聯(lián)接比較簡(jiǎn)單，可以用并聯(lián)的方法聯(lián)接。但是，對(duì)于非共地的電力電子開(kāi)關(guān)， 例如橋式或半橋式的上開(kāi)關(guān)管，又例如BUCK、 CUK拓?fù)渲蠸極不共地的電力電 子開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)就十分麻煩了。為了解決非共地的電力電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，促進(jìn) 電力電子技術(shù)的發(fā)展，大致有三種類型變壓器隔離方式、光耦隔離方式、懸 浮電容泵隔離方式，見(jiàn)圖2所示。圖2所示的典型驅(qū)動(dòng)方式中，成本最低，最廣泛應(yīng)用的是(a)變壓器TR隔離驅(qū)動(dòng)拓?fù)洹Ｌ貏e適應(yīng)高頻率小功率驅(qū)動(dòng)方式；如果需擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電流，往往 習(xí)慣用NPN-PNP互補(bǔ)射隨圖騰柱方式，見(jiàn)圖3所示。圖3中非共地懸浮電源V。n (—般為12伏至18V)，驅(qū)動(dòng)電流流過(guò)限流電阻 Rg，消耗了驅(qū)動(dòng)功率，稱為驅(qū)動(dòng)功耗電量APg，用下式表達(dá)△ Pg=Ci*U2gs'f上式中顯然可見(jiàn)驅(qū)動(dòng)損耗電量APg，正比于頻率f，正比于輸入電容Ci， 尤其是還正比于驅(qū)動(dòng)電壓Ugs的平方。如何減小驅(qū)動(dòng)損耗電量APg 選擇Ci小 的電力電子開(kāi)關(guān)管，可能導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通電阻Rds (0N)較高，導(dǎo)通損耗 也加大；減小頻率可能導(dǎo)致電感磁芯加大加重；最有效積極的方法應(yīng)關(guān)注降低 驅(qū)動(dòng)電壓Ugs。，由圖4看出，驅(qū)動(dòng)電壓Ugs取決于電源V。n，在電力電子開(kāi)關(guān)飽 和導(dǎo)通允許前提下，選用盡量低的電源V。n是有積極意義的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種自帶動(dòng)態(tài)電源的諧振驅(qū)動(dòng)模塊控制方法，既可解 決非共地電力電子開(kāi)關(guān)的隔離式高頻驅(qū)動(dòng)方法，又區(qū)別于傳統(tǒng)硬開(kāi)關(guān)互補(bǔ)射隨 圖騰柱驅(qū)動(dòng)方法的缺點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為把傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為諧振軟開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)， 可用低于Ugs的動(dòng)態(tài)電源V。n電容泵供電驅(qū)動(dòng)電壓Ugs。在非驅(qū)動(dòng)時(shí)段，驅(qū)動(dòng)電 壓Ugs為-V。ff負(fù)偏壓，能夠有效克服Ci的"米勒效應(yīng)"，降解半橋或全橋直通 的危害；驅(qū)動(dòng)時(shí)段的電源V。。電容泵，以及非驅(qū)動(dòng)時(shí)段負(fù)偏壓-V。t,電容泵，均是 由隔離變壓器次級(jí)繞組供電，即變壓器既傳遞驅(qū)動(dòng)頻率f，也傳遞兩個(gè)動(dòng)態(tài)電容泵電源+V。n和-Voff。


圖1是弱電G極控制強(qiáng)電D極和S極通斷的電力電子開(kāi)關(guān)示意圖。圖2是非共地的電力電子開(kāi)關(guān)隔離驅(qū)動(dòng)的典型拓?fù)涫疽鈭D。圖3為傳統(tǒng)硬開(kāi)關(guān)互補(bǔ)射隨圈騰柱驅(qū)動(dòng)拓?fù)涫疽鈭D。圖4為自帶動(dòng)態(tài)電源的諧振驅(qū)動(dòng)模塊拓?fù)涫疽鈭D。圖5為自帶動(dòng)態(tài)電源的諧振驅(qū)動(dòng)模塊控制方法示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。從圖3可見(jiàn)，當(dāng)輸入高電平時(shí)，L(NPN型晶體管)從懸浮電源V。n取得集電 極電流Ic，從射極輸出Ie，經(jīng)限流電阻Rg，向電容性負(fù)載Ci供電，這是驅(qū)動(dòng) 電力電子開(kāi)關(guān)V。的驅(qū)動(dòng)電壓Ugs。而當(dāng)輸入低電平時(shí)，Vs2(PNP型晶體管)導(dǎo)通將 電容性負(fù)載Ci貯存電荷經(jīng)電阻Rg限流，經(jīng)V^(PNP型晶體管)管導(dǎo)通放電。于 是，電源V。n的驅(qū)動(dòng)功耗全部消耗在電阻Rg發(fā)熱。另外，NPN型晶體管和PNP 型晶體管均為硬開(kāi)關(guān)，還存在直通危險(xiǎn)，可能導(dǎo)致電源V。。短路的危害。實(shí)現(xiàn)驅(qū) 動(dòng)電壓Ugs波形看到毛刺和拖尾，其中毛刺是硬開(kāi)關(guān)寄生振蕩干擾，而拖尾可 能導(dǎo)致電子開(kāi)關(guān)HVT硬開(kāi)關(guān)損耗發(fā)熱，影響效率。從圖4可見(jiàn)，輸入電流iw只流過(guò)隔離磁芯B的原方繞組Ni，經(jīng)副方繞組N2 變壓后，由晶體管Vsw和晶體管Vs。2的E-B端與電容d、 G形成整流，并由二極 管Du和Dz2并聯(lián)穩(wěn)壓得到動(dòng)態(tài)電容泵電源V。n和V。ff，當(dāng)輸入電流"輸入高電平 時(shí)晶體管V訓(xùn)(PNP)使晶體管L (NPN)導(dǎo)通，把動(dòng)態(tài)電容泵電源V。n經(jīng)二極管 D,—電感Lr一電容Ci驅(qū)動(dòng)電壓Ugs使電力電子開(kāi)關(guān)V。飽和導(dǎo)通，并由齊納二極 管DZu保護(hù)柵極G不致于過(guò)激勵(lì)而損壞，由于二極管D,的存在，驅(qū)動(dòng)電壓Ugs得以在電容Ci維持，得到平頂且干凈的波形。由于電感Lr一電容Ci諧振作用， 在保證足夠使電力電子管V。飽和導(dǎo)通的前提下，動(dòng)態(tài)電源V。w小于電壓驅(qū)動(dòng)電壓 Ugs，這是諧振驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)功率損耗較小，效率較高的關(guān)鍵之一。且由于晶體管 Vs^B Vs2均為軟開(kāi)關(guān)，又由于二極管DV,、 DV2、 D,和D2的開(kāi)關(guān)延時(shí)造成的死區(qū) 時(shí)延，避免了晶體管VSi和VS2直通的危害。解決了圖3硬開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)損耗較大， 又有直通危險(xiǎn)等問(wèn)題。圖4還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)輸入電流L低電平時(shí)，G極貯存電荷迅速由電容Ci 一電感l(wèi)r一晶體管Vs2— (-V。ff)使驅(qū)動(dòng)電壓Ugs得到負(fù)5伏左右的負(fù)偏置，對(duì) 于克制電力電子管V。的"米勒效應(yīng)"，消除半橋或全橋電路直通危害具有關(guān)鍵作 用。在圖5中，是"輸入高頻電流i/M乍控制源，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式的抗干擾能力， 優(yōu)于"輸入高頻電壓Ui/，的電壓驅(qū)動(dòng)方式。實(shí)用上，以每一個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)V。 為主，按圖4制造成模塊，則L流過(guò)每個(gè)隔離磁環(huán)B的原方繞組N,，可以用一 條高頻閉環(huán)饋線實(shí)現(xiàn)，其抗干擾能力很強(qiáng)，結(jié)合模塊的自帶負(fù)偏壓驅(qū)動(dòng)，有較 高的可靠性，由于是軟開(kāi)關(guān)諧振驅(qū)動(dòng)，損耗小，效率較高，性價(jià)比較優(yōu)，有較 強(qiáng)的竟?fàn)幠芰Α?br> 權(quán)利要求
1、一種自帶動(dòng)態(tài)電源的諧振驅(qū)動(dòng)模塊控制方法，其特征是，將傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為諧振軟開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)，可用低于Ugs的動(dòng)態(tài)電源Von電容泵供電驅(qū)動(dòng)電壓Ugs，在非驅(qū)動(dòng)時(shí)段，驅(qū)動(dòng)電壓Ugs為-Voff負(fù)偏壓；在驅(qū)動(dòng)時(shí)段的電源Von電容泵，以及非驅(qū)動(dòng)時(shí)段負(fù)偏壓-Voff電容泵，均是由隔離變壓器次級(jí)繞組供電，即變壓器既傳遞驅(qū)動(dòng)頻率f，也傳遞兩個(gè)動(dòng)態(tài)電容泵電源+Von和-Voff。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自帶動(dòng)態(tài)電源的諧振驅(qū)動(dòng)模塊控制方法，采用的技術(shù)方案為把傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為諧振軟開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)，可用低于Ugs的動(dòng)態(tài)電源+V_on電容泵供電驅(qū)動(dòng)電壓Ugs，在非驅(qū)動(dòng)時(shí)段，柵極電壓Ugs為-V_off負(fù)偏壓，能夠有效克服Ci的“米勒效應(yīng)”，降解半橋或全橋直通的危害；驅(qū)動(dòng)時(shí)段的電源V_on電容泵，以及非驅(qū)動(dòng)時(shí)段負(fù)偏壓-V_off電容泵，均是由隔離變壓器次級(jí)繞組供電，即變壓器既傳遞驅(qū)動(dòng)頻率f，也傳遞兩個(gè)動(dòng)態(tài)電容泵電源+V_on和-V_off。其優(yōu)點(diǎn)為抗干擾能力很強(qiáng)，結(jié)合模塊的自帶負(fù)偏壓驅(qū)動(dòng)，有較高的可靠性，損耗小，效率較高，性價(jià)比較優(yōu)。
文檔編號(hào)H02M1/08GK101325363SQ20081007364
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者王希天, 申莉萌 申請(qǐng)人:申莉萌