一種用于igbt驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及IGBT驅(qū)動裝置技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源及方法，該方法采用的推挽式隔離電源由自激推挽電路通過推挽變壓器與整流輸出電路相連構(gòu)成，所述整流輸出電路由推挽變壓器副繞組一端通過整流二極管與串聯(lián)的電容一端相連，該副繞組的同名端還通過鉗壓功能的整流電路與串聯(lián)的電容另一端相連，推挽變壓器副繞組另一端與串聯(lián)電容的中心連接點相連。本發(fā)明簡化了隔離電源電路，實現(xiàn)了控制隔離電源輸出負(fù)壓的幅值。同時變壓器原副的分布電容更容易控制，極大提高了驅(qū)動裝置的共模抑制能力；增強(qiáng)了驅(qū)動裝置的抗干擾能力。因此，是一種高可靠、低成本、小體積的推挽式隔離電源。
【專利說明】
一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及IGBT驅(qū)動裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源及方法，適用于緊湊型、低成本的IGBT驅(qū)動場合。
【背景技術(shù)】
[0002]在IGBT應(yīng)用系統(tǒng)中，IGBT驅(qū)動裝置對整個系統(tǒng)的體積、成本等有重要影響。目前常用的IGBT驅(qū)動裝置中，一般需配置隔離驅(qū)動電源為驅(qū)動電路的副邊(驅(qū)動電路對IGBT輸出相關(guān)電路部分)提供能量。常用的隔離驅(qū)動電源輸出有一正一負(fù)共地電壓；其中負(fù)壓一般取-1OV到-5V，正壓一般取15V。常用的隔離驅(qū)動電源一般采用FLYBACK或者推挽電路。其中，常用的FLYBACK電路原理圖如圖1、2所示。輸入的直流電壓Uin+、Uin-加在FLYBACK電路原邊，經(jīng)開關(guān)管調(diào)制為高頻方波電壓后輸送給變壓器，變壓器將儲存的能量傳送給副邊的整流濾波電路。因隔離驅(qū)動電源輸出一正一負(fù)共地電壓，因此變壓器副邊一般設(shè)計為兩個繞組，如圖1中變壓器副邊繞組Nfl、Nf 2;也可設(shè)計為一個繞組，如圖2中變壓器副邊繞組ΝΠ。由于常用驅(qū)動電路中輸出正、負(fù)電壓幅值并不相等，副邊的兩個繞組既可以設(shè)計為不同匝數(shù)，也可以設(shè)計為相同匝數(shù)，然后通過鉗位整形電路進(jìn)行處理。常用的輸出電壓處理電路如圖1、2副邊電路所示。其中圖1中變壓器副邊采用不同繞組，通過原副邊繞組匝數(shù)不同，副邊產(chǎn)生幅值不等的輸出電壓，然后輸出的負(fù)壓通過穩(wěn)壓管穩(wěn)壓。圖2中將變壓器副邊繞組簡化為一個繞組，然后通過對輸出電壓采用電容分壓，負(fù)壓通過穩(wěn)壓管鉗位，從而造出兩路輸出電壓。在要求不高的場合，以上兩種FLYBACK電路穩(wěn)壓管也可取消。
[0003]推挽式隔離電源原邊電路原理圖如圖3所示，兩個三極管的驅(qū)動電路既可采用專用1C，也可采用自激振蕩電路。輸入的直流電壓Uin+、Uin-加在推挽電路原邊，經(jīng)互補(bǔ)導(dǎo)通的三極管Q1、Q2調(diào)制為高頻方波電壓送給變壓器Tl，變壓器Tl副邊繞組耦合出高頻雙極性方波經(jīng)副邊整流濾波電路后輸出直流電壓。推挽式電源變換器副邊整流濾波輸出電路一般采用橋式整流或者全波整流。在作為IGBT驅(qū)動電源場合，副邊整流濾波輸出電路常用電路如圖4、圖5所示。圖4電路采用橋式整流的方式，推挽變壓器副邊兩個繞組Nfl、Nf2，通過兩個整流橋BDlOl、BD102構(gòu)成橋式整流，然后將其輸出串聯(lián)，輸出的負(fù)電壓通過穩(wěn)壓管ZDlOl鉗位。圖5電路采用全波整流方式，推挽變壓器副邊四個繞組Nfl、Nf2、Nf3、Nf4，兩個二極管構(gòu)成全波整流電路，輸出采用電容分壓，并用穩(wěn)壓管對輸出電壓鉗位，從而構(gòu)成IGBT驅(qū)動副邊電路供電電源。在要求不高的場合，以上兩種推挽電路的整流電路中穩(wěn)壓管也可取消。
[0004]在以上應(yīng)用于IGBT驅(qū)動的隔離電源方案中，F(xiàn)LYBACK電路因工作方式?jīng)Q定了其變壓器磁芯利用率低，在小體積和低成本等方面并沒有優(yōu)勢?，F(xiàn)常用的推挽電路方案中有的增加了元器件數(shù)量，有的增加了變壓器繞組的復(fù)雜性，從而造成驅(qū)動裝置的成本較高，體積較大。另外，變壓器副邊繞組復(fù)雜化，不僅增加了變壓器設(shè)計難度，對變壓器的體積和成本不利，更重要的是，副邊繞組復(fù)雜化后不利于變壓器原副邊的分布電容控制，造成隔離驅(qū)動電源原副邊抗共模干擾能力降低，從而造成IGBT驅(qū)動裝置可靠性下降，系統(tǒng)存在不穩(wěn)定因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源及方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源，所述推挽式DCDC隔離電源由自激推挽電路通過推挽變壓器與整流輸出電路相連構(gòu)成，所述整流輸出電路由推挽變壓器副繞組一端通過整流二極管與串聯(lián)的電容一端相連，該副繞組的同名端還通過鉗壓功能的整流電路與串聯(lián)的電容另一端相連，推挽變壓器副繞組另一端與串聯(lián)電容的中心連接點相連。
[0007]一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源，所述鉗壓功能的整流電路由穩(wěn)壓二極管、整流二極管、鉗壓電容，所述穩(wěn)壓二極管的負(fù)極與整流二極管的負(fù)極串聯(lián)連接，且穩(wěn)壓二極管兩端并聯(lián)有電容。
[0008]一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源工作方法，其步驟如下:
1)、當(dāng)自激振蕩推挽式IGBT隔離驅(qū)動電源輸入有電壓時，電流通過Rl、Nfl、Nf2繞組為三極管Ql、Q2提供開通條件；
2)、當(dāng)推挽式的一個三極管先導(dǎo)通時，將會在其相連的原邊繞組Npl或Np2上產(chǎn)生方向與輸入電壓相反的感應(yīng)電壓，從而在與其驅(qū)動引腳相連的繞組上產(chǎn)生一個更利于導(dǎo)通的電壓，形成正反饋，實現(xiàn)該三極管的飽和導(dǎo)通，同時在另一個三極管上產(chǎn)生一個加速其關(guān)斷的電壓，實現(xiàn)該三極管快速關(guān)斷；
3)、當(dāng)與導(dǎo)通三極管相連的原邊繞組Npl或Np2電流增加到設(shè)定值時，變壓器呈現(xiàn)飽和特性，導(dǎo)致該回路中電流迅速增大，三極管將退出飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)致與其相連的原邊繞組電壓降低，與其驅(qū)動引腳相連的繞組上產(chǎn)生的導(dǎo)通電壓將隨之降低，從而導(dǎo)致導(dǎo)通的三極管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)，同時另一個三極管將由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為開通狀態(tài)；
4)、在原邊兩個三極管交替導(dǎo)通時，副邊繞組Nsl兩端將感應(yīng)出雙極性的方波電壓;Nsl為正電壓時，副邊繞組電流將通過副邊繞組Nsl的同名端、通過DlOl、C102到副邊繞組Nsl的異名端，整流的能量儲存在C102，為IGBT隔離驅(qū)動電源提供正直流電壓；Nsl為負(fù)電壓時，副邊繞組電流將通過副邊繞組Nsl的異名端、C103、D102、ZD101及C101、副邊繞組Nsl的同名端，將能量儲存在C103，為IGBT隔離驅(qū)動電源提供負(fù)直流電壓；
5)、采用的IGBT隔離驅(qū)動電源輸出負(fù)壓比正壓低一些，因此，通過調(diào)整ZDlOl的穩(wěn)壓值從而控制輸出的負(fù)壓；在上電初期，負(fù)壓幅值沒有建立到穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時，電流通過ZDlOl并聯(lián)電容ClOl加速負(fù)壓的建立，有助于驅(qū)動裝置的更可靠工作。
[0009]由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性:
本發(fā)明推挽式隔離電源的原邊功率變換電路采用了自激振蕩推挽電路，簡化了隔離電源電路，也有助于降低成本，減小體積;副邊整流濾波輸出電路采用二極管整流、電容串聯(lián)分壓和穩(wěn)壓管鉗位的方式輸出，構(gòu)成的IGBT驅(qū)動裝置推挽式隔離電源，不僅簡化電路，也容易實現(xiàn)控制隔離電源輸出負(fù)壓的幅值。推挽變換器的副邊采用一個繞組，不僅簡化了變壓器的結(jié)構(gòu)，減小變壓器體積，降低成本，同時變壓器原副的分布電容更容易控制，極大提高了驅(qū)動裝置的共模抑制能力;增強(qiáng)了驅(qū)動裝置的抗干擾能力。因此，是一種高可靠、低成本、小體積的推挽式隔離電源。
【附圖說明】
[0010]圖1是輸出雙繞組FLYBACK隔離電源變換器電路圖；
圖2是輸出單繞組FLYBACK隔離電源變換器電路圖；
圖3是推挽式隔離電源變換器原邊電路圖；
圖4是雙路共地輸出推挽式隔離電源副邊雙橋式整流串聯(lián)電路圖；
圖5是雙路共地輸出推挽式隔離電源副邊全波整流電路圖；
圖6是一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源電路圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0012]結(jié)合附圖6所示，一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源，所述推挽式DCDC隔離電源由自激推挽電路通過推挽變壓器與整流輸出電路相連構(gòu)成，所述整流輸出電路由推挽變壓器副繞組一端通過整流二極管與串聯(lián)的電容一端相連，該副繞組的同名端還通過鉗壓功能的整流電路與串聯(lián)的電容另一端相連，推挽變壓器副繞組另一端與串聯(lián)電容的中心連接點相連。所述鉗壓功能的整流電路由穩(wěn)壓二極管、整流二極管、鉗壓電容，所述穩(wěn)壓二極管的負(fù)極與整流二極管的負(fù)極串聯(lián)連接，且穩(wěn)壓二極管兩端并聯(lián)有電容。
[0013]本發(fā)明用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源原邊采用自激振蕩推挽電路，推挽變壓器的副邊只有一個繞組Nfl，變壓器副邊繞組的同名端與整流二極管DlOl串連，整流二極管DlOl的輸出連接輸出儲能濾波電容C102，電容C102的另一端與變壓器副邊繞組的異名端相連，構(gòu)成常規(guī)的整流濾波輸出電路，為隔離驅(qū)動電源提供正直流電壓；同時推挽變壓器副邊繞組的同名端與一穩(wěn)壓二極管ZDlOl串聯(lián)，穩(wěn)壓二極管ZDlOl的陰極與整流二極管D102反串聯(lián)，整流二極管D102的陽極與輸出儲能濾波電容C103相連，電容C103的另一端與變壓器副邊繞組的異名端相連，構(gòu)成有一定鉗壓功能的整流電路，為隔離驅(qū)動電源提供負(fù)直流電壓，其中穩(wěn)壓二極管ZDlOl兩端并聯(lián)電容C101。
[0014]其簡要工作原理如下:為簡化描述，不考慮電路中開關(guān)器件的導(dǎo)通壓降，推挽變壓器為理想變壓器；當(dāng)自激振蕩推挽式IGBT隔離驅(qū)動電源輸入有一定電壓時，電流通過Rl、Nfl、Nf 2繞組為三極管Ql、Q2提供開通條件，當(dāng)一個三極管先導(dǎo)通時，將會在其相連的原邊繞組Npl或Np2上產(chǎn)生方向與輸入電壓相反的感應(yīng)電壓，從而在與其驅(qū)動引腳相連的繞組上產(chǎn)生一個更利于導(dǎo)通的電壓，形成正反饋，實現(xiàn)該三極管的飽和導(dǎo)通，同時在另一個三極管上產(chǎn)生一個加速其關(guān)斷的電壓，實現(xiàn)該三極管快速關(guān)斷。當(dāng)與導(dǎo)通三極管相連的原邊繞組Npl或Np2電流增加到一定值時，變壓器呈現(xiàn)飽和特性，導(dǎo)致該回路中電流迅速增大，三極管將退出飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)致與其相連的原邊繞組電壓降低，與其驅(qū)動引腳相連的繞組上產(chǎn)生的導(dǎo)通電壓將隨之降低，從而導(dǎo)致導(dǎo)通的三極管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)，同時另一個三極管將由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為開通狀態(tài)。在原邊兩個三極管交替導(dǎo)通時，副邊繞組Nsl兩端將感應(yīng)出雙極性的方波電壓。Ns I為正電壓時，副邊繞組電流將通過副邊繞組Ns I的同名端、通過D11、C102到副邊繞組Ns I的異名端，整流的能量儲存在C102，為IGBT隔離驅(qū)動電源提供正直流電壓；Ns I為負(fù)電壓時，副邊繞組電流將通過副邊繞組Ns I的異名端、C1 3、D1 2、ZDlOl及C101、副邊繞組Nsl的同名端，將能量儲存在C103，為IGBT隔離驅(qū)動電源提供負(fù)直流電壓。由于IGBT隔離驅(qū)動電源一般輸出負(fù)壓比正壓低一些，因此，通過調(diào)整ZDlOl的穩(wěn)壓值從而控制輸出的負(fù)壓。在上電初期，負(fù)壓幅值沒有建立到穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時，電流通過ZDlOl并聯(lián)電容ClOl加速負(fù)壓的建立，有助于驅(qū)動裝置的更可靠工作。
[0015]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施而已，以上實現(xiàn)方式并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原則之內(nèi)的任何修改、替換、改進(jìn)等均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源，其特征是:所述推挽式DCDC隔離電源由自激推挽電路通過推挽變壓器與整流輸出電路相連構(gòu)成，所述整流輸出電路由推挽變壓器副繞組一端通過整流二極管與串聯(lián)的電容一端相連，該副繞組的同名端還通過鉗壓功能的整流電路與串聯(lián)的電容另一端相連，推挽變壓器副繞組另一端與串聯(lián)電容的中心連接點相連。2.—種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源，其特征是:所述鉗壓功能的整流電路由穩(wěn)壓二極管、整流二極管、鉗壓電容，所述穩(wěn)壓二極管的負(fù)極與整流二極管的負(fù)極串聯(lián)連接，且穩(wěn)壓二極管兩端并聯(lián)有電容。3.一種用于IGBT驅(qū)動裝置的推挽式隔離電源工作方法，其特征是:其步驟如下: 1)、當(dāng)自激振蕩推挽式IGBT隔離驅(qū)動電源輸入有電壓時，電流通過Rl,Nfl、Nf 2繞組為三極管Ql、Q2提供開通條件； 2)、當(dāng)推挽式的一個三極管先導(dǎo)通時，將會在其相連的原邊繞組Npl或Np2上產(chǎn)生方向與輸入電壓相反的感應(yīng)電壓，從而在與其驅(qū)動引腳相連的繞組上產(chǎn)生一個更利于導(dǎo)通的電壓，形成正反饋，實現(xiàn)該三極管的飽和導(dǎo)通，同時在另一個三極管上產(chǎn)生一個加速其關(guān)斷的電壓，實現(xiàn)該三極管快速關(guān)斷； 3)、當(dāng)與導(dǎo)通三極管相連的原邊繞組Npl或Np2電流增加到設(shè)定值時，變壓器呈現(xiàn)飽和特性，導(dǎo)致該回路中電流迅速增大，三極管將退出飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)致與其相連的原邊繞組電壓降低，與其驅(qū)動引腳相連的繞組上產(chǎn)生的導(dǎo)通電壓將隨之降低，從而導(dǎo)致導(dǎo)通的三極管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)，同時另一個三極管將由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為開通狀態(tài)； 4)、在原邊兩個三極管交替導(dǎo)通時，副邊繞組Nsl兩端將感應(yīng)出雙極性的方波電壓;Nsl為正電壓時，副邊繞組電流將通過副邊繞組Nsl的同名端、通過DlOl、C102到副邊繞組Nsl的異名端，整流的能量儲存在C102，為IGBT隔離驅(qū)動電源提供正直流電壓；Nsl為負(fù)電壓時，副邊繞組電流將通過副邊繞組Nsl的異名端、C103、D102、ZD101及C101、副邊繞組Nsl的同名端，將能量儲存在C103，為IGBT隔離驅(qū)動電源提供負(fù)直流電壓； 5)、采用的IGBT隔離驅(qū)動電源輸出負(fù)壓比正壓低一些，因此，通過調(diào)整ZDlOl的穩(wěn)壓值從而控制輸出的負(fù)壓；在上電初期，負(fù)壓幅值沒有建立到穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時，電流通過ZDlOl并聯(lián)電容ClOl加速負(fù)壓的建立，有助于驅(qū)動裝置的更可靠工作。
【文檔編號】H02M3/338GK105871217SQ201610291595
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】王浩然, 張其生, 黃新明, 邱玉林, 王文舉, 周秋燕, 何騰飛
【申請人】洛陽中重自動化工程有限責(zé)任公司