一種三電平全橋變換器驅動電路的製作方法
2023-05-26 13:26:46 1
專利名稱：一種三電平全橋變換器驅動電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及用於交流和交流之間、交流和直流之間、或直流和直流之間的變 換裝置的控制或調節零部件，特別是涉及一種三電平全橋變換器驅動電路。
背景技術：
現有大功率開關變換器中，前級電路一般採用三相功率因數校正整流電路，其輸 出電壓在800V左右，所以從器件應力方面考慮，後級電路必須採用三電平變換器。三電平 變換器是通過兩個功率開關器件串連來均分電壓應力的，與兩電平拓撲相比，功率開關器 件數量一般會加倍，像三電平全橋變換器就有兩個橋臂，共八個功率開關器件。這給功率開 關器件的驅動及其布局增加了難度。如圖1所示的典型的三電平全橋變換器示意圖。三電平全橋變換器包括分 別設置在左、右橋臂上的四個功率開關器件。功率開關器件可採用金屬氧化物半導體 場效應管(MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor,縮寫為 MOSFET)、 門極可關斷晶閘管(gate turn-off thyristor,縮寫為GT0)、絕緣柵雙極型電晶體 (Insulated GateBipolar Transistor，縮寫為 IGBT)或集成門極換流晶閘管(Integrated GateCommutatedThyristor，縮寫為IGCT)。其中，左橋臂自上而下依次是左第一功率開關器 件Si、左第二功率開關器件S2、左第三功率開關器件S3和左第四功率開關器件S4。右橋 臂自上而下依次是右第一功率開關器件S5、右第二功率開關器件S6、右第三功率開關器件 S7和右第四功率開關器件S8。各個功率開關器件的開通和關斷是通過PWM信號來控制的。 這種三電平全橋變換器採用光耦隔離驅動時，即使選用帶自舉功能的晶片也至少需要三路 驅動電源，給輔助源的設計增加了難度。因此，通常採用如圖2所示的驅動變壓器進行隔離 驅動方案，這樣原邊只需要一路驅動電源。如圖2所示的驅動變壓器進行隔離驅動方案，驅動變壓器Tl的兩個副邊繞組輸出 的PWM驅動信號分別驅動左第一功率開關器件Sl和左第四功率開關器件S4，驅動變壓器 T2的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第二功率開關器件S2和左第三功率開 關器件S3，驅動變壓器T3的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動右第二功率開關器 件S6和右第三功率開關器件S7，驅動變壓器T4的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別 驅動右第一功率開關器件S5和右第四功率開關器件S8。這種驅動方案中，左第四功率開關 器件S4和右第一功率開關器件S5的驅動線很長。同時，存在驅動電路元件布局和布線非常 困難且難以做到對稱問題。另外，由於驅動變壓器Tl連接到左第四功率開關器件S4的連 線與左橋臂上四個開關管之間的連線平行，同時驅動變壓器T4連接到右第一功率開關器 件S5的連線與右橋臂上四個開關管之間的連線平行，導致驅動信號容易受主功率的幹擾。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是彌補上述三電平全橋變換器驅動電路布局及 布線存在的不足，提出一種改進的三電平全橋變換器驅動電路。[0006]本實用新型的技術問題採用以下技術方案予以解決—種三電平全橋變換器驅動電路，三電平全橋變換器包括分別設置在左橋臂和右 橋臂上的四個功率開關器件，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關器件、左第二功 率開關器件、左第三功率開關器件和左第四功率開關器件，右橋臂自上而下依次是右第一 功率開關器件、右第二功率開關器件、右第三功率開關器件和右第四功率開關器件；其驅動 電路包括各有兩個副邊繞組的第一驅動變壓器、第二驅動變壓器、第三驅動變壓器和第四 驅動變壓器，所述每個驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號均互差180°，這種 三電平全橋變換器驅動電路的特點是所述第一驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第一功率 開關器件和右第一功率開關器件，所述第四驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信 號分別驅動左第四功率開關器件和右第四功率開關器件，所述第二驅動變壓器的兩個副邊 繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第二功率開關器件和左第三功率開關器件，所述第三 驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動右第二功率開關器件和右第三 功率開關器件。一種三電平全橋變換器驅動電路，三電平全橋變換器包括分別設置在左橋臂和右 橋臂上的四個功率開關器件，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關器件、左第二功 率開關器件、左第三功率開關器件和左第四功率開關器件，右橋臂自上而下依次是右第一 功率開關器件、右第二功率開關器件、右第三功率開關器件和右第四功率開關器件；其驅動 電路包括各有兩個副邊繞組的第一驅動變壓器、第二驅動變壓器、第三驅動變壓器和第四 驅動變壓器，所述每個驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號均互差180°，這種 三電平全橋變換器驅動電路的特點是所述第一驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第一功率 開關器件和右第一功率開關器件，所述第四驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信 號分別驅動左第四功率開關器件和右第四功率開關器件，所述第二驅動變壓器的兩個副邊 繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第二功率開關器件和右第二功率開關器件，所述第三 驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第三功率開關器件和右第三 功率開關器件。本實用新型的技術問題採用以下進一步的技術方案予以解決所述功率開關器件是場效應管M0SFET、門極可關斷晶閘管GT0、絕緣柵雙極型晶 體管IGBT和集成門極換流晶閘管IGCT中的一種。本實用新型與現有技術對比的有益效果是本實用新型通過將傳統驅動方案中左第四功率開關器件S4和右第一功率開關器 件S5的驅動變換，優化了驅動電路對稱布局及PCB布線方式，顯著縮短主功率開關器件左 第四功率開關器件和右第一功率開關器件的驅動線長度，避免驅動線與主功率流向平行， 有效防止驅動信號受到主功率的幹擾。
圖1是現有技術中典型的三電平全橋變換器示意圖；圖2是圖1的三電平全橋變換器的驅動變壓器隔離驅動電路圖；[0017]圖3是本實用新型具體實施方式
一的驅動變壓器隔離驅動電路圖；圖4是圖3的驅動電路的相應PWM驅動信號波形圖；圖5是本實用新型具體實施方式
二的驅動變壓器隔離驅動電路圖。
具體實施方式
下面將結合具體實施方式
並對照附圖對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式
一如圖3所示，為本具體實施方式
的驅動變壓器隔離驅動電路圖。其中，三電平全橋變換器包括分別設置在左橋臂和右橋臂上的四個功率開關器件 M0SFET，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關器件Si、左第二功率開關器件S2、左 第三功率開關器件S3和左第四功率開關器件S4,右橋臂自上而下依次是右第一功率開關 器件S5、右第二功率開關器件S6、右第三功率開關器件S7和右第四功率開關器件S8。其驅動電路包括各有兩個副邊繞組的驅動變壓器T1、T2、T3和Τ4。每個驅動變壓 器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別互差180°。各個驅動變壓器輸出的驅動信號 波形圖如圖4所示，驅動變壓器Tl輸出控制信號Ql和Q4，驅動變壓器Τ2輸出控制信號Q2 和Q3，驅動變壓器Τ3輸出控制信號Q6和Q7，驅動變壓器Τ4輸出控制信號Q5和Q8。其中， 控制信號Ql、Q2、Q3、Q4的波形分別和控制信號Q8、Q7、Q6、Q5的波形相同，且控制信號Ql 和Q4互差180°，控制信號Q2和Q3互差180，控制信號Q6和Q7互差180°，控制信號Q5 和Q8互差180°。驅動變壓器Tl的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號Ql和Q4分別驅動左第一功 率開關器件Sl和右第一功率開關器件S5，驅動變壓器Τ2的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動 信號Q2和Q3分別驅動左第二功率開關器件S2和左第三功率開關器件S3，驅動變壓器Τ3 的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號Q6和Q7分別驅動右第二功率開關器件S6和右第三 功率開關器件S7，驅動變壓器Τ4的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號Q5和Q8分別驅動左 第四功率開關器件S4和右第四功率開關器件S8。由於控制信號Q4的波形和控制信號Q5的波形相同，所以將傳統驅動方案中左第 四功率開關器件S4和右第一功率開關器件S5的驅動變換後，電路仍能正常工作。同時由 於驅動電路布線改進，左第四功率開關器件S4和右第一功率開關器件S5的驅動線長度顯 著縮短，降低驅動電路布局和布線的難度。而且，按照本實施例的電路布線也避免了左第四 功率開關器件S4驅動線、右第一功率開關器件S5驅動線與主功率流向平行，有效防止驅動 信號受到主功率的幹擾。
具體實施方式
二如圖5所示，為本具體實施方式
的驅動變壓器隔離驅動電路圖。本具體實施方式與具體實施方式
一的不同之處在於左第三功率開關器件S3和右第二功率開關器件S6的 驅動也互換了。如圖5所示，驅動變壓器Tl的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第一 功率開關器件Sl和右第一功率開關器件S5，驅動變壓器Τ2的兩個副邊繞組輸出的PWM驅 動信號分別驅動左第二功率開關器件S2和右第二功率開關器件S6，驅動變壓器Τ3的兩個 副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第三功率開關器件S3和右第三功率開關器件S7，驅動變壓器T4的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第四功率開關器件S4和右 第四功率開關器件S8。由於控制信號Q3的波形和控制信號Q6的波形相同，所以將傳統驅動方案中左第 三功率開關器件S3和右第二功率開關器件S6的驅動變換後，電路同樣仍能正常工作。同 時由於驅動電路布線改進，不僅顯著縮短左第四功率開關器件S4和右第一功率開關器件 S5的驅動線長度，也顯著縮短了左第三功率開關器件S3和右第二功率開關器件S6的驅動 線長度，進一步降低驅動電路布局和布線的難度。而且，按照本具體實施方式
的電路布線也 避免避免了左第四功率開關器件S4驅動線、右第一功率開關器件S5驅動線、左第三功率開 關器件S3驅動線和右第二功率開關器件S6驅動線與主功率流向平行，有效防止驅動信號 受到主功率的幹擾。同時按照本具體實施方式
的電路布線保證四個驅動變壓器T1、T2、T3、 Τ4對應的驅動電路布線完全對稱。以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能 認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬技術領域的普通技術 人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或 用途相同，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求一種三電平全橋變換器驅動電路，三電平全橋變換器包括分別設置在左橋臂和右橋臂上的四個功率開關器件，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關器件、左第二功率開關器件、左第三功率開關器件和左第四功率開關器件，右橋臂自上而下依次是右第一功率開關器件、右第二功率開關器件、右第三功率開關器件和右第四功率開關器件；其驅動電路包括各有兩個副邊繞組的第一驅動變壓器、第二驅動變壓器、第三驅動變壓器和第四驅動變壓器，所述每個驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號均互差180°，其特徵在於所述第一驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第一功率開關器件和右第一功率開關器件，所述第四驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第四功率開關器件和右第四功率開關器件，所述第二驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第二功率開關器件和左第三功率開關器件，所述第三驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動右第二功率開關器件和右第三功率開關器件。
2.一種三電平全橋變換器驅動電路，三電平全橋變換器包括分別設置在左橋臂和右橋 臂上的四個功率開關器件，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關器件、左第二功率 開關器件、左第三功率開關器件和左第四功率開關器件，右橋臂自上而下依次是右第一功 率開關器件、右第二功率開關器件、右第三功率開關器件和右第四功率開關器件；其驅動電 路包括各有兩個副邊繞組的第一驅動變壓器、第二驅動變壓器、第三驅動變壓器和第四驅 動變壓器，所述每個驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號均互差180°，其特徵 在於所述第一驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第一功率開關 器件和右第一功率開關器件，所述第四驅動變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分 別驅動左第四功率開關器件和右第四功率開關器件，所述第二驅動變壓器的兩個副邊繞組 輸出的PWM驅動信號分別驅動左第二功率開關器件和右第二功率開關器件，所述第三驅動 變壓器的兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別驅動左第三功率開關器件和右第三功率 開關器件。
3.如權利要求1或2所述的三電平全橋變換器驅動電路，其特徵在於所述功率開關器件是金屬氧化物半導體場效應管、門極可關斷晶間管、絕緣柵雙極型 電晶體和集成門極換流晶閘管中的一種。
專利摘要本實用新型公開了一種三電平全橋變換器驅動電路，三電平全橋變換器包括分別設置在左、右橋臂上的四個功率開關器件，其驅動電路包括各有兩個副邊繞組的第一至第四驅動變壓器，兩個副邊繞組輸出的PWM驅動信號分別互差180°，第一驅動變壓器驅動左第一和右第一功率開關器件；第四驅動變壓器驅動左第四和右第四功率開關器件；第二驅動變壓器驅動左第二，和左第三或者是右第二功率開關器件；第三驅動變壓器驅動右第二，和右第三或者是左第三功率開關器件。本實用新型優化了驅動電路對稱布局及PCB布線方式，顯著縮短主功率開關器件的驅動線長度，避免驅動線與主功率流向平行，有效防止驅動信號受到主功率的幹擾。
文檔編號H02M1/08GK201656751SQ20092026202
公開日2010年11月24日 申請日期2009年12月24日 優先權日2009年12月24日
發明者許峰, 趙敬輝, 靳廣超, 馬超群, 駱昊 申請人:艾默生網絡能源有限公司