一種用於IGBT驅動裝置的推挽式隔離電源的製作方法

2024-03-06 20:42:15

本實用新型涉及IGBT驅動裝置技術領域，尤其涉及一種用於IGBT驅動裝置的推挽式隔離電源，適用於緊湊型、低成本的IGBT驅動場合。

背景技術：

在IGBT應用系統中，IGBT驅動裝置對整個系統的體積、成本等有重要影響。目前常用的IGBT驅動裝置中，一般需配置隔離驅動電源為驅動電路的副邊（驅動電路對IGBT輸出相關電路部分）提供能量。常用的隔離驅動電源輸出有一正一負共地電壓；其中負壓一般取-10V到-5V，正壓一般取15V。常用的隔離驅動電源一般採用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，經開關管調製為高頻方波電壓後輸送給變壓器，變壓器將儲存的能量傳送給副邊的整流濾波電路。因隔離驅動電源輸出一正一負共地電壓，因此變壓器副邊一般設計為兩個繞組，如圖1中變壓器副邊繞組Nf1、Nf2；也可設計為一個繞組，如圖2中變壓器副邊繞組Nf1。由於常用驅動電路中輸出正、負電壓幅值並不相等，副邊的兩個繞組既可以設計為不同匝數，也可以設計為相同匝數，然後通過鉗位整形電路進行處理。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中變壓器副邊採用不同繞組，通過原副邊繞組匝數不同，副邊產生幅值不等的輸出電壓，然後輸出的負壓通過穩壓管穩壓。圖2中將變壓器副邊繞組簡化為一個繞組，然後通過對輸出電壓採用電容分壓，負壓通過穩壓管鉗位，從而造出兩路輸出電壓。在要求不高的場合，以上兩種FLYBACK電路穩壓管也可取消。

推挽式隔離電源原邊電路原理圖如圖3所示，兩個三極體的驅動電路既可採用專用IC，也可採用自激振蕩電路。輸入的直流電壓Uin+、Uin-加在推挽電路原邊，經互補導通的三極體Q1、Q2調製為高頻方波電壓送給變壓器T1，變壓器T1副邊繞組耦合出高頻雙極性方波經副邊整流濾波電路後輸出直流電壓。推挽式電源變換器副邊整流濾波輸出電路一般採用橋式整流或者全波整流。在作為IGBT驅動電源場合，副邊整流濾波輸出電路常用電路如圖4、圖5所示。圖4電路採用橋式整流的方式，推挽變壓器副邊兩個繞組Nf1、Nf2，通過兩個整流橋BD101、BD102構成橋式整流，然後將其輸出串聯，輸出的負電壓通過穩壓管ZD101鉗位。圖5電路採用全波整流方式，推挽變壓器副邊四個繞組Nf1、Nf2、Nf3、Nf4，兩個二極體構成全波整流電路，輸出採用電容分壓，並用穩壓管對輸出電壓鉗位，從而構成IGBT驅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壓管也可取消。

在以上應用於IGBT驅動的隔離電源方案中，FLYBACK電路因工作方式決定了其變壓器磁芯利用率低，在小體積和低成本等方面並沒有優勢。現常用的推挽電路方案中有的增加了元器件數量，有的增加了變壓器繞組的複雜性，從而造成驅動裝置的成本較高，體積較大。另外，變壓器副邊繞組複雜化，不僅增加了變壓器設計難度，對變壓器的體積和成本不利，更重要的是，副邊繞組複雜化後不利於變壓器原副邊的分布電容控制，造成隔離驅動電源原副邊抗共模幹擾能力降低，從而造成IGBT驅動裝置可靠性下降，系統存在不穩定因素。

技術實現要素：

鑑於此，本實用新型提供了一種用於IGBT驅動裝置的推挽式隔離電源。

為了實現上述發明目的，本實用新型採用的技術方案是：

一種用於IGBT驅動裝置的推挽式隔離電源，所述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體與串聯的電容一端相連，該副繞組的同名端還通過鉗壓功能的整流電路與串聯的電容另一端相連，推挽變壓器副繞組另一端與串聯電容的中心連接點相連。

一種用於IGBT驅動裝置的推挽式隔離電源，所述鉗壓功能的整流電路由穩壓二極體、整流二極體、鉗壓電容，所述穩壓二極體的負極與整流二極體的負極串聯連接，且穩壓二極體兩端並聯有電容。

由於採用如上所述的技術方案，本實用新型具有如下優越性：

本實用新型推挽式隔離電源的原邊功率變換電路採用了自激振蕩推挽電路，簡化了隔離電源電路，也有助於降低成本，減小體積；副邊整流濾波輸出電路採用二極體整流、電容串聯分壓和穩壓管鉗位的方式輸出，構成的IGBT驅動裝置推挽式隔離電源，不僅簡化電路，也容易實現控制隔離電源輸出負壓的幅值。推挽變換器的副邊採用一個繞組，不僅簡化了變壓器的結構，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，極大提高了驅動裝置的共模抑制能力；增強了驅動裝置的抗幹擾能力。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

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是一種用於IGBT驅動裝置的推挽式隔離電源電路圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。

結合附圖6所示，一種用於IGBT驅動裝置的推挽式隔離電源，所述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體與串聯的電容一端相連，該副繞組的同名端還通過鉗壓功能的整流電路與串聯的電容另一端相連，推挽變壓器副繞組另一端與串聯電容的中心連接點相連。所述鉗壓功能的整流電路由穩壓二極體、整流二極體、鉗壓電容，所述穩壓二極體的負極與整流二極體的負極串聯連接，且穩壓二極體兩端並聯有電容。

本實用新型用於IGBT驅動裝置的推挽式隔離電源原邊採用自激振蕩推挽電路，推挽變壓器的副邊只有一個繞組Nf1，變壓器副邊繞組的同名端與整流二極體D101串連，整流二極體D101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，構成常規的整流濾波輸出電路，為隔離驅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壓二極體ZD101串聯，穩壓二極體ZD101的陰極與整流二極體D102反串聯，整流二極體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，構成有一定鉗壓功能的整流電路，為隔離驅動電源提供負直流電壓，其中穩壓二極體ZD101兩端並聯電容C101。

其簡要工作原理如下：為簡化描述，不考慮電路中開關器件的導通壓降，推挽變壓器為理想變壓器；當自激振蕩推挽式IGBT隔離驅動電源輸入有一定電壓時，電流通過R1、Nf1、Nf2繞組為三極體Q1、Q2提供開通條件，當一個三極體先導通時，將會在其相連的原邊繞組Np1或Np2上產生方向與輸入電壓相反的感應電壓，從而在與其驅動引腳相連的繞組上產生一個更利於導通的電壓，形成正反饋，實現該三極體的飽和導通，同時在另一個三極體上產生一個加速其關斷的電壓，實現該三極體快速關斷。當與導通三極體相連的原邊繞組Np1或Np2電流增加到一定值時，變壓器呈現飽和特性，導致該迴路中電流迅速增大，三極體將退出飽和狀態，從而導致與其相連的原邊繞組電壓降低，與其驅動引腳相連的繞組上產生的導通電壓將隨之降低，從而導致導通的三極體由導通狀態轉換到截止狀態，同時另一個三極體將由截止狀態轉換為開通狀態。在原邊兩個三極體交替導通時，副邊繞組Ns1兩端將感應出雙極性的方波電壓。Ns1為正電壓時，副邊繞組電流將通過副邊繞組Ns1的同名端、通過D101、C102到副邊繞組Ns1的異名端，整流的能量儲存在C102，為IGBT隔離驅動電源提供正直流電壓; Ns1為負電壓時，副邊繞組電流將通過副邊繞組Ns1的異名端、C103、D102、ZD101及C101、副邊繞組Ns1的同名端，將能量儲存在C103，為IGBT隔離驅動電源提供負直流電壓。由於IGBT隔離驅動電源一般輸出負壓比正壓低一些，因此，通過調整ZD101的穩壓值從而控制輸出的負壓。在上電初期，負壓幅值沒有建立到穩壓管的穩壓值時，電流通過ZD101並聯電容C101加速負壓的建立，有助於驅動裝置的更可靠工作。

以上僅為本實用新型的優選實施而已，以上實現方式並不用於限制本實用新型，凡在本實用新型精神和原則之內的任何修改、替換、改進等均應包含在本實用新型保護範圍之內。