一種igbt驅動模塊的供電電源系統的製作方法

2023-04-27 20:18:51

專利名稱：一種igbt驅動模塊的供電電源系統的製作方法
技術領域：
:本發明涉及一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，應用在汽車電機控制器裡面的IGBT驅動模塊上。
背景技術：
:目前，電動汽車的電機控制器基本都採用大功率的IGBT開關，IGBT開關是核心的最貴重的電子元器件，因此其保護及可靠性顯得尤為重要，IGBT開關必需要IGBT驅動模塊來驅動，IGBT驅動模塊是一種驅動IGBT的專用模塊，如圖1所示，它由供電電源系統、信號處理、報障電路、IGBT驅動電路等組成。IGBT驅動電路驅動IGBT開關，IGBT驅動電路受外部的微處理器單元控制，IGBT驅動電路將保障信號送到報障電路處理後輸出到微處理器單
J Li οIGBT驅動模塊的供電電源系統穩定性，對IGBT驅動模塊是相當重要的。目前IGBT驅動模塊供電電源，大部份採用反激變換方式獲二路隔離電源，再用浮地方式獲得正負電源。這種電源具有電路簡單的特點，但也有不足之處，當負電源出現故障時，正電源同時會出現故障並燒壞電源，很難滿足電動汽車的內部需求，另外，供電電源中使用的逆變變壓器工作中會出現偏磁現象，使電磁飽和，導致逆變變壓器壽命較短且輸出不穩定
發明內容
:本發明的目的是提供一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，它採用兩組次級線圈，兩組次級線圈的整流和儲能對稱布局，保證輸出的穩定性和一致性，同時大大減小變壓器磁通不平衡的問題，達到了磁通平衡的目的，保證了變壓器的穩定性，使其工作壽命更長。本發明的目的是通過以下的技術方案予以實現的。一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，包括PWM調製器、功率開關管和逆變變壓器，逆變變壓器包括有磁芯和繞在磁芯上的初級線圈、次級第一線圈、次級第二線圈，初級線圈連接功率開關管並接入直流電源，功率開關管由PWM調製器輸出的PWM信號來控制通斷，其特徵在於:次級第一線圈包括第一首端抽頭、第一尾端抽頭和中間引出的第一中間抽頭，第一首端抽頭連接第一整流二級管的陽極，第一整流二級管的陰極連接第一儲能電容的一端，第一儲能電容的另一端與第一尾端抽頭連接，第一中間抽頭連接第二整流二級管的陰極，第二整流二級管的陽極連接第二儲能電容的一端，第二儲能電容的另一端與第一尾端抽頭連接；次級第二線圈包括第二端部抽頭、第三端部抽頭和中間引出的第二中間抽頭，第二端部抽頭與第一首端抽頭是同名端，第三端部抽頭與第一尾端抽頭是同名端，第三端部抽頭連接第三整流二級管的陽極，第三整流二級管的陰極連接第三儲能電容的一端，第三儲能電容的另一端與第二端部抽頭連接，第二中間抽頭連接第四整流二級管的陰極，第四整流二級管的陽極連接第四儲能電容的一端，第四儲能電容的另一端與第二端部抽頭連接。上述所述的功率開關管包括第一 MOS場效應管和第二 MOS場效應管，初級線圈的中間抽頭連接直流電源，初級線圈的尾端連接第二 MOS場效應管的源極，第二 MOS場效應管的漏極接地，第二 MOS場效應管的柵極與PWM調製器的輸出端連接，初級線圈的首端連接第一 MOS場效應管的源極，第一 MOS場效應管的漏極接地，第一 MOS場效應管的柵極與PWM調製器的輸出端連接。上述所述的第一儲能電容的兩端並聯第一濾波電容；第二儲能電容的兩端並聯第二濾波電容；第三儲能電容的兩端並聯第三濾波電容；第四儲能電容的兩端並聯第四濾波電容。上述所述的第一 MOS場效應管、第二 MOS場效應管是採用型號為IRF7470。上述所述的初級線圈的尾端和首端之間連接RC放電電路，RC放電電路包括電阻和電容，電阻和電容串聯起來。上述所述的逆變變壓器的磁芯是採用上下兩個E型的磁芯對接而成並形成「日」
字形結構。上述所述的初級線圈、次級第一線圈、次級第二線圈繞在「日」字形磁芯的中間的柱體上。上述所述的PWM調製器的輸出端輸出佔空比為40%至60%範圍的方波信號。上述所述的PWM調製器採用MC33025DW集成電路。本發明的有益效果是:1)本發明採用一種IGBT驅動模塊電源系統，能有效減少故障出現的頻率，由於電源系統的電源輸出是一種逆變式相互隔離的正負輸出的電壓，正負輸出電壓互不幹擾，大大減小變壓器磁通不平衡的問題，達到了磁通平衡的目的，保證了電壓的穩定性，使IGBT驅動模塊工作更加可靠；2) IGBT驅動模塊電源系統內部設置有開關驅動電路，採用兩個MOS場效應管輪流導通工作的推挽驅動方式使初級線圈產生交流電，控制更加準確，可靠性高；3)採用兩組次級線圈，兩組次級線圈的整流和儲能對稱布局，且同時工作，一組次級線圈輸出+15VDC電源，另一組則輸出一7.5V的電源，保證輸出的穩定性和一致性，保證了逆變變壓器的穩定性，使逆變變壓器工作壽命更長，該電路的電路結構簡單合理，可靠性高，製造成本低。4)初級線圈的尾端和首端之間連接RC放電電路，減少幹擾；5)逆變變壓器的磁芯是採用上下兩個E型的磁芯對接而成形成「日」字形結構，初級線圈、次級第一線圈、次級第二線圈繞在「日」字形磁芯的中間的柱體上，結構簡單，製造容易。


:圖1是現有的IGBT驅動模塊的方框原理圖；圖2是本發明對應的電路方框圖；圖3是圖2對應的具體實施電路圖；圖4是本發明的逆變變壓器的結構示意圖。
具體實施方式
:
下面通過具體實施例並結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。如圖2和圖3所示，一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，包括PWM調製器、功率開關管和逆變變壓器，逆變變壓器包括有磁芯和繞在磁芯上的初級線圈Al、次級第一線圈B1、次級第二線圈B2，初級線圈Al連接功率開關管並接入直流電源Vcc，功率開關管由PWM調製器輸出的PWM信號來控制通斷，其中:次級第一線圈BI包括第一首端抽頭Tl、第一尾端抽頭T3和中間引出的第一中間抽頭T2，第一首端抽頭Tl連接第一整流二級管Dl的陽極，第一整流二級管Dl的陰極連接第一儲能電容Cl的一端，第一儲能電容Cl的另一端與第一尾端抽頭T3連接，第一中間抽頭T2連接第二整流二級管D2的陰極，第二整流二級管D2的陽極連接第二儲能電容C2的一端，第二儲能電容C2的另一端與第一尾端抽頭T3連接；次級第二線圈B2包括第二端部抽頭T4、第三端部抽頭T6和中間引出的第二中間抽頭T5，第二端部抽頭T4與第一首端抽頭Tl是同名端，第三端部抽頭T6與第一尾端抽頭T3是同名端，第三端部抽頭T6連接第三整流二級管D3的陽極，第三整流二級管D3的陰極連接第三儲能電容C3的一端，第三儲能電容C3的另一端與第二端部抽頭T4連接，第二中間抽頭T5連接第四整流二級管D4的陰極，第四整流二級管D4的陽極連接第四儲能電容C4的一端,第四儲能電容C4的另一端與第二端部抽頭T4連接。功率開關管包括第一 MOS場效應管Ql和第二 MOS場效應管Q2初級線圈Al的中間抽頭連接直流電源Vcc，初級線圈Al的尾端連接第二 MOS場效應管Q2的源極，第二 MOS場效應管Q2的漏極接地，第二 MOS場效應管Q2的柵極與PWM調製器的輸出端連接，初級線圈Al的首端連接第一 MOS場效應管Ql的源極，第一 MOS場效應管Ql的漏極接地，第一 MOS場效應管Ql的柵極與PWM調製器的輸出端連接。第一儲能電容Cl的兩端並聯第一濾波電容C5;第二儲能電容C2的兩端並聯第二濾波電容C6 ;第三儲能 電容C3的兩端並聯第三濾波電容C7 ;第四儲能電容C4的兩端並聯第四濾波電容CS，確保了每路的半波整流波型的平滑穩定；所述的第一 MOS場效應管Ql、第二 MOS場效應管Q2是採用型號為IRF7470，初級線圈Al的尾端和首端之間連接RC放電電路，RC放電電路包括電阻Rl和電容C9，電阻Rl和電容C9串聯起來。PWM調製器的輸出端輸出佔空比為40%至60%範圍的方波信號，PWM調製器採用MC33025DW集成電路。如圖4所示，所述的逆變變壓器的磁芯是採用上下兩個E型的磁芯對接而成並形成「日」字形結構，初級線圈Al、次級第一線圈B1、次級第二線圈B2繞在「日」字形磁芯的中間的柱體F上。初級線圈Al包括首端、尾端和首端、尾端之間引出的中間抽頭。次級第一線圈BI包括第一首端抽頭Tl、第一尾端抽頭T3和中間引出的第一中間抽頭T2，次級第_■線圈B2包括弟_^而部抽頭T4、弟二糹而部抽頭T6和中間引出的弟_■中間抽頭T5。本發明的工作原理是:PWM調製器產生兩路的PWM方波調節信號，且兩路的PWM調節信號交替互鎖，使到第一 MOS場效應管Ql導通時第二 MOS場效應管Q2關閉，第一 MOS場效應管Ql關閉時第二 MOS場效應管Q2導通。當第一 MOS場效應管Ql導通、第二 MOS場效應管Q2關閉時，直流電源Vcc使電流經過初級線圈Al的中間抽頭、初級線圈Al上半部、初級線圈Al的首端、第一 MOS場效應管Ql到地，形成迴路；接著第一 MOS場效應管Ql關閉、第二 MOS場效應管Q2導通，直流電源Vcc使電流經過初級線圈Al的中間抽頭、初級線圈Al下半部、初級線圈Al的尾端、第二 MOS場效應管Q2到地形成迴路；如此循環下去，使到初級線圈Al形成交流的輸入。當第一 MOS場效應管Ql導通、第二 MOS場效應管Q2截止時，第二端部抽頭T4與第一首端抽頭Tl是同名端且產生正的電壓，第二中間抽頭T5處於低電位，從而使第一整流二級管D1、第四整流二級管D4導通，在第一儲能電容Cl的兩端形成電位差，P2與VE2之間輸出+15V直流電源，在第四儲能電容C4的的兩端形成電位差，NI到VEl輸出一7.5V直流電源，即同時得到兩路獨立的隔離的供電電源；當第一MOS場效應管Ql截止、第二MOS場效應管Q2導通時,第三端部抽頭T6與第一尾端抽頭T3是同名端且同時產生正電壓,第一中間抽頭T2處於低電位，從而使第三整流二極體D3、第二整流二極體D2導通，在第三儲能電容C3的兩端形成電位差，Pl與VEl之間輸出+15V直流電源，在第二儲能電容C2的的兩端形成電位差，N2到VE2輸出一7.5V直流電源，即同時得到兩路獨立的隔離的供電電源。本發明的IGBT驅動模塊的供電電源系統能提供兩組兩路的獨立隔離的供電電壓，正負輸出電壓互不幹擾，大大減小逆變變壓器磁通不平衡產生故障的問題，且輸出的能量始終保持一致，達到了磁通平衡的目的，保證了電壓的穩定，使逆變變壓器工作更加穩定，壽命更長，更好地為IGBT驅動模塊服務。上述實施例為本發明的較佳實施方式，但本發明的實施方式不限於此，其他任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，包括PWM調製器、功率開關管和逆變變壓器，逆變變壓器包括有磁芯和繞在磁芯上的初級線圈(Al)、次級第一線圈(BI)、次級第二線圈(B2)，初級線圈(Al)連接功率開關管並接入直流電源(Vcc)，功率開關管由PWM調製器輸出的PWM信號來控制通斷，其特徵在於: 次級第一線圈(BI)包括第一首端抽頭(Tl)、第一尾端抽頭(T3)和中間引出的第一中間抽頭(T2)，第一首端抽頭(Tl)連接第一整流二級管(Dl)的陽極，第一整流二級管(Dl)的陰極連接第一儲能電容(Cl)的一端,第一儲能電容(Cl)的另一端與第一尾端抽頭(T3)連接，第一中間抽頭(T2)連接第二整流二級管(D2)的陰極，第二整流二級管(D2)的陽極連接第二儲能電容(C2)的一端，第二儲能電容(C2)的另一端與第一尾端抽頭(T3)連接； 次級第二線圈(B2)包括第二端部抽頭(T4)、第三端部抽頭(T6 )和中間引出的第二中間抽頭(T5)，第二端部抽頭(T4)與第一首端抽頭(Tl)是同名端，第三端部抽頭(T6 )與第一尾端抽頭(T3)是同名端，第三端部抽頭(T6 )連接第三整流二級管(D3)的陽極，第三整流二級管(D3)的陰極連接第三儲能電容(C3)的一端，第三儲能電容(C3)的另一端與第二端部抽頭(T4)連接，第二中間抽頭(T5)連接第四整流二級管(D4)的陰極，第四整流二級管(D4)的陽極連接第四儲能電容(C4)的一端，第四儲能電容(C4)的另一端與第二端部抽頭(T4)連接。
2.根據權利要求1所述的一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，其特徵在於:功率開關管包括第一 MOS場效應管(Ql)和第二 MOS場效應管(Q2)，初級線圈(Al)的中間抽頭連接直流電源(Vcc)，初級線圈(Al)的尾端連接第二 MOS場效應管(Q2)的源極，第二 MOS場效應管(Q2)的漏極接地，第二 MOS場效應管(Q2)的柵極與PWM調製器的輸出端連接，初級線圈(Al)的首端連接第一 MOS場效應管(Ql)的源極，第一 MOS場效應管(Ql)的漏極接地，第一 MOS場效應管(Ql)的柵極與PWM調製器的輸出端連接。
3.根據權利要求1所述的一種IGBT驅動模塊的供電電源系統,其特徵在於:第一儲能電容(Cl)的兩端並聯第一濾波電容(C5);第二儲能電容(C2)的兩端並聯第二濾波電容(C6);第三儲能電容(C3)的兩端並聯第三濾波電容(C7);第四儲能電容(C4)的兩端並聯第四濾波電容(C8)。
4.根據權利要求2所述的一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，其特徵在於:所述的第一 MOS場效應管(Ql)、第二 MOS場效應管(Q2 )是採用型號為IRF7470。
5.根據權利要求1所述的一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，其特徵在於:初級線圈(Al)的尾端和首端之間連接RC放電電路，RC放電電路包括電阻(Rl)和電容(C9)，電阻(Rl)和電容(C9)串聯起來。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，其特徵在於:所述的逆變變壓器的磁芯是採用上下兩個E型的磁芯對接而成並形成「日」字形結構。
7.根據權利要求6所述的一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，其特徵在於:初級線圈(Al)、次級第一線圈(BI)、次級第二線圈(B2)繞在「日」字形磁芯的中間的柱體(F)上。
8.根據權利要求2所述的一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，其特徵在於:PWM調製器的輸出端輸出佔空比為40%至60%範圍的方波信號。
9.根據權利要求2所述的一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，其特徵在於:PWM調製器採用MC33025DW集 成電路。
全文摘要
本發明公開了一種IGBT驅動模塊的供電電源系統，包括PWM調製器、功率開關管和逆變變壓器，次級第一線圈(B1)的第一首端抽頭(T1)連接第一整流二級管(D1)的陽極，第一整流二級管(D1)的陰極連接第一儲能電容(C1)的一端，第一儲能電容(C1)的另一端與第一尾端抽頭(T3)連接，第一中間抽頭(T2)連接第二整流二級管(D2)的陰極，第二整流二級管(D2)的陽極連接第二儲能電容(C2)的一端，第二儲能電容(C2)的另一端與第一尾端抽頭(T3)連接；次級第二線圈(B2)的整流和儲能電容的布局與次級第一線圈(B1)對稱。本發明是一種逆變式相互隔離正負輸出的電壓，正負輸出電壓互不幹擾，大大減小變壓器磁通不平衡的問題，達到了磁通平衡的目的，保證了IGBT驅動模塊供電電源系統的穩定，滿足電動汽車的內部需求。
文檔編號H02M3/335GK103219890SQ20131010866
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者郭躍飛 申請人:大洋電機新動力科技有限公司