CN103219890B - 一种igbt驱动模块的供电电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IGBT驱动模块的供电电源系统，包括PWM调制器、功率开关管和逆变变压器，次级第一线圈（B1)的第一首端抽头（T1)连接第一整流二级管（D1)的阳极，第一整流二级管（D1)的阴极连接第一储能电容（C1)的一端，第一储能电容（C1)的另一端与第一尾端抽头（T3)连接，第一中间抽头（T2)连接第二整流二级管（D2)的阴极，第二整流二级管（D2)的阳极连接第二储能电容（C2)的一端，第二储能电容（C2)的另一端与第一尾端抽头（T3)连接；次级第二线圈（B2)的整流和储能电容的布局与次级第一线圈（B1)对称。本发明是一种逆变式相互隔离正负输出的电压，正负输出电压互不干扰，大大减小变压器磁通不平衡的问题，达到了磁通平衡的目的，保证了IGBT驱动模块供电电源系统的稳定，满足电动汽车的内部需求。<!--1-->
Description
技术领域：
本发明涉及一种IGBT驱动模块的供电电源系统，应用在汽车电机控制器里面的IGBT驱动模块上。
背景技术：
目前，电动汽车的电机控制器基本都采用大功率的IGBT开关，IGBT开关是核心的最贵重的电子元器件，因此其保护及可靠性显得尤为重要，IGBT开关必需要IGBT驱动模块来驱动，IGBT驱动模块是一种驱动IGBT的专用模块，如图1所示，它由供电电源系统、信号处理、报障电路、IGBT驱动电路等组成。IGBT驱动电路驱动IGBT开关，IGBT驱动电路受外部的微处理器单元控制，IGBT驱动电路将保障信号送到报障电路处理后输出到微处理器单元。
IGBT驱动模块的供电电源系统稳定性，对IGBT驱动模块是相当重要的。目前IGBT驱动模块供电电源，大部份采用反激变换方式获二路隔离电源，再用浮地方式获得正负电源。这种电源具有电路简单的特点，但也有不足之处，当负电源出现故障时，正电源同时会出现故障并烧坏电源，很难满足电动汽车的内部需求，另外，供电电源中使用的逆变变压器工作中会出现偏磁现象，使电磁饱和，导致逆变变压器寿命较短且输出不稳定。
发明内容：
本发明的目的是提供一种IGBT驱动模块的供电电源系统，它采用两组次级线圈，两组次级线圈的整流和储能对称布局，保证输出的稳定性和一致性，同时大大减小变压器磁通不平衡的问题，达到了磁通平衡的目的，保证了变压器的稳定性，使其工作寿命更长。
本发明的目的是通过以下的技术方案予以实现的。
一种IGBT驱动模块的供电电源系统，包括由PWM调制器、功率开关管和逆变变压器，逆变变压器包括有磁芯和绕在磁芯上的初级线圈、次级第一线圈、次级第二线圈，初级线圈连接功率开关管并接入直流电源，功率开关管由PWM调制器输出的PWM信号来控制通断，其特征在于：
次级第一线圈包括第一首端抽头、第一尾端抽头和中间引出的第一中间抽头，第一首端抽头连接第一整流二级管的阳极，第一整流二级管的阴极连接第一储能电容的一端，第一储能电容的另一端与第一尾端抽头连接，第一中间抽头连接第二整流二级管的阴极，第二整流二级管的阳极连接第二储能电容的一端，第二储能电容的另一端与第一尾端抽头连接；
次级第二线圈包括第二首端抽头、第二尾端抽头和中间引出的第二中间抽头，第二首端抽头与第一首端抽头是同名端，第二尾端抽头与第一尾端抽头是同名端，第二尾端抽头连接第三整流二级管的阳极，第三整流二级管的阴极连接第三储能电容的一端，第三储能电容的另一端与第二首端抽头连接，第二中间抽头连接第四整流二级管的阴极，第四整流二级管的阳极连接第四储能电容的一端，第四储能电容的另一端与第二首端抽头连接。
上述所述的功率开关管包括第一MOS场效应管和第二MOS场效应管，初级线圈的中间抽头连接直流电源，初级线圈的尾端连接第二MOS场效应管的源极，第二MOS场效应管的漏极接地，第二MOS场效应管的栅极与PWM调制器的输出端连接，初级线圈的首端连接第一MOS场效应管的源极，第一MOS场效应管的漏极接地，第一MOS场效应管的栅极与PWM调制器的输出端连接。
上述所述的第一储能电容的两端并联第一滤波电容；第二储能电容的两端并联第二滤波电容；第三储能电容的两端并联第三滤波电容；第四储能电容的两端并联第四滤波电容。
上述所述的第一MOS场效应管、第二MOS场效应管是采用型号为IRF7470。
上述所述的初级线圈的尾端和首端之间连接RC放电电路，RC放电电路包括电阻和电容，电阻和电容串联起来。
上述所述的逆变变压器的磁芯是采用上下两个E型的磁芯对接而成并形成“日”字形结构。
上述所述的初级线圈、次级第一线圈、次级第二线圈绕在“日”字形磁芯的中间的柱体上。
上述所述的PWM调制器的输出端输出占空比为40％至60％范围的方波信号。
上述所述的PWM调制器采用MC33025DW集成电路。
本发明的有益效果是：1)本发明采用一种IGBT驱动模块电源系统，能有效减少故障出现的频率，由于电源系统的电源输出是一种逆变式相互隔离的正负输出的电压，正负输出电压互不干扰，大大减小变压器磁通不平衡的问题，达到了磁通平衡的目的，保证了电压的稳定性，使IGBT驱动模块工作更加可靠；2)IGBT驱动模块电源系统内部设置有开关驱动电路，采用两个MOS场效应管轮流导通工作的推挽驱动方式使初级线圈产生交流电，控制更加准确，可靠性高；3)采用两组次级线圈，两组次级线圈的整流和储能对称布局，且同时工作，一组次级线圈输出+15VDC电源，另一组则输出—7.5V的电源，保证输出的稳定性和一致性，保证了逆变变压器的稳定性，使逆变变压器工作寿命更长，该电路的电路结构简单合理，可靠性高，制造成本低。4)初级线圈的尾端和首端之间连接RC放电电路，减少干扰；5)逆变变压器的磁芯是采用上下两个E型的磁芯对接而成形成“日”字形结构，初级线圈、次级第一线圈、次级第二线圈绕在“日”字形磁芯的中间的柱体上，结构简单，制造容易。
附图说明：
图1是现有的IGBT驱动模块的方框原理图；
图2是本发明对应的电路方框图；
图3是图2对应的具体实施电路图；
图4是本发明的逆变变压器的结构示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
如图2和图3所示，一种IGBT驱动模块的供电电源系统，包括由PWM调制器、功率开关管和逆变变压器，逆变变压器包括有磁芯和绕在磁芯上的初级线圈A1、次级第一线圈B1、次级第二线圈B2，初级线圈A1连接功率开关管并接入直流电源Vcc，功率开关管由PWM调制器输出的PWM信号来控制通断，其中：
次级第一线圈B1包括第一首端抽头T1、第一尾端抽头T3和中间引出的第一中间抽头T2，第一首端抽头T1连接第一整流二级管D1的阳极，第一整流二级管D1的阴极连接第一储能电容C1的一端，第一储能电容C1的另一端与第一尾端抽头T3连接，第一中间抽头T2连接第二整流二级管D2的阴极，第二整流二级管D2的阳极连接第二储能电容C2的一端，第二储能电容C2的另一端与第一尾端抽头T3连接；
次级第二线圈B2包括第二首端抽头T4、第二尾端抽头T6和中间引出的第二中间抽头T5，第二首端抽头T4与第一首端抽头T1是同名端，第二尾端抽头T6与第一尾端抽头T3是同名端，第二尾端抽头T6连接第三整流二级管D3的阳极，第三整流二级管D3的阴极连接第三储能电容C3的一端，第三储能电容C3的另一端与第二首端抽头T4连接，第二中间抽头T5连接第四整流二级管D4的阴极，第四整流二级管D4的阳极连接第四储能电容C4的一端，第四储能电容C4的另一端与第二首端抽头T4连接。
功率开关管包括第一MOS场效应管Q1和第二MOS场效应管Q2初级线圈A1的中间抽头连接直流电源Vcc，初级线圈A1的尾端连接第二MOS场效应管Q2的源极，第二MOS场效应管Q2的漏极接地，第二MOS场效应管Q2的栅极与PWM调制器的输出端连接，初级线圈A1的首端连接第一MOS场效应管Q1的源极，第一MOS场效应管Q1的漏极接地，第一MOS场效应管Q1的栅极与PWM调制器的输出端连接。
第一储能电容C1的两端并联第一滤波电容C5；第二储能电容C2的两端并联第二滤波电容C6；第三储能电容C3的两端并联第三滤波电容C7；第四储能电容C4的两端并联第四滤波电容C8，确保了每路的半波整流波型的平滑稳定；所述的第一MOS场效应管Q1、第二MOS场效应管Q2是采用型号为IRF7470，初级线圈A1的尾端和首端之间连接RC放电电路，RC放电电路包括电阻R1和电容C9，电阻R1和电容C9串联起来。PWM调制器的输出端输出占空比为40％至60％范围的方波信号，PWM调制器采用MC33025DW集成电路。
如图4所示，所述的逆变变压器的磁芯是采用上下两个E型的磁芯对接而成并形成“日”字形结构，初级线圈A1、次级第一线圈B1、次级第二线圈B2绕在“日”字形磁芯的中间的柱体F上。初级线圈A1包括首端、尾端和首端、尾端之间引出的中间抽头。次级第一线圈B1包括第一首端抽头T1、第一尾端抽头T3和中间引出的第一中间抽头T2，次级第二线圈B2包括第二首端抽头T4、第二尾端抽头T6和中间引出的第二中间抽头T5。
本发明的工作原理是：PWM调制器产生两路的PWM方波调节信号，且两路的PWM调节信号交替互锁，使到第一MOS场效应管Q1导通时第二MOS场效应管Q2关闭，第一MOS场效应管Q1关闭时第二MOS场效应管Q2导通。当第一MOS场效应管Q1导通、第二MOS场效应管Q2关闭时，直流电源Vcc使电流经过初级线圈A1的中间抽头、初级线圈A1上半部、初级线圈A1的首端、第一MOS场效应管Q1到地，形成回路；接着第一MOS场效应管Q1关闭、第二MOS场效应管Q2导通，直流电源Vcc使电流经过初级线圈A1的中间抽头、初级线圈A1下半部、初级线圈A1的尾端、第二MOS场效应管Q2到地形成回路；如此循环下去，使到初级线圈A1形成交流的输入。
当第一MOS场效应管Q1导通、第二MOS场效应管Q2截止时，第二首端抽头T4与第一首端抽头T1是同名端且产生正的电压，第二中间抽头T5处于低电位，从而使第一整流二级管D1、第四整流二级管D4导通，在第一储能电容C1的两端形成电位差，P2与VE2之间输出+15V直流电源，在第四储能电容C4的的两端形成电位差，N1到VE1输出—7.5V直流电源，即同时得到两路独立的隔离的供电电源；当第一MOS场效应管Q1截止、第二MOS场效应管Q2导通时，第二尾端抽头T6与第一尾端抽头T3是同名端且同时产生正电压，第一中间抽头T2处于低电位，从而使第三整流二极管D3、第二整流二极管D2导通，在第三储能电容C3的两端形成电位差，P1与VE1之间输出+15V直流电源，在第二储能电容C2的的两端形成电位差，N2到VE2输出—7.5V直流电源，即同时得到两路独立的隔离的供电电源。
本发明的IGBT驱动模块的供电电源系统能提供两组两路的独立隔离的供电电压，正负输出电压互不干扰，大大减小逆变变压器磁通不平衡产生故障的问题，且输出的能量始终保持一致，达到了磁通平衡的目的，保证了电压的稳定，使逆变变压器工作更加稳定，寿命更长，更好地为IGBT驱动模块服务。
上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种IGBT驱动模块的供电电源系统，包括PWM调制器、功率开关管和逆变变压器，逆变变压器包括有磁芯和绕在磁芯上的初级线圈(A1)、次级第一线圈(B1)、次级第二线圈(B2)，初级线圈(A1)连接功率开关管并接入直流电源(Vcc)，功率开关管由PWM调制器输出的PWM信号来控制通断，其特征在于：
次级第一线圈(B1)包括第一首端抽头(T1)、第一尾端抽头(T3)和中间引出的第一中间抽头(T2)，第一首端抽头(T1)连接第一整流二级管(D1)的阳极，第一整流二级管(D1)的阴极连接第一储能电容(C1)的一端，第一储能电容(C1)的另一端与第一尾端抽头(T3)连接，第一中间抽头(T2)连接第二整流二级管(D2)的阴极，第二整流二级管(D2)的阳极连接第二储能电容(C2)的一端，第二储能电容(C2)的另一端与第一尾端抽头(T3)连接；
次级第二线圈(B2)包括第二首端抽头(T4)、第二尾端抽头(T6)和中间引出的第二中间抽头(T5)，第二首端抽头(T4)与第一首端抽头(T1)是同名端，第二尾端抽头(T6)与第一尾端抽头(T3)是同名端，第二尾端抽头(T6)连接第三整流二级管(D3)的阳极，第三整流二级管(D3)的阴极连接第三储能电容(C3)的一端，第三储能电容(C3)的另一端与第二首端抽头(T4)连接，第二中间抽头(T5)连接第四整流二级管(D4)的阴极，第四整流二级管(D4)的阳极连接第四储能电容(C4)的一端，第四储能电容(C4)的另一端与第二首端抽头(T4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动模块的供电电源系统，其特征在于：功率开关管包括第一MOS场效应管(Q1)和第二MOS场效应管(Q2)，初级线圈(A1)的中间抽头连接直流电源(Vcc)，初级线圈(A1)的尾端连接第二MOS场效应管(Q2)的源极，第二MOS场效应管(Q2)的漏极接地，第二MOS场效应管(Q2)的栅极与PWM调制器的输出端连接，初级线圈(A1)的首端连接第一MOS场效应管(Q1)的源极，第一MOS场效应管(Q1)的漏极接地，第一MOS场效应管(Q1)的栅极与PWM调制器的输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动模块的供电电源系统，其特征在于：第一储能电容(C1)的两端并联第一滤波电容(C5)；第二储能电容(C2)的两端并联第二滤波电容(C6)；第三储能电容(C3)的两端并联第三滤波电容(C7)；第四储能电容(C4)的两端并联第四滤波电容(C8)。
4.根据权利要求2所述的一种IGBT驱动模块的供电电源系统，其特征在于：所述的第一MOS场效应管(Q1)、第二MOS场效应管(Q2)是采用型号为IRF7470。
5.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动模块的供电电源系统，其特征在于：初级线圈(A1)的尾端和首端之间连接RC放电电路，RC放电电路包括电阻(R1)和电容(C9)，电阻(R1)和电容(C9)串联起来。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种IGBT驱动模块的供电电源系统，其特征在于：所述的逆变变压器的磁芯是采用上下两个E型的磁芯对接而成并形成“日”字形结构。
7.根据权利要求6所述的一种IGBT驱动模块的供电电源系统，其特征在于：初级线圈(A1)、次级第一线圈(B1)、次级第二线圈(B2)绕在“日”字形磁芯的中间的柱体(F)上。
8.根据权利要求2所述的一种IGBT驱动模块的供电电源系统，其特征在于：PWM调制器的输出端输出占空比为40％至60％范围的方波信号。
9.根据权利要求2所述的一种IGBT驱动模块的供电电源系统，其特征在于：PWM调制器采用MC33025DW集成电路。
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