CN105871217B - 一种用于igbt驱动装置的推挽式隔离电源及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及IGBT驱动装置技术领域，公开了一种用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源及方法，该方法采用的推挽式隔离电源由自激推挽电路通过推挽变压器与整流输出电路相连构成，所述整流输出电路由推挽变压器副绕组一端通过整流二极管与串联的电容一端相连，该副绕组的同名端还通过钳压功能的整流电路与串联的电容另一端相连，推挽变压器副绕组另一端与串联电容的中心连接点相连。本发明简化了隔离电源电路，实现了控制隔离电源输出负压的幅值。同时变压器原副的分布电容更容易控制，极大提高了驱动装置的共模抑制能力；增强了驱动装置的抗干扰能力。因此，是一种高可靠、低成本、小体积的推挽式隔离电源。
Description
技术领域
本发明涉及IGBT驱动装置技术领域，尤其涉及一种用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源及方法，适用于紧凑型、低成本的IGBT驱动场合。
背景技术
在IGBT应用系统中，IGBT驱动装置对整个系统的体积、成本等有重要影响。目前常用的IGBT驱动装置中，一般需配置隔离驱动电源为驱动电路的副边（驱动电路对IGBT输出相关电路部分）提供能量。常用的隔离驱动电源输出有一正一负共地电压；其中负压一般取-10V到-5V，正压一般取15V。常用的隔离驱动电源一般采用FLYBACK或者推挽电路。其中，常用的FLYBACK电路原理图如图1、2所示。输入的直流电压Uin+、Uin-加在FLYBACK电路原边，经开关管调制为高频方波电压后输送给变压器，变压器将储存的能量传送给副边的整流滤波电路。因隔离驱动电源输出一正一负共地电压，因此变压器副边一般设计为两个绕组，如图1中变压器副边绕组Nf1、Nf2；也可设计为一个绕组，如图2中变压器副边绕组Nf1。由于常用驱动电路中输出正、负电压幅值并不相等，副边的两个绕组既可以设计为不同匝数，也可以设计为相同匝数，然后通过钳位整形电路进行处理。常用的输出电压处理电路如图1、2副边电路所示。其中图1中变压器副边采用不同绕组，通过原副边绕组匝数不同，副边产生幅值不等的输出电压，然后输出的负压通过稳压管稳压。图2中将变压器副边绕组简化为一个绕组，然后通过对输出电压采用电容分压，负压通过稳压管钳位，从而造出两路输出电压。在要求不高的场合，以上两种FLYBACK电路稳压管也可取消。
推挽式隔离电源原边电路原理图如图3所示，两个三极管的驱动电路既可采用专用IC，也可采用自激振荡电路。输入的直流电压Uin+、Uin-加在推挽电路原边，经互补导通的三极管Q1、Q2调制为高频方波电压送给变压器T1，变压器T1副边绕组耦合出高频双极性方波经副边整流滤波电路后输出直流电压。推挽式电源变换器副边整流滤波输出电路一般采用桥式整流或者全波整流。在作为IGBT驱动电源场合，副边整流滤波输出电路常用电路如图4、图5所示。图4电路采用桥式整流的方式，推挽变压器副边两个绕组Nf1、Nf2，通过两个整流桥BD101、BD102构成桥式整流，然后将其输出串联，输出的负电压通过稳压管ZD101钳位。图5电路采用全波整流方式，推挽变压器副边四个绕组Nf1、Nf2、Nf3、Nf4，两个二极管构成全波整流电路，输出采用电容分压，并用稳压管对输出电压钳位，从而构成IGBT驱动副边电路供电电源。在要求不高的场合，以上两种推挽电路的整流电路中稳压管也可取消。
在以上应用于IGBT驱动的隔离电源方案中，FLYBACK电路因工作方式决定了其变压器磁芯利用率低，在小体积和低成本等方面并没有优势。现常用的推挽电路方案中有的增加了元器件数量，有的增加了变压器绕组的复杂性，从而造成驱动装置的成本较高，体积较大。另外，变压器副边绕组复杂化，不仅增加了变压器设计难度，对变压器的体积和成本不利，更重要的是，副边绕组复杂化后不利于变压器原副边的分布电容控制，造成隔离驱动电源原副边抗共模干扰能力降低，从而造成IGBT驱动装置可靠性下降，系统存在不稳定因素。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源及方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源，所述推挽式DCDC隔离电源由自激推挽电路通过推挽变压器与整流输出电路相连构成，所述整流输出电路由推挽变压器副绕组一端通过整流二极管与串联的电容一端相连，该副绕组的同名端还通过钳压功能的整流电路与串联的电容另一端相连，推挽变压器副绕组另一端与串联电容的中心连接点相连。
一种用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源，所述钳压功能的整流电路由稳压二极管、整流二极管、钳压电容，所述稳压二极管的负极与整流二极管的负极串联连接，且稳压二极管两端并联有电容。
一种用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源工作方法，其步骤如下：
1）、当自激振荡推挽式IGBT隔离驱动电源输入有电压时，电流通过R1、Nf1、Nf2绕组为三极管Q1、Q2提供开通条件；
2）、当推挽式的一个三极管先导通时，将会在其相连的原边绕组Np1或Np2上产生方向与输入电压相反的感应电压，从而在与其驱动引脚相连的绕组上产生一个更利于导通的电压，形成正反馈，实现该三极管的饱和导通，同时在另一个三极管上产生一个加速其关断的电压，实现该三极管快速关断；
3）、当与导通三极管相连的原边绕组Np1或Np2电流增加到设定值时，变压器呈现饱和特性，导致该回路中电流迅速增大，三极管将退出饱和状态，从而导致与其相连的原边绕组电压降低，与其驱动引脚相连的绕组上产生的导通电压将随之降低，从而导致导通的三极管由导通状态转换到截止状态，同时另一个三极管将由截止状态转换为开通状态；
4）、在原边两个三极管交替导通时，副边绕组Ns1两端将感应出双极性的方波电压；Ns1为正电压时，副边绕组电流将通过副边绕组Ns1的同名端、通过D101、C102到副边绕组Ns1的异名端，整流的能量储存在C102，为IGBT隔离驱动电源提供正直流电压； Ns1为负电压时，副边绕组电流将通过副边绕组Ns1的异名端、C103、D102、ZD101及C101、副边绕组Ns1的同名端，将能量储存在C103，为IGBT隔离驱动电源提供负直流电压；
5）、采用的IGBT隔离驱动电源输出负压比正压低一些，因此，通过调整ZD101的稳压值从而控制输出的负压；在上电初期，负压幅值没有建立到稳压管的稳压值时，电流通过ZD101并联电容C101加速负压的建立，有助于驱动装置的更可靠工作。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
本发明推挽式隔离电源的原边功率变换电路采用了自激振荡推挽电路，简化了隔离电源电路，也有助于降低成本，减小体积；副边整流滤波输出电路采用二极管整流、电容串联分压和稳压管钳位的方式输出，构成的IGBT驱动装置推挽式隔离电源，不仅简化电路，也容易实现控制隔离电源输出负压的幅值。推挽变换器的副边采用一个绕组，不仅简化了变压器的结构，减小变压器体积，降低成本，同时变压器原副的分布电容更容易控制，极大提高了驱动装置的共模抑制能力；增强了驱动装置的抗干扰能力。因此，是一种高可靠、低成本、小体积的推挽式隔离电源。
附图说明
图1是输出双绕组FLYBACK隔离电源变换器电路图；
图2是输出单绕组FLYBACK隔离电源变换器电路图；
图3是推挽式隔离电源变换器原边电路图；
图4是双路共地输出推挽式隔离电源副边双桥式整流串联电路图；
图5是双路共地输出推挽式隔离电源副边全波整流电路图；
图6是一种用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合附图6所示，一种用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源，所述推挽式DCDC隔离电源由自激推挽电路通过推挽变压器与整流输出电路相连构成，所述整流输出电路由推挽变压器副绕组一端通过整流二极管与串联的电容一端相连，该副绕组的同名端还通过钳压功能的整流电路与串联的电容另一端相连，推挽变压器副绕组另一端与串联电容的中心连接点相连。所述钳压功能的整流电路由稳压二极管、整流二极管、钳压电容，所述稳压二极管的负极与整流二极管的负极串联连接，且稳压二极管两端并联有电容。
本发明用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源原边采用自激振荡推挽电路，推挽变压器的副边只有一个绕组Nf1，变压器副边绕组的同名端与整流二极管D101串连，整流二极管D101的输出连接输出储能滤波电容C102，电容C102的另一端与变压器副边绕组的异名端相连，构成常规的整流滤波输出电路，为隔离驱动电源提供正直流电压；同时推挽变压器副边绕组的同名端与一稳压二极管ZD101串联，稳压二极管ZD101的阴极与整流二极管D102反串联，整流二极管D102的阳极与输出储能滤波电容C103相连，电容C103的另一端与变压器副边绕组的异名端相连，构成有一定钳压功能的整流电路，为隔离驱动电源提供负直流电压，其中稳压二极管ZD101两端并联电容C101。
其简要工作原理如下：为简化描述，不考虑电路中开关器件的导通压降，推挽变压器为理想变压器；当自激振荡推挽式IGBT隔离驱动电源输入有一定电压时，电流通过R1、Nf1、Nf2绕组为三极管Q1、Q2提供开通条件，当一个三极管先导通时，将会在其相连的原边绕组Np1或Np2上产生方向与输入电压相反的感应电压，从而在与其驱动引脚相连的绕组上产生一个更利于导通的电压，形成正反馈，实现该三极管的饱和导通，同时在另一个三极管上产生一个加速其关断的电压，实现该三极管快速关断。当与导通三极管相连的原边绕组Np1或Np2电流增加到一定值时，变压器呈现饱和特性，导致该回路中电流迅速增大，三极管将退出饱和状态，从而导致与其相连的原边绕组电压降低，与其驱动引脚相连的绕组上产生的导通电压将随之降低，从而导致导通的三极管由导通状态转换到截止状态，同时另一个三极管将由截止状态转换为开通状态。在原边两个三极管交替导通时，副边绕组Ns1两端将感应出双极性的方波电压。Ns1为正电压时，副边绕组电流将通过副边绕组Ns1的同名端、通过D101、C102到副边绕组Ns1的异名端，整流的能量储存在C102，为IGBT隔离驱动电源提供正直流电压; Ns1为负电压时，副边绕组电流将通过副边绕组Ns1的异名端、C103、D102、ZD101及C101、副边绕组Ns1的同名端，将能量储存在C103，为IGBT隔离驱动电源提供负直流电压。由于IGBT隔离驱动电源一般输出负压比正压低一些，因此，通过调整ZD101的稳压值从而控制输出的负压。在上电初期，负压幅值没有建立到稳压管的稳压值时，电流通过ZD101并联电容C101加速负压的建立，有助于驱动装置的更可靠工作。
以上仅为本发明的优选实施而已，以上实现方式并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内的任何修改、替换、改进等均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (1)
1.一种用于IGBT驱动装置的推挽式隔离电源，其特征是：所述推挽式隔离电源为推挽式DCDC隔离电源，推挽式DCDC隔离电源由自激推挽电路通过推挽变压器与整流输出电路相连构成；
所述整流输出电路由推挽变压器副边绕组Ns1的一端与整流二极管D101正极相连，整流二极管D101负极与电容C102的正端相连，电容C102的负端与推挽变压器副边绕组Ns1另一端相连；同时，推挽变压器副边绕组Ns1的同一端还通过钳压功能的整流电路与电容C103的负端相连；
推挽变压器副边绕组Ns1另一端与串联的电容C102、电容C103 的中心连接点相连；
其中推挽变压器原边绕组Np1一端同原边绕组Np2一端的连接点与电容C1正端相连；
推挽变压器原边绕组Np1另一端与三极管Q1集电极端相连；推挽变压器原边绕组Np2另一端与三极管Q2集电极端相连； 三极管Q1集电极、三极管Q2集电极分别通过二极管D1、二极管D2与三极管Q1发射极、三极管Q2发射极的连接点、电容C1负端相连；
推挽变压器T1上的辅助绕组Nf1一端同辅助绕组Nf2一端的连接点与电容C2一端相连，电容C2另一端与电容C1负端相连；
推挽变压器辅助绕组Nf1、辅助绕组Nf2的另一端分别与三极管Q1、三极管Q2的基极端相连；
其中推挽变压器辅助绕组Nf1同辅助绕组Nf2的连接点通过电阻R1与推挽变压器原边绕组Np1同原边绕组Np2的连接点相连；
所述钳压功能的整流电路由一稳压二极管ZD101、一整流二极管D102、钳压电容C101构成；所述稳压二极管ZD101的正极与推挽变压器副边绕组Ns1的一端相连，稳压二极管ZD101的负极与整流二极管D102的负极连接，整流二极管D102的正极与电容C103的负端相连，稳压二极管ZD101两端并联有钳压电容C101；
推挽式隔离电源工作方法，具体实施步骤如下：
1）、当自激振荡推挽式IGBT隔离驱动电源输入有电压时，电流通过电阻R1、推挽变压器辅助绕组Nf1、辅助绕组Nf2为三极管Q1、三极管Q2提供开通条件；
2）、当自激推挽式电路中三极管Q1、三极管Q2的一个三极管先导通时，将会在与其集电极端相连的推挽变压器原边绕组Np1或推挽变压器原边绕组Np2上产生方向与输入电压相反的感应电压；从而在与其基极引脚相连的辅助绕组上产生一个导通的电压，形成正反馈，实现该三极管的饱和导通，同时在另一个三极管基极引脚相连的辅助绕组上产生一个加速其关断的电压，实现该三极管快速关断；
3）、当与导通三极管相连的推挽变压器原边绕组Np1或推挽变压器原边绕组Np2电流增加到设定值时，推挽变压器T1呈现饱和特性，导致推挽变压器原边绕组Np1回路或推挽变压器原边绕组Np2回路中电流迅速增大，三极管将退出饱和状态，从而导致与其集电极端相连的推挽变压器原边绕组电压降低，与其基极引脚相连的辅助绕组上产生的导通电压将随之降低，导致导通的三极管由导通状态转换到截止状态，同时另一个三极管将由截止状态转换为开通状态；
4）、在推挽变压器原边两个三极管Q1、三极管Q2交替导通时，推挽变压器副边绕组Ns1两端将感应出双极性的方波电压；
推挽变压器副边绕组Ns1一端为正电压时，推挽变压器副边绕组Ns1电流通过推挽变压器副边绕组Ns1的一端、整流二极管D101、电容C102到推挽变压器副边绕组Ns1的另一端，将能量储存在电容C102上，为IGBT隔离驱动电源提供正直流电压；
推挽变压器副边绕组Ns1一端为负电压时，推挽变压器副边绕组Ns1电流通过推挽变压器副边绕组Ns1的另一端、电容C103、整流二极管D102、稳压二极管ZD101及钳压电容C101到推挽变压器副边绕组Ns1的一端，将能量储存在电容C103上，为IGBT隔离驱动电源提供负直流电压；
5）、因采用的IGBT隔离驱动电源输出负压比正压低，通过调整稳压二极管ZD101的稳压值，从而控制输出的负压；在上电初期，负压幅值没有建立到稳压二极管ZD101的稳压值时，电流通过整流二极管D102、并联电容C101加速负压的建立。
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