CN106549576B - 一种电源电路及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电源电路及控制系统，该电源电路包括第一自举电路、第二自举电路、第一控制电路及第二控制电路。所述第一控制电路分别与所述第一自举电路和第二自举电路构成充电回路。在所述第一控制电路导通后，所述电源向所述第一自举电路和所述第二自举电路充电。所述第一自举电路在充电后为所述第二控制电路提供驱动电源，并为外部负载供电。所述第二自举电路在充电后为外部负载供电。该电源电路通过增加第二自举电路，提高了电源电路的输出功率以满足外部负载的电压需求，并且结构简单，功能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电路控制技术领域，具体而言，涉及一种电源电路及控制系统。
背景技术
目前，智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)已经广泛应用到驱动电路中，IPM模块通过将功率器件、驱动电路以及保护电路等高度集成在一起，在大大简化了驱动电路复杂性的同时有效提高了电路的可靠性。
对于驱动器内部逆变驱动电路部分，通常需要四路相互隔离的控制电源(三路用于P侧驱动，一路用于N侧驱动)。通过自举电路实现浮动控制电源可以将隔离电源的数量从四路减少到一路(N侧控制电源)。IPM内部自带自举电源，但是内部的自带自举电源功率较小，无法满足外部电路电源功率的需求。现有技术中，通常采用增加独立的开关电源以产生功率较大的单独上管电源，同时供上管驱动和外部负载使用。但是，这种方案不但成本昂贵，而且占用PCB面积，造成资源浪费。因此，如何设计一种输出功率较大、且结构简单、可靠的电源电路的问题亟待解决。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种电源电路及控制系统，以解决上述问题。
本发明较佳实施例提供一种电源电路，包括第一自举电路、第二自举电路、第一控制电路以及第二控制电路，所述第一控制电路的第一端与电源连接、第二端分别与所述第一自举电路的输入端和所述第二自举电路的输入端连接，所述第一自举电路的输出端分别与所述第二控制电路的第一端和外部负载连接，所述第二控制电路的第二端与电源连接，所述第二自举电路的输出端与所述外部负载连接；
所述第一自举电路和所述第二自举电路分别与所述第一控制电路构成充电回路，在所述第一控制电路导通后，所述电源向所述第一自举电路和所述第二自举电路充电；
所述第一自举电路在充电后为所述第二控制电路提供驱动电源，并为所述外部负载供电；
所述第二自举电路在充电后为所述外部负载供电。
进一步地，所述第一控制电路包括低压集成电路和第一功率器件；
所述低压集成电路的第一端分别与所述电源、所述第一自举电路的输入端、所述第二自举电路的输入端连接、第二端与所述第一功率器件的栅极连接，所述第一功率器件的集电极与所述第二控制电路连接、发射极接地；
所述低压集成电路在通电后驱动所述第一功率器件导通，所述电源为所述第一自举电路和所述第二自举电路充电。
进一步地，所述第二控制电路包括高压集成电路和第二功率器件；
所述高压集成电路的第一端与所述第一自举电路的输出端连接、第二端与所述第二功率器件的栅极连接，所述第二功率器件的集电极与电源连接、发射极与所述外部负载连接；
所述第一自举电路在充电后为所述高压集成电路和所述第二功率器件提供驱动电源，并为所述外部负载供电。
进一步地，所述第一功率器件和所述第二功率器件为绝缘栅双极型晶体管。
进一步地，所述第一自举电路包括第一自举电阻以及第一自举电容；
所述第一自举电阻的第一端分别与所述电源和所述低压集成电路连接、第二端与所述第一自举电容的正极连接，所述第一自举电容的负极分别与所述高压集成电路和所述外部负载连接；
所述低压集成电路驱动所述第一功率器件导通后，所述电源通过所述第一自举电阻为所述第一自举电容充电。
进一步地，所述第一自举电路还包括第一自举二极管，所述第一自举二极管的阳极与所述第一自举电阻连接、阴极与所述第一自举电容的正极连接。
进一步地，所述第二自举电路包括第二自举电容，所述第二自举电容的正极分别与所述电源和所述低压集成电路连接、负极与所述外部负载连接；
所述低压集成电路在通电后驱动所述第一功率器件导通，所述电源向所述第二自举电容充电。
进一步地，所述第二自举电路还包括第二自举二极管，所述第二自举二极管的阳极分别与所述电源和所述低压集成电路连接、阴极与所述第二自举电容的正极连接。
进一步地，所述第二自举电路还包括用于限流的第二自举电阻，所述第二自举电阻的第一端分别与所述电源和所述低压集成电路连接、第二端与所述第二自举二极管的阳极连接。
本发明另一较佳实施例提供一种控制系统，包括外部负载和上述所述的电源电路，所述电源电路与所述外部负载连接以为所述外部负载提供电源。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的电源电路及控制系统，通过增加第二自举电路，在第一控制电路导通的情况下，第一自举电路和第二自举电路通过电源充电，进而实现同时为外部负载供电。该电源电路提高了输出功率以满足外部负载的电源功率需求，并且无需单独外加电源，设计结构简单、功能稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的电源电路的示意性结构框图。
图2为本发明实施例提供的内部自举电路的电路原理图。
图3为本发明实施例提供的内部自举电路的充电回路的示意图。
图4为本发明实施例提供的电源电路的电路原理图。
图标：100-电源电路；110-第一自举电路；BSR1-第一自举电阻；BSD1-第一自举二极管；BSC1-第一自举电容；120-第二自举电路；BSR2-第二自举电阻；BSD2-第二自举二极管；BSC2-第二自举电容；130-第一控制电路；131-低压集成电路；IGBT1-第一功率器件；140-第二控制电路；141-高压集成电路；IGBT2-第二功率器件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明实施例提供的一种电源电路100的示意性结构框图。如图1所示，该电源电路100包括第一自举电路110、第二自举电路120、第一控制电路130以及第二控制电路140。
所述第一控制电路130的第一端与电源连接、第二端分别与所述第一自举电路110的输入端和所述第二自举电路120的输入端连接。所述第一自举电路110的输出端分别与所述第二控制电路140的第一端和外部负载(图中未示出)连接，所述第二控制电路140的第二端与电源连接。所述第二自举电路120的输出端与所述外部负载连接。
所述第一自举电路110和所述第二自举电路120分别与所述第一控制电路130构成充电回路。在所述第一控制电路130导通后，所述电源向所述第一自举电路110和所述第二自举电路120充电。
所述第一自举电路110在充电后为所述第二控制电路140提供驱动电源，并为所述外部负载供电。所述第二自举电路120在充电后为所述外部负载供电。
请参阅图2，为本发明实施例提供的内部自举电路的电路原理图。如图2所示，所述内部自举电路包括第一控制电路130、第二控制电路140和第一自举电路110。
具体地，所述第一控制电路130包括低压集成电路131以及第一功率器件IGBT1。所述低压集成电路131的第一端分别与所述电源和所述第一自举电路110的输入端连接、第二端与所述第一功率器件IGBT1的栅极连接。所述第一功率器件IGBT1的集电极与所述第二控制电路140连接、发射极接地。
所述第二控制电路140包括高压集成电路141和第二功率器件IGBT2。所述高压集成电路141的第一端与所述第一自举电路110的输出端连接、第二端与所述第二功率器件IGBT2的栅极连接。所述第二功率器件IGBT2的集电极与电源连接、发射极与所述外部负载连接。
可选地，在本实施例中，所述第一功率器件IGBT1和所述第二功率器件IGBT2均采用绝缘栅双极型晶体管。绝缘栅双极型晶体管是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼具场效应管的高输入阻抗和晶体管的低导通压降两方面的优点。
所述第一自举电路110包括第一自举电阻BSR1、第一自举二极管BSD1以及第一自举电容BSC1。所述第一自举电阻BSR1的第一端分别与所述电源和所述低压集成电路131连接、第二端与所述第一自举二极管BSD1的阳极连接。所述第一自举二极管BSD1的阴极与所述第一自举电容BSC1的正极连接。所述第一自举电容BSC1的负极分别与所述高压集成电路141和所述外部负载连接。
通过上述设计，可以实现：所述低压集成电路131通电后，所述低压集成电路131驱动所述第一功率器件IGBT1导通，所述低压集成电路131一侧的电压被拉低到接近电位GND。所述电源可以通过所述第一自举电阻BSR1和所述第一自举二极管BSD1给所述第一自举电容BSC1充电。所述内部自举电路的充电回路示意图如图3所示。
当所述第二功率器件IGBT2导通时，所述第一功率器件IGBT1截止。此时，所述高压集成电路141一侧电压上升至直流母线电压，所述第一自举二极管BSD1则反向截止从而将直流母线电压与所述电源隔离，以防止直流母线一侧的高压串到电源低压一侧而烧坏元器件。
此时，所述第一自举电容BSC1放电以给所述高压集成电路141和所述第二功率器件IGBT2提供驱动电源。并且所述第一自举电容BSC1可以向所述外部负载供电。
可选地，在本实施例中，所述第一自举电阻BSR1的阻值为100Ω，所述第一自举电容BSC1为22uF。继而，所述第一自举电路110内阻太大，导致所述第一自举电路110的输出功率过小，无法满足所述外部负载的电源功率需求。在本实施例中，所述电源电路100还包括第二自举电路120，如图4所示。
请结合参阅图2和图4，所述第二自举电路120包括第二自举电阻BSR2、第二自举二极管BSD2以及第二自举电容BSC2。所述第二自举电阻BSR2的第一端分别与所述电源和所述低压集成电路131连接、第二端与所述第二自举二极管BSD2的阳极连接。所述第二自举二极管BSD2的阴极与所述第二自举电容BSC2的正极连接。所述第二自举电容BSC2的负极与所述外部负载连接。
通过上述设计，可以实现：所述低压集成电路131通电后，所述低压集成电路131驱动所述第一功率器件IGBT1导通，所述低压集成电路131一侧的电压被拉低到接近电位GND。所述电源可以通过所述第二自举电阻BSR2和所述第二自举二极管BSD2给所述第二自举电容BSC2充电。所述第二自举电容BSC2在充电之后，可以为所述外部负载供电。以此，实现所述第一自举电路110和所述第二自举电路120同时为所述外部负载供电，以满足所述外部负载的电源功率需求。
可选地，在本实施例中，当所述第一功率器件IGBT1再次导通，所述第二功率器件IGBT2截止时，所述第一自举电容BSC1将再次通过所述电源充电以补充在所述第二功率器件IGBT2导通以及为所述外部负载供电期间所述第一自举电容BSC1上损失的电压。并且，在所述第二自举电容BSC2为所述外部负载供电之后，所述第二自举电容BSC2需再次通过所述电源充电以补充为所述外部负载充电期间所述第二自举电容BSC2上损失的电压。因此，为了保证所述第一自举电容BSC1和所述第二自举电容BSC2的电压跌落能够得到完全补充，在所述电源电路100中所述第一功率器件IGBT1的导通时间应尽可能地短。可选地，在本实施例中，在60ms内可以将所述第二自举电容BSC2充电到80％左右，电压值为13.4V，完全能够满足所述外部负载的电压需求。
可选地，所述第二自举电阻BSR2的作用是限制dVFBS/dt，选用需合理。在本实施例中，所述第二自举电阻BSR2的阻值为11Ω。
所述第二自举二极管BSD2起到隔离直流母线高压和电源低压的作用，在选择所述第二自举二极管BSD2时需考虑二极管的耐压程度、反向截止时间以及正向导通电压降等。可选地，在本实施例中，所述第二自举二极管BSD2采用的型号为S1JFL，其优点是体积小、超薄，能够减小占用面积。
所述第二自举电容BSC2需要根据所述第二自举电容BSC2所能得到的最低充电电压来选择，可选地，在实施例中，所述第二自举电容BSC2为22uF。
本发明另一较佳实施例还提供一种控制系统，所述控制系统包括所述电源电路100和外部负载。所述电源电路100和所述外部负载连接以为所述外部负载供电。其中，所述电源电路100包括第一自举电路110、第二自举电路120、第一控制电路130和第二控制电路140。在所述第一控制电路130导通时，电源能够分别为所述第一自举电路110和所述第二自举电路120充电。进而，实现所述第一自举电路110和所述第二自举电路120同时为所述外部负载供电，以满足所述外部负载的电源功率需求。
综上所述，本发明较佳实施例提供的电源电路100及控制系统，通过增加第二自举电路120，在所述第一控制电路130导通的情况下，所述第一自举电路110和所述第二自举电路120通过电源充电，进而同时为所述外部负载供电。该电源电路100通过增加所述第二自举电路120，提高了电源电路100的输出功率，满足了外部负载的电源功率需求，并且该电源电路100设计结构简单、功能稳定。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电源电路，其特征在于，包括第一自举电路(110)、第二自举电路(120)、第一控制电路(130)以及第二控制电路(140)，所述第一控制电路(130)的第一端与15V电源的负极连接、第二端分别与所述第一自举电路(110)的输入端、所述第二自举电路(120)的输入端及所述15V电源的正极连接，所述第一自举电路(110)的输出端分别与所述第二控制电路(140)的第一端和外部负载连接，所述第二控制电路(140)的第二端与所述15V电源连接，所述第二自举电路(120)的输出端与所述外部负载连接；
所述第一自举电路(110)和所述第二自举电路(120)分别与所述第一控制电路(130)构成充电回路，在所述第一控制电路(130)导通后，所述15V电源向所述第一自举电路(110)和所述第二自举电路(120)充电；
所述第一自举电路(110)在充电后为所述第二控制电路(140)提供驱动电源，并为所述外部负载供电；
所述第二自举电路(120)在充电后为所述外部负载供电。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述第一控制电路(130)包括低压集成电路(131)和第一功率器件(IGBT1)；
所述低压集成电路(131)的第一端分别与所述15V电源、所述第一自举电路(110)的输入端、所述第二自举电路(120)的输入端连接、第二端与所述第一功率器件(IGBT1)的栅极连接，所述第一功率器件(IGBT1)的集电极与所述第二控制电路(140)的连接至所述外部负载的连接端以及所述外部负载连接、发射极接地；
所述低压集成电路(131)在通电后驱动所述第一功率器件(IGBT1)导通，所述15V电源为所述第一自举电路(110)和所述第二自举电路(120)充电。
3.根据权利要求2所述的电源电路，其特征在于，所述第二控制电路(140)包括高压集成电路(141)和第二功率器件(IGBT2)；
所述高压集成电路(141)的第一端与所述第一自举电路(110)的输出端连接、第二端与所述第二功率器件(IGBT2)的栅极连接，所述第二功率器件(IGBT2)的集电极与VCC电源连接、发射极与所述外部负载连接；
所述第一自举电路(110)在充电后为所述高压集成电路(141)和所述第二功率器件(IGBT2)提供驱动电源，并为所述外部负载供电。
4.根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于，所述第一功率器件(IGBT1)和所述第二功率器件(IGBT2)为绝缘栅双极型晶体管。
5.根据权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述第一自举电路(110)包括第一自举电阻(BSR1)以及第一自举电容(BSC1)；
所述第一自举电阻(BSR1)的第一端分别与所述15V电源和所述低压集成电路(131)连接、第二端与所述第一自举电容(BSC1)的正极连接，所述第一自举电容(BSC1)的负极分别与所述高压集成电路(141)和所述外部负载连接；
所述低压集成电路(131)驱动所述第一功率器件(IGBT1)导通后，所述15V电源通过所述第一自举电阻(BSR1)为所述第一自举电容(BSC1)充电。
6.根据权利要求5所述的电源电路，其特征在于，所述第一自举电路(110)还包括第一自举二极管(BSD1)，所述第一自举二极管(BSD1)的阳极与所述第一自举电阻(BSR1)连接、阴极与所述第一自举电容(BSC1)的正极连接。
7.根据权利要求6所述的电源电路，其特征在于，所述第二自举电路(120)包括第二自举电容(BSC2)，所述第二自举电容(BSC2)的正极分别与所述15V电源和所述低压集成电路(131)连接、负极与所述外部负载连接；
所述低压集成电路(131)在通电后驱动所述第一功率器件(IGBT1)导通，所述15V电源向所述第二自举电容(BSC2)充电。
8.根据权利要求7所述的电源电路，其特征在于，所述第二自举电路(120)还包括第二自举二极管(BSD2)，所述第二自举二极管(BSD2)的阳极分别与所述15V电源和所述低压集成电路(131)连接、阴极与所述第二自举电容(BSC2)的正极连接。
9.根据权利要求8所述的电源电路，其特征在于，所述第二自举电路(120)还包括用于限流的第二自举电阻(BSR2)，所述第二自举电阻(BSR2)的第一端分别与所述15V电源和所述低压集成电路(131)连接、第二端与所述第二自举二极管(BSD2)的阳极连接。
10.一种控制系统，其特征在于，包括外部负载和权利要求1-9任意一项所述的电源电路，所述电源电路与所述外部负载连接以为所述外部负载提供电源。
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