CN110545094A - 功率半导体开关器件驱动电源电路装置及其启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种功率半导体开关器件驱动电源电路装置及其启动方法，所述电源电路装置包括PWM产生及控制电路、DC电源、驱动电路、供电控制电路、斩波电路及整流电路，DC电源与供电控制电路电连接，PWM产生及控制电路与斩波电路电连接，斩波电路与整流电路对应设置，驱动电路与整流电路电连接，供电控制电路与斩波电路、PWM产生及控制电路电连接，供电控制电路通过控制给斩波电路和斩波控制的PWM产生及控制电路的供电时间差来实现电源电路的软起。本发明逻辑简单，易于实现；此外，摆脱了必须使用专用高成本电源管理芯片的情况，一方面可以大大降低成本，减少供货问题造成的损失，有显著的经济效益，同时让电路的设计变的更加灵活。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种功率半导体开关器件驱动电源电路装置及其启动方法。
背景技术
在电动汽车控制器等电源变换设备中均需要使用半导体开关器件，如IGBT，MOSFET等。特别对于大功率电源变换装置，功率半导体器件的开关驱动需要专门的驱动电源电路，为驱动半导体器件开关的驱动电路提供电源。驱动电源的来源通常为控制部分的低压直流电源，对于电动汽车控制器，其来源为整车12V/24V低压电池。通常为了保证安全,实现高低压侧的隔离,均采用隔离的DC/DC电源。目前常被用作IGBT驱动电源电路的拓扑主要有两类，一类为反激拓扑电源拓扑，主要为单端反激电路；一类为正激类电源拓扑，包括正激电路、半桥/全桥电路、推挽电路等。
目前的驱动电源电路主要存在以下问题：
1、反激电源拓扑：
（1）必须通过闭环控制，需要专门的反激电源芯片或者复杂的反馈控制电路实现电源的启动及输出电压的控制。特别对于需要一定隔离安规要求的场合，反馈电路需要加入隔离环节（如附图1），显著增加成本；
（2）反激类拓扑的斩波电路存在关断电感电流强迫换流的情况，会产生漏感尖峰等电磁干扰，严重影响系统的EMC效果。
2、正激类拓扑：
（1）可以不用闭环控制，通过变压器匝比及输入电压的控制实现输出电压的控制，可以减少隔离反馈控制回路的成本。对于驱动电路，在功率器件开关的瞬间需要提供较大的电荷保证驱动电路控制的有效可靠。通常需要在驱动电源的输出侧加入较大的滤波电容以保证瞬时电荷的需求（如附图1，2）。因此在正激类驱动电源电路启动的时候，由于输出端电容的存在相当于瞬间短路，因此启动时会产生较大的启动电流。一方面会造成电源电路中器件的应力超标甚至损坏，寿命缩短；另一方面突然的大电流会对系统中其他电路的工作造成影响，使系统产生不必要的故障。
（2）为了解决（1）中的问题，通常需要使用带有软起功能的电源管理芯片，在启动时实现电路的软起动，减小启动电流。而通常针对特定正激类拓扑带有软起功能的芯片可供选择的品类较少，成本较高，且常存在供货风险。
3、上述通过专用电源芯片实现电路软起动的方式，其原理均是通过在上电之初控制输出PWM的宽度，即在初始输出极小占空比的PWM信号，再逐渐增加至正常工作的PWM信号（如图3）。这种方式电路原理较为复杂，难以用简单的逻辑电路实现，尤其对于需要输出两路互补PWM的半桥/全桥电路，必须借用专用的集成电路实现。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种功率半导体开关器件驱动电源电路装置及其启动方法，以使实现电源电路的软起。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种功率半导体开关器件驱动电源电路装置，包括PWM产生及控制电路、DC电源及驱动电路，还包括供电控制电路、斩波电路及整流电路，DC电源与供电控制电路电连接，PWM产生及控制电路与斩波电路电连接，斩波电路与整流电路对应设置，驱动电路与整流电路电连接，供电控制电路与斩波电路、PWM产生及控制电路电连接，供电控制电路通过控制给斩波电路和斩波控制的PWM产生及控制电路的供电时间差来实现电源电路的软起。
相应地，本发明实施例还提供了一种功率半导体开关器件驱动电源电路装置的启动方法，包括：
步骤1：通过供电控制电路为PWM产生及控制电路提供电源供电；
步骤2：待PWM产生及控制电路的电源电压上升至PWM产生及控制电路的工作电压后，PWM产生及控制电路输出PWM信号驱动斩波电路正常开关；
步骤3：再通过供电控制电路为斩波电路提供电源。
本发明实施例的有益效果为：结构简单，电源控制电路可通过简单的电阻电容加三极管等电路实现，相对于控制PWM信号脉宽的电路，逻辑简单，易于实现；由于软起不在依赖于PWM产生于控制电路，因此PWM产生电路可以通过简单的RC振荡电路，或者简单功能的PWM发生器实现，因此摆脱了必须使用专用高成本电源管理芯片的情况。一方面可以大大降低成本，减少供货问题造成的损失，有显著的经济效益，同时让电路的设计变的更加灵活。
附图说明
图1是现有技术的反激驱动电源的电路框图。
图2是现有技术的正激类驱动电源的电路框图。
图3是现有技术的半桥全桥类电源芯片软起PWM信号的示意图。
图4是本发明实施例的功率半导体开关器件驱动电源电路装置的电路框图。
图5是本发明实施例的功率半导体开关器件驱动电源电路装置的电路启动过程的时序图。
图6是本发明实施例的功率半导体开关器件驱动电源电路装置的启动方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图4～图5，本发明实施例的功率半导体开关器件驱动电源电路装置包括PWM产生及控制电路、DC电源、驱动电路、供电控制电路、斩波电路及整流电路。
DC电源与供电控制电路电连接，PWM产生及控制电路与斩波电路电连接，斩波电路与整流电路对应设置，驱动电路与整流电路电连接。供电控制电路与斩波电路、PWM产生及控制电路电连接，供电控制电路与斩波电路之间还跨设有滤波电容，供电控制电路通过控制给斩波电路和斩波控制的PWM产生及控制电路的供电时间差来实现电源电路的软起。
本发明通过控制PWM产生及控制电路的供电与斩波电路供电的逻辑来实现电源电路的软起，具体方案详述如下：
如图4 所示，本发明通过控制给斩波电路和斩波控制的PWM产生及控制电路的供电时间差来实现电源电路的软起。在上电之初，通过控制，使得PWM产生及控制电路首先得电，并工作产生PWM信号，而对PWM信号的脉宽不需要进行控制。当PWM产生及控制电路正常工作输出PWM信号驱动斩波电路的电源开关器件正产开关以后，再给斩波电路提供电源。由于电源输入电容（滤波电容）的存在（如图4），斩波电路的电源会从0V逐渐上升到DC电源值。由于PWM信号在之前已经建立，即在0V开始时便能通过斩波电路向变压器的另一侧传递能量给输出电容充电。由于初始工作斩波电路的电压很小，因此基本不会产生电流冲击。而随着斩波电路电源的上升，输出电源也同步上升，从而避免启动过程中的电流冲击。
如图5 给出了本发明的电路启动过程的时序图，在t0时刻，DC电源开始上电，首先是PWM产生及控制电路电源上升，上升到PWM产生及控制电路的工作电压后，t1时刻PWM信号开始输出；之后的t2时刻斩波电路的电源电压开始从0逐渐上升，由于已有PWM信号使斩波电路的开关管动作，因此输出电压会随着输入电压从0开始上升。由于输出电压从零开始逐渐上升，因此不存在电流过冲的情况。
请参照图6，本发明的功率半导体开关器件驱动电源电路装置的启动方法包括：
步骤1：通过供电控制电路为PWM产生及控制电路提供电源供电；
步骤2：待PWM产生及控制电路的电源电压上升至PWM产生及控制电路的工作电压后，PWM产生及控制电路输出PWM信号驱动斩波电路正常开关；
步骤3：再通过供电控制电路为斩波电路提供电源。
斩波电路的电源电压开始从0逐渐上升，由于已有PWM信号使斩波电路的开关管动作，因此输出电压会随着输入电压从0开始上升；由于输出电压从零开始逐渐上升，因此不存在电流过冲的情况。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (2)
1.一种功率半导体开关器件驱动电源电路装置，包括PWM产生及控制电路、DC电源及驱动电路，其特征在于，还包括供电控制电路、斩波电路及整流电路，DC电源与供电控制电路电连接，PWM产生及控制电路与斩波电路电连接，斩波电路与整流电路对应设置，驱动电路与整流电路电连接，供电控制电路与斩波电路、PWM产生及控制电路电连接，供电控制电路与斩波电路之间还跨设有滤波电容，供电控制电路通过控制给斩波电路和斩波控制的PWM产生及控制电路的供电时间差来实现电源电路的软起。
2.一种功率半导体开关器件驱动电源电路装置的启动方法，其特征在于，包括：
步骤1：通过供电控制电路为PWM产生及控制电路提供电源供电；
步骤2：待PWM产生及控制电路的电源电压上升至PWM产生及控制电路的工作电压后，PWM产生及控制电路输出PWM信号驱动斩波电路正常开关；
步骤3：再通过供电控制电路为斩波电路提供电源。
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