CN116404881A - 一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，所述驱动电路主要由变压器、续流电路、供电电路、驱动负压电路组成。其中，变压器用于驱动信号隔离以及功率器件所需驱动功率的传输；续流电路用于隔离变压器在负输出时的续流，同时防止对功率器件误导通；供电电路通过单二极管整流提供功率器件所需的电压，所需的电压根据变压器次级的匝数不同来调整；驱动负压电路通过稳压管以及接地来提供不同器件导通所需的负压。本发明提供了一种低成本的半桥驱动电路，只需提供隔离变压器初级信号侧的供电电源，就可实现驱动信号隔离以及次级高压侧的驱动电路供电，结构简单易实现，具有很好的可行性和实用价值。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术应用领域，尤其涉及一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路。
背景技术
随着电力电子技术的快速发展，功率器件应用对于高频化、高功率密度的要求越来越高。其中，驱动电路是功率器件运行的重要环节，其小型化越来越受到重视。现有的驱动电路一般外置专用驱动模块来提供驱动电源，电路结构简单，但每只功率器件都需要一路高隔离耐压的驱动电源，提高了电路的成本。对于需要提供负压的功率器件(如SiC-MOSFET,IGBT)，还需要电源提供负压。不同型号、不同厂家的功率器件对于驱动正电压等级的要求存在一定差异，一般为+15V～+18V。SiC-MOSFET、IGBT功率器件所需的负电压，其电压等级也有所不同，一般为-2.5V～-5V，因此对于驱动电源的输出电压范围提出了更高的要求。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路。
技术方案：一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，包括：
变压器，所述变压器由初级绕组N1，次级绕组N2/N3组成；
电阻RI、电阻R2、电阻R3、和电阻R4，所述电阻RI和电阻R2串联，所述电阻R3和电阻R4串联后分别并联于次级绕组N2和N3两端；
二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D2和二极管D4并联于电阻R2和电阻R4两端组成续流电路，所述次级绕组N2一端与高频整流二极管D1串联，所述次级绕组N3一端和高频整流二极管D3串联，组成供电电路；
以及电阻R5、电阻R6、稳压管D8和稳压管D9，所述电阻R6和稳压管D9串联，所述电阻R6一端接二极管D1负极P1，所述电阻R5和稳压管D8串联，电阻R5一端接二极管D3负极P2，另一端接功率器件源级，组成驱动负压电路。
在一些公开中，所述变压器为高频隔离变压器，用于驱动信号隔离以及功率器件所需驱动功率的传输，通过变压器转换提高半桥的隔离耐压。
在一些公开中，所述续流电路用于隔离变压器在负输出时的续流，同时防止对功率器件误导通。
在一些公开中，所述供电电路通过单二极管整流提供功率器件所需的电压，所需的电压根据变压器次级的匝数不同来调整。
在一些公开中，所述驱动负压电路通过稳压管以及接地来提供不同器件导通所需的负压。
在一些公开中，所述二极管D2和D4，对变压器的次级绕组形成负脉冲的续流回路，防止对功率器件误导通。
在一些公开中，所述两个高频整流二极管D1和D3，提供Si-MOSFET、SiC-MOSFET、IGBT导通所需的正电压。
在一些公开中，所述电阻R1和R2、电阻R3和R4对驱动信号进行分压，所述功率器件与晶体管Q5、Q6，Q7、Q8组成的推挽电路连接，通过推挽电路驱动功率器件。
在一些公开中，所述驱动负压电路由串联的电阻和稳压管组成，能够根据所需器件的驱动负压要求进行调整。”
在一些公开中，当驱动所需隔离电压高的时候，通过在次级增加一组变压器来提高隔离耐压。
有益效果：本发明具有如下优点：
(1)通过变压器实现驱动功率的转换和驱动信号的传输，实现更高等级的耐压；(2)通过二极管实现变压器次级的续流，防止误导通；(3)通过单颗二极管实现次级驱动电压的提供，简单可靠；(4)提供负压，实现Si-MOSFET、SiC-MOSFET、IGBT驱动电路的通用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为单变压器耦合Si-MOSFET驱动电路；
图2为双变压器耦合Si-MOSFET驱动电路；
图3为SiC-MOSFET、IGBT驱动电路；
图4为输入PWM_A，PWM_B波形与Ucd的波形对比；
图5为Ucd的波形和H_A，L_B的波形对比。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，包括：
变压器，所述变压器由初级绕组N1，次级绕组N2/N3组成；
电阻RI、电阻R2、电阻R3、和电阻R4，所述电阻RI和电阻R2串联，所述电阻R3和电阻R4串联后分别并联于次级绕组N2和N3两端；
二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D2和二极管D4并联于电阻R2和电阻R4两端组成续流电路，所述次级绕组N2一端与高频整流二极管D1串联，所述次级绕组N3一端和高频整流二极管D3串联，组成供电电路；
以及电阻R5、电阻R6、稳压管D8和稳压管D9，所述电阻R6和稳压管D9串联，所述电阻R6一端接二极管D1负极P1，所述电阻R5和稳压管D8串联，电阻R5一端接二极管D3负极P2，另一端接功率器件源级，组成驱动负压电路。
所述变压器为高频隔离变压器，用于驱动信号隔离以及功率器件所需驱动功率的传输，通过变压器转换提高半桥的隔离耐压。
所述续流电路用于隔离变压器在负输出时的续流，同时防止对功率器件误导通。
所述供电电路通过单二极管整流提供功率器件所需的电压，所需的电压根据变压器次级的匝数不同来调整。
所述驱动负压电路通过稳压管以及接地来提供不同器件导通所需的负压。
所述二极管D2和D4，对变压器的次级绕组形成负脉冲的续流回路，防止对功率器件误导通。
所述两个高频整流二极管D1和D3，提供Si-MOSFET、SiC-MOSFET、IGBT导通所需的正电压。
所述电阻R1和R2、电阻R3和R4对驱动信号进行分压，所述功率器件与晶体管Q5、Q6，Q7、Q8组成的推挽电路连接，通过推挽电路驱动功率器件。
在一些公开中，所述驱动负压电路由串联的电阻和稳压管组成，能够根据所需器件的驱动负压要求进行调整。”
在一些公开中，当驱动所需隔离电压高的时候，通过在次级增加一组变压器来提高隔离耐压。
图1-图3为本发明提出的驱动电路。+VCC只是提供变压器初级的电压，其供电电压通过变压器的次级匝数来进行调整。C和D两端形成高频双向波形，通过变压器传出到次级。D1和D3为高频整流二级管，其提供Si-MOSFET、SiC-MOSFET、IGBT导通所需的正电压。R1-R2，R3-R4对驱动信号进行分压，通过Q5-Q6，Q7-Q8组成的推挽电路驱动功率器件。D2、D4为二极管，对变压器的次级绕组形成负脉冲的续流回路，防止对功率器件误导通。
如图1-3所示，Q1/Q2，Q3/Q4组成推挽电路，输入端分别是PWM_A和PWM_B，与C1串联后接入变压器的原边绕组N1的两端C和D。N2和N3为T的次级绕组，N2一端接R1，另一段接R2。其中，R1和R2串联，D2并联在R2两端，R1一端接D1正级，D1对N2的输出交流电压进行整流。D1输出端P1提供直流电压，其值与N1:N2有关，值大小为+VCC*(N1/N2)。Q5/Q6为推挽电路，输入为R1和R2的分压点，输出接功率器件的栅极(G)。当驱动所需隔离电压高的时候，如图2所示，通过增加变压器T2来提高隔离耐压。
因SiC-MOSFET、IGBT驱动电路驱动需要负压，图3进一步对驱动电路进行完善。增加R6、D9和R5、D8；D8和D9一般为稳压管，可以根据所需器件的驱动负压要求进行调整，可以为3.3V、5V等电压等级。R6和D9串联，R6一段接D1负极P1，D9与D2正极和R2公共端相连，R6与D9公共端接功率器件的源极(S)。R5和D8串联，R5一段接D3负极P2，D8与D4正极和R4公共端相连，R5与D8公共端接功率器件的源极(S)。
图4为输入PWM_A，PWM_B波形与Ucd的波形对比。根据图1电路所示，其中PWM_A，PWM_B为输入信号波形，其幅值为2.5V/格，Ucd为变压器T的初级端信号，幅值为2.5V/格，可见输入信号在变压器初级端由直流信号转化为交流信号并通过变压器进行信号传输，传输信号与变压器初级端信号同步。
图5为Ucd的波形和H_A，L_B的波形对比。根据图1电路所示，Ucd为变压器初级端信号波形，幅值为2.5V/格，H_A，L_B为功率器件的驱动信号波形，其幅值为5V/格，可见驱动信号与变压器初级信号同步，实现了驱动信号的同步传输以及功率传输。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：包括：
变压器，所述变压器由初级绕组N1，次级绕组N2/N3组成；
电阻RI、电阻R2、电阻R3、和电阻R4，所述电阻RI和电阻R2串联，所述电阻R3和电阻R4串联后分别并联于次级绕组N2和N3两端；
二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D2和二极管D4并联于电阻R2和电阻R4两端组成续流电路，所述次级绕组N2一端与高频整流二极管D1串联，所述次级绕组N3一端和高频整流二极管D3串联，组成供电电路；
以及电阻R5、电阻R6、稳压管D8和稳压管D9，所述电阻R6和稳压管D9串联，所述电阻R6一端接二极管D1负极P1，所述电阻R5和稳压管D8串联，所述电阻R5一端接二极管D3负极P2，所述电阻R5另一端接功率器件源级，组成驱动负压电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：所述变压器为高频隔离变压器，用于驱动信号隔离以及功率器件所需驱动功率的传输，通过变压器转换提高半桥的隔离耐压。
3.根据权利要求1所述的一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：所述续流电路用于隔离变压器在负输出时的续流，同时防止对功率器件误导通。
4.根据权利要求1所述的一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：所述供电电路通过单二极管整流提供功率器件所需的电压，所需的电压根据变压器次级的匝数不同来调整。
5.根据权利要求1所述的一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：所述驱动负压电路通过稳压管以及接地来提供不同器件导通所需的负压。
6.根据权利要求1所述的一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：所述二极管D2和D4，对变压器的次级绕组形成负脉冲的续流回路，防止对功率器件误导通。
7.根据权利要求1所述的一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：所述两个高频整流二极管D1和D3，提供Si-MOSFET、SiC-MOSFET、IGBT导通所需的正电压。
8.根据权利要求1所述的一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：所述电阻R1和R2、电阻R3和R4对驱动信号进行分压，所述功率器件与晶体管Q5-Q6，Q7-Q8组成的推挽电路连接，通过推挽电路驱动功率器件。
9.根据权利要求1所述的一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：所述驱动负压电路由串联的电阻和稳压管组成，能够根据所需器件的驱动负压要求进行调整。
10.根据权利要求1所述的一种基于单电源供电的变压器耦合功率器件驱动电路，其特征在于：当驱动所需隔离电压高的时候，通过在次级增加一组变压器来提高隔离耐压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |