CN202231617U - 一种绝缘栅双极晶体管驱动电源 - Google Patents
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Abstract
一种绝缘栅双极晶体管驱动电源，包括功率变换电路、变压器、主输出整流滤波电路、辅输出整流滤波电路和隔离反馈与控制电路；功率变换电路与变压器原边相连接；主输出整流滤波电路、辅输出整流滤波电路分别与变压器副边相连接；隔离反馈与控制电路与主输出整流滤波电路相连接；还包括与辅输出整流滤波电路相连接的电源变换与稳压电路，用于对辅输出整流滤波电路整流滤波后的电源进行变换，得到双路稳压的正负双电源。本实用新型简化了IGBT驱动电源的变压器结构，减小变压器体积及其引脚数，增加了爬电距离及电气间隙，提高了开关电源的可靠性。通过对输出正负电源的串并联调整，提高了IGBT驱动电源的电压精度，有效提高了IGBT的可靠性，防止损坏IGBT模块。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关电源及变频器领域，特别涉及一种绝缘栅双极晶体管驱动电源。
背景技术
绝缘栅双极晶体管，简称IGBT，因其具有驱动电路简单、驱动功率小、工作频率高等优点，是目前在中大功率变频器领域应用最为广泛的一种电力电子开关器件。IGBT驱动电源最初大都采用线性电源供电，线性电源的源供电来自工频变压器，由于变频逆变系统为三相全桥拓扑，具有6只IGBT，需要12路独立电源，这样工频变压器的体积和重量很大，并且系统的可维护性降低。
近年来，开关电源在各行业中得到广泛应用，逐渐取代了体积笨重的线性电源。反激变换器具有电路结构简单、输入电压范围宽、适合多路输出等优点，因此在IGBT驱动电源中，以UC2844为主要控制芯片的反激变换器成为主流拓扑。反激变换器的主要工作原理是：MOS管开通时，变压器原边储存能量，关断时，将储存的能量传送到变压器副边，经电容滤波后得到所需的电压，反激变换器不需要额外滤波电感，简化电路拓扑，故得到广泛应用。
图1为现有变频器领域中通用的IGBT驱动电源，包括功率变换电路：输入为P和N之间的直流电压，由隔离反馈与控制电路部分产生的脉冲宽度调制脉冲来开关MOS管Q1，开通时在变压器的原边储存能量，关断时，将储存的能量传送到变压器的副边，经整流滤波后得到所需的各种电压；隔离反馈与控制电路：采集主路输出电压，并通过隔离光耦反馈回专用的PWM波控制集成电路芯片UC3844，调节开关MOS管Q1的占空比，达到稳定主路输出电压的目的。输出整流滤波电路：通过整流滤波得到所需要的各种电压。由于每一只IGBT的可靠开关需要2路驱动电源，其中一路正电源用于导通IGBT，一路负电源用于可靠关断IGBT，因此图1采用了双绕组的方式构成一组正负双电源，如D7、D8、C13、C14及与D7、D8相连的两绕组所组成的一组双电源。而变频器的逆变系统为6只IGBT组成的三相全桥拓扑，至少需要互相隔离的4组共8路电源，其中上臂3组6路电源，下臂1组2路电源，这样使得开关电源变压器绕组数量增加，工艺复杂，体积、引脚数量增多，电气间隙和爬电距离减小，可靠性降低。如果有12只或更多的IGBT逆变器(如：高压变频器等)，那么变压器的引脚数量会更多，上面的一只变压器无法满足要求，所以，现有技术要求必须采用若干个与上面同样的电路才能满足要求，这样对由多只IGBT组成的逆变器来说很不方便，电路复杂、可靠性降低、成本变高。
变压器漏感对输出电压影响很大，由于变压器结构复杂，在生产过程中很难保证变压器漏感的一致性，使得辅路输出电压精度的一致性下降。即使生产工艺能保证变压器漏感的一致性，在负载发生变化时，特别是主路输出负载变化时，辅路电源的电压也会发生很大的变化，无法实现稳压，过高的电压会损坏IGBT，甚至导致炸管，损坏设备及危害人身安全。为实现稳压，现有的通用的做法是在图1的基础上辅路输出端增加正电压三端稳压器和负电压三端稳压器，这样至少需要增加8只三端稳压器，大大增加了电路成本。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种绝缘栅双极晶体管驱动电源，使变压器结构简单、可靠性高，提高驱动电源的电压精度。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种绝缘栅双极晶体管驱动电源，包括功率变换电路、变压器、主输出整流滤波电路、辅输出整流滤波电路以及隔离反馈与控制电路；所述功率变换电路与变压器原边相连接；所述主输出整流滤波电路、辅输出整流滤波电路分别与变压器副边相连接；所述隔离反馈与控制电路与主输出整流滤波电路相连接；还包括与辅输出整流滤波电路输出端相连接的电源变换与稳压电路。
所述电源变换与稳压电路包括第一三极管，所述第一三极管集电极与辅输出整流滤波电路输出端二极管阴极相连，第一三极管基极与第一稳压二极管阴极相连接；
第二三极管，所述第二三极管射极与第一稳压二极管阳极相连接，第二三极管基极与第二稳压二极管阴极相连，第二三极管集电极与第二稳压二极管阳极相连，并与辅输出整流滤波电路输出端相连接；
第一电阻，一端连接于第一三极管集电极，另一端连接于第一三极管基极；
以及串联分压电路，所述串联分压电路一端连接于第一三极管射极，另一端连接于第二稳压二级管阳极。
优选的，所述串联分压电路包括第一电解电容和第二电解电容，所述第一电解电容负极与第二电解电容正极相连并与第一稳压二极管阳极相连，第一电解电容正极与第一三极管射极相连接；第二电解电容与第二稳压二极管阳极相连。
优选的，所述第一三极管为NPN三极管。
优选的，所述第二三极管为PNP三极管。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本实用新型简化IGBT驱动电源的变压器结构，降低变压器的工艺难度，减小变压器体积及其引脚数，增加了爬电距离及电气间隙，简化布板并提高开关电源的可靠性。
2、本实用新型通过对输出正负电源的串并联调整，提高了IGBT驱动电源的电压精度，有效提高了IGBT的工作可靠性，防止损坏IGBT模块。
附图说明
图1是现有技术中IGBT驱动电源的电路原理图；
图2是本实用新型IBGT驱动电源的原理方框图；
图3是本实用新型IBGT驱动电源的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图2所示，本实用新型绝缘栅双极晶体管电源包括功率变换电路，变压器，主输出整流滤波电路，辅输出整流滤波电路，隔离反馈与控制电路；所述功率变换电路与变压器原边相连接，主输出整流滤波电路、辅输出整流滤波电路分别与变压器副边相连接，隔离反馈与控制电路与主输出整流滤波电路相连接，其特征在于：还包含与辅输出整流滤波电路相连接的电源变换与稳压电路，用于对辅输出整流滤波电路整流滤波后的电源进行变换，得到双路稳压的正负双电源。
如图3所示，本实用新型绝缘栅双极晶体管电源的电路组成及工作原理如下；功率变换电路：输入为P和N之间的直流电压，由隔离反馈与控制电路部分产生的脉冲宽度调制脉冲来开关MOS管Q1，开通时在变压器的原边储存能量，关断时，将储存的能量传送到变压器的副边，经整流滤波后得到所需的各种电压；隔离反馈与控制电路：采集主路输出电压，并通过隔离光耦反馈回专用的PWM波控制集成电路芯片UC3844，调节开关MOS管Q1的占空比，达到稳定主路输出电压的目的。输出电压整流滤波电路：通过整流滤波得到所需要的各种电压；电源变换与稳压电路：包括第一三极管Q2、第二三极管Q6、第一稳压二极管ZD2、第二稳压二极管ZD4、第一电阻R2以及由第一电解电容C11和第二电解电容C12组成的串联分压电路。
第一三极管Q2集电极与输出整流滤波辅电路输出端二极管阴极D4相连，第一三极管Q2基极与第一稳压二极管ZD2阴极相连接，第二三极管Q6射极与第一稳压二极管ZD2阳极相连接，第二三极管Q6基极与第二稳压二极管ZD4阴极相连，第二三极Q6管集电极与第二稳压二极管ZD4阳极相连，并与辅输出整流滤波电路输出端相连接。
第一电阻R2一端连接于第一三极管Q2集电极，另一端连接于第一三极管Q2基极。
第一电解电容C11负极与第二电解电容C12正极相连，并与第一稳压二极管ZD2阳极相连，第一电解电容C11正极与第一三极管Q2射极相连接；第二电解电容C12与第二稳压二极管ZD4阳极相连。
其中，第一电解电容C11、第二电解电容C12对整流滤波电路得到的电源进行串联分压，第一电解电容C11与第二电解电容C12连接点即为虚拟地，得到共地的正负双电源，其中第一三极管Q2、第一电阻R2、第一稳压二极管ZD2对正电源进行串联调整，第二三极管Q6、第二稳压电阻ZD4对负电源进行并联调整。第一稳压二极管ZD2的稳压值为Vz1，第一三极管Q2基极、射极正偏压降为Vbe1，第二稳压二极管ZD2的稳压值为Vz2，第二三极管Q6射极、基极正偏压降为Vbe2。当正电源电压低于Vz1与Vbe1的差值时，第一稳压二极管ZD2截止，第一三极管Q2导通，对第一电解电容C11和第二电解电容C12充电；当正电源电压高于Vz1与Vbe1的差值时，第一稳压二极管ZD2导通，第一三极管Q2截止，停止对第一电解电容C11充电，当负电源电压低于Vz2与Veb2的差值时，第二电解电容C12经第一电阻R2和第一稳压二极管ZD2继续充电。当负电源电压高于Vz2与Veb2的差值时，第二稳压电阻ZD4导通，第二三极管Q6导通，对第二电解电容C12放电，从而得到双路稳压的IGBT驱动电源。
本实用新型可根据实际情况，选用一组或多组电源变换及稳压电路，如本实施例中选用了四组电源变换及稳压电路共同构成了绝缘栅双极晶体管电源，其中另外三组电路的结构及其工作原理和本实施例中阐述的一样。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种绝缘栅双极晶体管驱动电源，包括功率变换电路、变压器、主输出整流滤波电路、辅输出整流滤波电路以及隔离反馈与控制电路；所述功率变换电路与变压器原边相连接；所述主输出整流滤波电路、辅输出整流滤波电路分别与变压器副边相连接；所述隔离反馈与控制电路与主输出整流滤波电路相连接；其特征在于，还包括与辅输出整流滤波电路输出端相连接的电源变换与稳压电路。
2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管驱动电源，其特征在于，所述电源变换与稳压电路包括第一三极管，所述第一三极管集电极与辅输出整流滤波电路输出端二极管阴极相连，第一三极管基极与第一稳压二极管阴极相连接；
第二三极管，所述第二三极管射极与第一稳压二极管阳极相连接，第二三极管基极与第二稳压二极管阴极相连，第二三极管集电极与第二稳压二极管阳极相连，并与辅输出整流滤波电路输出端相连接；
第一电阻，一端连接于第一三极管集电极，另一端连接于第一三极管基极；
以及串联分压电路，所述串联分压电路一端连接于第一三极管射极，另一端连接于第二稳压二级管阳极。
3.根据权利要求2所述的绝缘栅双极晶体管驱动电源，其特征在于，所述串联分压电路包括第一电解电容和第二电解电容，所述第一电解电容负极与第二电解电容正极相连并与第一稳压二极管阳极相连，第一电解电容正极与第一三极管射极相连接；第二电解电容与第二稳压二极管阳极相连。
4.根据权利要求2所述的绝缘栅双极晶体管驱动电源，其特征在于，所述第一三极管为NPN三极管。
5.根据权利要求2或4所述的绝缘栅双极晶体管驱动电源，其特征在于，所述第二三极管为PNP三极管。
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