CN213637511U - 一种基于推挽拓扑的igbt驱动电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源，涉及电源管理领域；包含主控板、推挽信号PWM产生电路、隔离模块、驱动模块；主控板的输出端与隔离模块的输入端连接，推挽信号PWM产生电路的输出端与隔离模块的输入端连接，隔离模块的输出端与驱动模块的输入端连接；所述主控板用于将车载电瓶电压转换为IGBT开通电压，所述推挽信号PWM产生电路用于产生固定频率的PWM驱动脉冲信号，所述隔离模块用于每相IGBT驱动电源的隔离，所述驱动模块用于下位电路的电源驱动；本实用新型具有良好的调整率以及输出精度，能够稳定驱动IGBT，具有良好的负载能力，通过反激电路可实现多路输出，为不同的模块供电。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源管理领域，尤其涉及一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源。
背景技术
目前，纯电动汽车车载电瓶额定电压有12V和24V两种规格，并存在±20%的波动，整个电控系统弱电由车载电瓶提供，考虑到高低压电气隔离和IGBT模块封装尺寸等问题，通常电机控制器主控电路和驱动电路分布于两块PCB板上。
纯电动汽车电控系统是整车的核心，高效稳定的IGBT逆变回路能够提升电控系统的性能。正常工作时IGBT处于高频、高压、大电流工况，一旦驱动电源设计不合理使IGBT工作异常，轻则系统无法正常工作，重则引起模块炸裂。
利用反激拓扑方案设计驱动电源，虽可实现多种方式的驱动电源电路，但高低压反馈网络处在同一电路中存在安全隐患，并且电源只在开关关断时才向副边传输能量导致电源瞬态特性差；在IGBT逆变回路中有6组隔离的驱动电源，若采用单原边多副边的变压器方案电气隔离和爬电距离难以满足要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中传统反激拓扑只在开关关断时才向副边传输能量，导致瞬态特性差的问题提供一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源，包含主控板、推挽信号PWM产生电路、隔离模块、驱动模块；
主控板的输出端与隔离模块的输入端连接，
推挽信号PWM产生电路的输出端与隔离模块的输入端连接，
隔离模块的输出端与驱动模块的输入端连接；
所述主控板用于将车载电瓶电压转换为IGBT开通电压，
所述推挽信号PWM产生电路用于产生固定频率的PWM驱动脉冲信号，
所述隔离模块用于每相IGBT驱动电源的隔离，
所述驱动模块用于下位电路的电源驱动；
作为本实用新型一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源的进一步优选方案，所述推挽信号PWM产生电路，包含芯片Q1、N型场效应管M1、N型场效应管M2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5；
其中，电容C1的一端分别与芯片Q1的引脚3、电阻R1的一端连接，
电容C1的另一端分别与芯片Q1的引脚2、电容C2的一端、电容C4的一端、电容C5的一端连接并接地，
电阻R1的另一端与ACS端连接，
电容C2的另一端与芯片Q1的引脚1连接，
芯片Q1的引脚4分别与电阻R2的一端、电容C3的一端连接，
电阻R2的另一端与+5V端连接，
电容C3的另一端分别与芯片Q1的引脚5、电阻R3的一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端连接，
电阻R3的另一端分别与芯片Q1的引脚6、N型场效应管M2的栅极连接，
电阻R4的另一端分别与芯片Q1的引脚7、N型场效应管M1的栅极连接，
芯片Q1的引脚8与电容C4的另一端、电容C5的一另端以及+5V端连接，
N型场效应管M1的漏极与SW1端连接，
N型场效应管M1的源极与电阻R5的另一端连接，
N型场效应管M2的漏极与SW2端连接，
N型场效应管M2的源极与电阻R5的另一端连接。
作为本实用新型一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源的进一步优选方案，所述驱动模块包含芯片Q1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、二极管D1、双向稳压管D2、PNP管Q2、NPN管Q3；
其中，电容C6的一端与+5V电压端连接，
电容C6的另一端分别与芯片Q1的引脚11、引脚12、引脚19、引脚20连接并接地，
电容C7的一端分别与PNP管Q2的集电极、二极管D1的负极、+15V电压端、芯片Q1的引脚6连接，
电容C7的另一端接地，
芯片Q1的引脚7分别与PNP管Q2的基极、NPN管Q3的基极连接
PNP管Q2的发射极与电阻R6的一端连接，
NPN管Q3的发射极与电阻R7的一端连接
NPN管Q3的集电极分别与电容C8的一端、芯片Q1的引脚1、引脚2、引脚9、引脚10连接，
电容C8的另一端分别与双向稳压管D2的一端、电容C9的一端、电阻R8的一端连接并接地，
双向稳压管D2的另一端分别与电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、电容C9的另一端、电阻R8的另一端、二极管D1正极以及UT端连接
芯片Q1的引脚4接地。
作为本实用新型一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源的进一步优选方案，所述芯片Q1采用的型号为UCC2808。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本实用新型具有良好的调整率以及输出精度，能够稳定驱动IGBT；
2.本实用新型采用变压器实现了高低压的隔离；
3.本实用新型具有良好的负载能力；
4.本实用新型通过反激电路可实现多路输出，为不同的模块供电。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
图2是本实用新型的电路原理图；
图3是本实用新型的PWM信号产生电路图；
图4是本实用新型的驱动模块的电路图；
图5是本实用新型的变换器电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1、图2所示，一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源，包含主控板、推挽信号PWM产生电路、隔离模块、驱动模块；
主控板的输出端与隔离模块的输入端连接，推挽信号PWM产生电路的输出端与隔离模块的输入端连接，隔离模块的输出端与驱动模块的输入端连接；
所述主控板用于将车载电瓶电压转换为IGBT开通电压，
所述推挽信号PWM产生电路用于产生固定频率的PWM驱动脉冲信号，
所述隔离模块用于每相IGBT驱动电源的隔离，
所述驱动模块用于下位电路的电源驱动。
主控板的电压变换电路通常采用DC/DC变换器(如SEPIC电路)或反激电路实现，主要取决于整个电控系统电源架构的设计和布局，本实用新型生成的18V电压存在±10%的波动。SEPIC电路能够实现宽范围电压输入恒压输出，可以消除车载电瓶电压波动对系统的影响，反激电路则可实现多路输出，为不同的模块供电，低压端通过三个推挽变压器为高压端的IGBT提供驱动电源，变压器的原副边为开环控制，相比于反激方案实现了高低压的隔离。
如图3所述，所述推挽信号PWM产生电路，包含芯片Q1、N型场效应管M1、N型场效应管M2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5；
所述芯片Q1采用的型号为UCC2808，UCC2808系列是德州仪器推出的一类基于BiCOMS工艺的电流型脉宽调制芯片，具有高速、低功耗的特点，其内部有误差放大器、PWM比较器、过流比较器以及振荡器等，仅需很少的外围元件就可实现固定频率的PWM驱动脉冲信号。OUTA、OUTB引脚可同时驱动对管MOSFET，其驱动信号的频率为振荡器频率的一半且两个输出之间的死区时间为60ns～200ns。
其中，电容C1的一端分别与芯片Q1的引脚3、电阻R1的一端连接，
电容C1的另一端分别与芯片Q1的引脚2、电容C2的一端、电容C4的一端、电容C5的一端连接并接地，
电阻R1的另一端与ACS端连接，
电容C2的另一端与芯片Q1的引脚1连接，
芯片Q1的引脚4分别与电阻R2的一端、电容C3的一端连接，
电阻R2的另一端与+5V端连接，
电容C3的另一端分别与芯片Q1的引脚5、电阻R3的一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端连接，
电阻R3的另一端分别与芯片Q1的引脚6、N型场效应管M2的栅极连接，
电阻R4的另一端分别与芯片Q1的引脚7、N型场效应管M1的栅极连接，
芯片Q1的引脚8与电容C4的另一端、电容C5的一另端以及+5V端连接，
N型场效应管M1的漏极与SW1端连接，
N型场效应管M1的源极与电阻R5的另一端连接，
N型场效应管M2的漏极与SW2端连接，
N型场效应管M2的源极与电阻R5的另一端连接。
如图4所示，所述驱动模块包含芯片Q1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、二极管D1、双向稳压管D2、PNP管Q2、NPN管Q3；
其中，电容C6的一端与+5V电压端连接，
电容C6的另一端分别与芯片Q1的引脚11、引脚12、引脚19、引脚20连接并接地，
电容C7的一端分别与PNP管Q2的集电极、二极管D1的负极、+15V电压端、芯片Q1的引脚6连接，
电容C7的另一端接地，
芯片Q1的引脚7分别与PNP管Q2的基极、NPN管Q3的基极连接，
PNP管Q2的发射极与电阻R6的一端连接，
NPN管Q3的发射极与电阻R7的一端连接，
NPN管Q3的集电极分别与电容C8的一端、芯片Q1的引脚1、引脚2、引脚9、引脚10连接，
电容C8的另一端分别与双向稳压管D2的一端、电容C9的一端、电阻R8的一端连接并接地，
双向稳压管D2的另一端分别与电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、电容C9的另一端、电阻R8的另一端、二极管D1正极以及UT端连接，
芯片Q1的引脚4接地。
驱动芯片左侧为低压部分，PWMUT、PWMUB是驱动互锁信号控制IGBT的开通和关断。
右边为高压部分，当驱动芯片OUT引脚输出高电平时三极管Q2导通，开通电压+15V_UT通过开通电阻R1给IGBT栅极G_UT充电。同理，当OUT输出端为低电平时，三级管Q3导通，栅极通过关断电阻R2至-8V_UT进行放电，R6、R7、C9为驱动参数，相互匹配能够调节IGBT的开通和关断速度。R8的作用是防止MOS管误开通，而二极管D1和双向稳压管D2能够使栅级电压钳位在合理范围。
如图5所示，推挽变换器是由两个单端正激变换器演变而来的，电路中当Q关断时去磁绕组的电压为上正下负，经过续流二极管VD1将磁芯中的剩磁能量向电源馈送，可以避免变压器磁芯饱和。
正常工作时原边两个MOSFET推挽输出，通过变压器将能量传输到副边。副边为倍压整流电路，+15V_UT、-8V_UT表示U相上桥的开通和关断电压，+15V_UB、-8V_UB为U相下桥的开通和关断电压。V、W相驱动电源结构和U相完全一致，利用三个推挽变压器实现了每相IGBT驱动电源的隔离。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源，其特征在于：包含主控板、推挽信号PWM产生电路、隔离模块、驱动模块；
主控板的输出端与隔离模块的输入端连接，
推挽信号PWM产生电路的输出端与隔离模块的输入端连接，
隔离模块的输出端与驱动模块的输入端连接；
所述主控板用于将车载电瓶电压转换为IGBT开通电压，
所述推挽信号PWM产生电路用于产生固定频率的PWM驱动脉冲信号，
所述隔离模块用于每相IGBT驱动电源的隔离，
所述驱动模块用于下位电路的电源驱动。
2.根据权利要求1所述的一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源，其特征在于：所述推挽信号PWM产生电路，包含芯片Q1、N型场效应管M1、N型场效应管M2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5；
其中，电容C1的一端分别与芯片Q1的引脚3、电阻R1的一端连接，
电容C1的另一端分别与芯片Q1的引脚2、电容C2的一端、电容C4的一端、电容C5的一端连接并接地，
电阻R1的另一端与ACS端连接，
电容C2的另一端与芯片Q1的引脚1连接，
芯片Q1的引脚4分别与电阻R2的一端、电容C3的一端连接，
电阻R2的另一端与+5V端连接，
电容C3的另一端分别与芯片Q1的引脚5、电阻R3的一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端连接，
电阻R3的另一端分别与芯片Q1的引脚6、N型场效应管M2的栅极连接，
电阻R4的另一端分别与芯片Q1的引脚7、N型场效应管M1的栅极连接，
芯片Q1的引脚8与电容C4的另一端、电容C5的一另端以及+5V端连接，
N型场效应管M1的漏极与SW1端连接，
N型场效应管M1的源极与电阻R5的另一端连接，
N型场效应管M2的漏极与SW2端连接，
N型场效应管M2的源极与电阻R5的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源，其特征在于：所述驱动模块包含芯片Q1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、二极管D1、双向稳压管D2、PNP管Q2、NPN管Q3；
其中，电容C6的一端与+5V电压端连接，
电容C6的另一端分别与芯片Q1的引脚11、引脚12、引脚19、引脚20连接并接地，
电容C7的一端分别与PNP管Q2的集电极、二极管D1的负极、+15V电压端、芯片Q1的引脚6连接，
电容C7的另一端接地，
芯片Q1的引脚7分别与PNP管Q2的基极、NPN管Q3的基极连接，
PNP管Q2的发射极与电阻R6的一端连接，
NPN管Q3的发射极与电阻R7的一端连接，
NPN管Q3的集电极分别与电容C8的一端、芯片Q1的引脚1、引脚2、引脚9、引脚10连接，
电容C8的另一端分别与双向稳压管D2的一端、电容C9的一端、电阻R8的一端连接并接地，
双向稳压管D2的另一端分别与电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、电容C9的另一端、电阻R8的另一端、二极管D1正极以及UT端连接，
芯片Q1的引脚4接地。
4.根据权利要求1所述的一种基于推挽拓扑的IGBT驱动电源，其特征在于：所述芯片Q1采用的型号为UCC2808。
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| CN202022854807.5U CN213637511U (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 一种基于推挽拓扑的igbt驱动电源 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN213637511U true CN213637511U (zh) | 2021-07-06 |
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| CN202022854807.5U Expired - Fee Related CN213637511U (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 一种基于推挽拓扑的igbt驱动电源 |
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2020
- 2020-12-01 CN CN202022854807.5U patent/CN213637511U/zh not_active Expired - Fee Related
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