CN216390786U - 一种rcd馈能式自供电功率开关管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，包括功率开关管、RCD吸收线路、具有负压输出的buck线路和功率开关管驱动线路；RCD吸收线路与功率开关管两端并联，具有负压输出的buck线路的输入并联到RCD吸收线路电容的两端，具有负压输出的buck线路的输出与功率开关管驱动线路的输入连接，功率开关管驱动线路的输出连接功率开关管的门极；RCD吸收线路用于吸收功率开关管的过冲电压，并通过RCD吸收线路中电容存储能量；具有负压输出的buck线路用于将RCD吸收线路存储的能量转换为驱动功率开关管的正电压和负电压；功率开关管驱动线路用于功率开关管的驱动。本实用新型提高了功率开关管的稳定性。

Description

一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，特别是涉及一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路。

背景技术

功率变换器性能在很大程度上受制于功率开关管MOSFET/IGBT(MOSFET：金属-氧化层-半导体-场效晶体管；IGBT：绝缘栅双极型晶体管)的开关性能，因此MOSFET/IGBT的驱动线路在电力电子系统中占有举足轻重的地位。功率管的可靠性改善主要从防止过压、过流和可靠关断方面着手。

过压问题，在满足设计要求的正常工作电压情况下，主要是感性元件带来的电压过冲，目前在各种线路拓扑中通常通过RCD(电阻、电容和二极管)电路吸收电压尖峰，而在管子导通时通过电阻把电容中的能量耗掉，从而减小开关管两端的电压尖峰，但带来的问题是电阻发热，并且系统效率低下。

过流问题，在开关管导通器件电流过大时带来器件损毁。

驱动线路供电问题，由于浮地问题和防止功率对信号的干扰，功率开关管的驱动线路通常单独供电，目前采用的主要方式是专用的供电线路和自举供电线路，如图2和图3所示，专用的供电线路通常需要隔离，由于开关管的增多，辅助供电线路愈加复杂，自举供电在一定程度上降低了辅助供电的要求，但线路依然复杂，且供电电压随着开关管脉宽的变化而变化，电压不够稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，提高了功率开关管的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，包括功率开关管、RCD吸收线路、具有负压输出的buck线路和功率开关管驱动线路；

所述RCD吸收线路与所述功率开关管两端并联，所述具有负压输出的buck线路的输入并联到所述RCD吸收线路电容的两端，所述具有负压输出的buck线路的输出与所述功率开关管驱动线路的输入连接，所述功率开关管驱动线路的输出连接所述功率开关管的门极；

所述RCD吸收线路用于吸收所述功率开关管的过冲电压，并通过所述RCD吸收线路中电容存储能量；所述具有负压输出的buck线路用于将所述RCD吸收线路存储的能量转换为驱动所述功率开关管的正电压和负电压；所述功率开关管驱动线路用于所述功率开关管的驱动。

可选地，所述RCD吸收线路包括电阻R1、电容C1和二极管D1，所述二极管D1的正极连接所述功率开关管的第一极，所述二极管D1的负极分别连接所述电容C1的第一端和所述电阻R1的第一端，所述电容C1的第二端、所述电阻R1的第二端和所述功率开关管的第二极均接地。

可选地，所述具有负压输出的buck线路包括开关管Q1、二极管D2、稳压管D3、电感L1、电容C2、电容C3、电阻R2、电阻R3、电容C14、第一运算放大器和第二运算放大器；

所述开关管Q1的第一极连接所述电阻R1的第一端，所述开关管Q1的第二极分别连接所述二极管D2的负极和所述电感L1的第一端，所述开关管Q1的门极连接所述第二运算放大器的输出端，所述二极管D2的正极分别与所述稳压管D3的正极和所述电容C2的第一端连接，所述电感L1的第二端分别与所述电容C3的第一端、所述电阻R2的第一端和电容C14的第一端连接，所述电阻R2的第二端分别与所述电阻R3的第一端和所述第一运算放大器的第一输入端连接，所述第一运算放大器的第二输入端输入参考电压，所述第一运算放大器的输出端连接所述第二运算放大器的第一输入端，所述第二运算放大器的第二输入端输入预设锯齿波，所述稳压管D3的负极、所述电容C2的第二端、所述电容C3的第二端和所述电阻R3的第二端均接地。

可选地，所述功率开关管驱动线路为推挽驱动线路。

可选地，所述推挽驱动线路包括方波信号、晶体管Q6和晶体管Q8；所述晶体管Q6为NPN晶体管，所述晶体管Q8为PNP晶体管；所述方波信号连接所述晶体管Q6和所述晶体管Q8的公共基极，所述晶体管Q6的集电极连接所述电容C14的第一端，所述晶体管Q8的集电极连接所述电容C2的第一端，所述晶体管Q6的发射极与所述晶体管Q8的发射极均连接所述功率开关管的门极。

可选地，还包括驱动限流保护电路，所述驱动限流保护电路包括电阻R7、电阻R16、电阻R11、稳压管D5和稳压管D7；所述电阻R7的第一端连接所述晶体管Q6的发射极，所述电阻R16的第一端连接所述晶体管Q8的发射极，所述电阻R7的第二端和所述电阻R16的第二端均连接所述功率开关管的门极；所述电阻R11的第一端和所述稳压管D5负极均与所述功率开关管的门极连接，所述稳压管D5的正极与所述稳压管D7的正极连接，所述电阻R11的第二端和所述稳压管D7的负极均接地。

可选地，所述功率开关管为IGBT。

可选地，所述功率开关管为MOSFET。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型通过RCD吸收线路吸收功率开关管的过冲电压，并通过RCD吸收线路中电容存储能量，通过具有负压输出的buck线路将RCD吸收线路存储的能量转换为驱动功率开关管的正电压和负电压，提高了功率开关管供电电压的稳定性，并且降低了RCD吸收线路的耗能发热，提高了电路的能量利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路结构示意图；

图2为功率开关管的专用供电线路示意图；

图3为功率开关管的自举供电线路示意图。

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。

本实用新型的目的是提供一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，提高了功率开关管的稳定性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路结构示意图，如图1所示，一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路包括功率开关管、RCD吸收线路101、具有负压输出的buck线路102和功率开关管驱动线路103。

RCD吸收线路101与功率开关管两端并联，具有负压输出的buck线路102的输入并联到RCD吸收线路101电容的两端，具有负压输出的buck线路102的输出与功率开关管驱动线路103的输入连接，功率开关管驱动线路103的输出连接功率开关管的门极。

RCD吸收线路101用于吸收功率开关管的过冲电压，并通过RCD吸收线路101中电容存储能量；具有负压输出的buck线路102用于将RCD吸收线路101存储的能量转换为驱动功率开关管的正电压和负电压；功率开关管驱动线路103用于功率开关管的驱动。

功率开关管为IGBT或功率开关管为MOSFET。

RCD吸收线路101应用于功率变换器的各种拓扑，各个拓扑结构中为减小由感性负荷带来的功率开关管两端(MOSFET漏极和源极间、IGBT集电极和发射极间)的电压过冲，主要采用RCD吸收线路101减小电压过冲，在功率开关管关断时产生瞬间电压过冲，此时二极管导通给电容充电，通过电容瞬间电压不突变特性，减小电压的过冲，并且吸收电压尖峰的能量，进一步实现开关管的软关断；而开关管导通时二极管截止，电容通过电阻放电，使得电容回到低电压或零电压。

具有负压输出的buck线路102为双输出buck线路，具有负压输出的buck线路102的输入端并联在RCD吸收线路101的电容两端，增大电阻值或者去掉电阻，通过buck线路释放电容储存的能量。

具有负压输出的buck线路102，经过反馈在输出端得到功率开关管驱动线路103所需的稳定的正电压。

具有负压输出的buck线路102，续流二极管下面反串稳压管和电容并联线路，在开关管关断，续流二极管导通时，在稳压管两端得到和正电压共地的负电压，并通过电容保持电压。

功率开关管驱动线路103，主要采取推挽驱动电路，推挽驱动电路上端连接具有负压输出的buck线路102的输出正电压，下端连接具有负压输出的buck线路102的负电压，推挽驱动电路两个晶体管的中间则通过电阻连接功率开关管的门极，推挽驱动电路公共的基极则连接输入的方波信号。

功率开关管驱动线路103，当输入方波信号为低电平时，推挽驱动线路的下位晶体管导通，功率开关管的门极得到负电压，使得功率开关管可靠关断。

功率开关管驱动线路103，当输入方波信号为高电平时，推挽驱动线路的上位晶体管导通，功率开关管的门极得到正电压，使得功率开关管有效导通。

RCD吸收线路101包括电阻R1、电容C1和二极管D1，二极管D1的正极连接功率开关管的第一极，二极管D1的负极分别连接电容C1的第一端和电阻R1的第一端，电容C1的第二端、电阻R1的第二端和功率开关管的第二极均接地。

具有负压输出的buck线路102包括开关管Q1、二极管D2、稳压管D3、电感L1、电容C2、电容C3、电阻R2、电阻R3、电容C14、第一运算放大器和第二运算放大器；

开关管Q1的第一极连接电阻R1的第一端，开关管Q1的第二极分别连接二极管D2的负极和电感L1的第一端，开关管Q1的门极连接第二运算放大器的输出端，二极管D2的正极分别与稳压管D3的正极和电容C2的第一端连接，电感L1的第二端分别与电容C3的第一端、电阻R2的第一端和电容C14的第一端连接，电阻R2的第二端分别与电阻R3的第一端和第一运算放大器的第一输入端连接，第一运算放大器的第二输入端输入参考电压，第一运算放大器的输出端连接第二运算放大器的第一输入端，第二运算放大器的第二输入端输入预设锯齿波，稳压管D3的负极、电容C2的第二端、电容C3的第二端和电阻R3的第二端均接地。

推挽驱动线路包括方波信号、晶体管Q6和晶体管Q8；晶体管Q6为NPN晶体管，晶体管Q8为PNP晶体管；方波信号连接晶体管Q6和晶体管Q8的公共基极，晶体管Q6的集电极连接电容C14的第一端，晶体管Q8的集电极连接电容C2的第一端，晶体管Q6的发射极与晶体管Q8的发射极均连接功率开关管的门极。

一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路还包括驱动限流保护电路104，驱动限流保护电路104包括电阻R7、电阻R16、电阻R11、稳压管D5和稳压管D7；电阻R7的第一端连接晶体管Q6的发射极，电阻R16的第一端连接晶体管Q8的发射极，电阻R7的第二端和电阻R16的第二端均连接功率开关管的门极；电阻R11的第一端和稳压管D5负极均与功率开关管的门极连接，稳压管D5的正极与稳压管D7的正极连接，电阻R11的第二端和稳压管D7的负极均接地。

如图1所示，RCD吸收线路101中电阻R1和电容C1并联后与二极管D1串联；当MOSFET开关管M1断开时，二极管D1导通，电容C1使得MOSFET开关管M1漏源极间电压缓慢上升，达到软关断的目的，同时抑制漏源极间电压电压过冲，电容C1储存能量；当开关管M1导通时，二极管D1断开，电容C1通过具有负压输出的buck线路102释放绝大部分能量，过多的能量采取电阻消耗。

具有负压输出的buck线路102由传统的buck线路、反馈线路和负压生成线路三部分组成；传统的buck线路由开关管Q1、二极管D2、电感L1和电容C3组成；通过对开关管Q1进行调制，二极管D2对电感L1进行续流，经过电感L1和电容C1滤波后得到所需的正电压；反馈线路由电压采样、偏差整定、脉宽波形的生成和开关管Q1的驱动几部分组成，开关管Q1的驱动为图1中驱动线路；电阻R2和电阻R3分压实现电压采样，经过运放和参考电压比较，并经过PI环节实现偏差的整定，然后经过运放和锯齿波比较得到脉宽调制波形，最后经过驱动线路驱动开关管Q1。

具有负压输出的buck线路102，负压生成部分包括稳压管D3和电容C2，稳压管D3和电容C2并联后，和续流二极管D2反向串联，当二极管D2导通时使得稳压管D3有足够的电流稳压，电容C2储能使得推挽驱动线路有足够的负压来关断功率开关管M1。

推挽驱动线路由上位的NPN晶体管Q6和下位的PNP晶体管Q8连接而成，晶体管Q6的集电极连接具有负压输出的buck线路102输出的正电压，晶体管Q8的发射极连接具有负压输出的buck线路102的负电压，当驱动信号为高电平时，Q6导通，推挽线路输出正电压，使得功率开关管M1有效导通，而驱动信号为低电平时，Q8导通，推挽电路输出负电压，使得功率开关管M1可靠关断。

驱动限流保护电路104包括限流电阻R7、限流电阻R16、下拉电阻R11、钳位稳压管D5和钳位稳压管D7。限流电阻R7和R16防止驱动电流过大产生震荡，R7负责功率开关管M1导通时限流，电阻R16则负责限制功率开关管M1关断时的栅极电流；下拉电阻R11则使得功率开关管在没有驱动信号时默认功率开关管处于关断状态；钳位稳压管D5以及D7防止功率开关管的栅极正负电压过压损坏开关管。

图1中V1和V2均表示方波信号生成器，Vref表示参考电压。

上述为图1中上半部分的器件描述，图1中下半部分也包括一个RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，原理与图1中上半部分相同，其中RCD吸收线路包括二极管D9、电容C5和电阻R4；具有负压输出的buck线路包括开关管Q2、二极管D10、稳压管D11、电感L2、电容C6、电容C7、电阻R5、电阻R6、电容C8、第三运算放大器和第四运算放大器；推挽驱动线路包括方波信号、晶体管Q7和晶体管Q8；驱动限流保护电路包括限流电阻R8、限流电阻R17、下拉电阻R9、钳位稳压管D6和钳位稳压管D8。

如图2所示，每一路开关管都需要专用的供电线路，需要较多路供电线路，并且负压不稳定，会随着脉宽的变化而变化，如图3所示，采用自举供电方式；减少了辅助供电的路数，但上位管驱动供电正负电压都会随着脉宽变化而变化，不够稳定。

本实用新型一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路为馈能式供电线路，有效解决了传统专用供电电路的复杂性和自举供电电压不够稳定的问题，采取负压关断，保证了功率管关断的可靠性；并且有效避免了RCD电路耗能发热问题，进一步提高系统效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，其特征在于，包括功率开关管、RCD吸收线路、具有负压输出的buck线路和功率开关管驱动线路；

所述RCD吸收线路与所述功率开关管两端并联，所述具有负压输出的buck线路的输入并联到所述RCD吸收线路电容的两端，所述具有负压输出的buck线路的输出与所述功率开关管驱动线路的输入连接，所述功率开关管驱动线路的输出连接所述功率开关管的门极；

所述RCD吸收线路用于吸收所述功率开关管的过冲电压，并通过所述RCD吸收线路中电容存储能量；所述具有负压输出的buck线路用于将所述RCD吸收线路存储的能量转换为驱动所述功率开关管的正电压和负电压；所述功率开关管驱动线路用于所述功率开关管的驱动。

2.根据权利要求1所述的RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，其特征在于，所述RCD吸收线路包括电阻R1、电容C1和二极管D1，所述二极管D1的正极连接所述功率开关管的第一极，所述二极管D1的负极分别连接所述电容C1的第一端和所述电阻R1的第一端，所述电容C1的第二端、所述电阻R1的第二端和所述功率开关管的第二极均接地。

3.根据权利要求2所述的RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，其特征在于，所述具有负压输出的buck线路包括开关管Q1、二极管D2、稳压管D3、电感L1、电容C2、电容C3、电阻R2、电阻R3、电容C14、第一运算放大器和第二运算放大器；

所述开关管Q1的第一极连接所述电阻R1的第一端，所述开关管Q1的第二极分别连接所述二极管D2的负极和所述电感L1的第一端，所述开关管Q1的门极连接所述第二运算放大器的输出端，所述二极管D2的正极分别与所述稳压管D3的正极和所述电容C2的第一端连接，所述电感L1的第二端分别与所述电容C3的第一端、所述电阻R2的第一端和电容C14的第一端连接，所述电阻R2的第二端分别与所述电阻R3的第一端和所述第一运算放大器的第一输入端连接，所述第一运算放大器的第二输入端输入参考电压，所述第一运算放大器的输出端连接所述第二运算放大器的第一输入端，所述第二运算放大器的第二输入端输入预设锯齿波，所述稳压管D3的负极、所述电容C2的第二端、所述电容C3的第二端和所述电阻R3的第二端均接地。

4.根据权利要求3所述的RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，其特征在于，所述功率开关管驱动线路为推挽驱动线路。

5.根据权利要求4所述的RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，其特征在于，所述推挽驱动线路包括方波信号、晶体管Q6和晶体管Q8；所述晶体管Q6为NPN晶体管，所述晶体管Q8为PNP晶体管；所述方波信号连接所述晶体管Q6和所述晶体管Q8的公共基极，所述晶体管Q6的集电极连接所述电容C14的第一端，所述晶体管Q8的集电极连接所述电容C2的第一端，所述晶体管Q6的发射极与所述晶体管Q8的发射极均连接所述功率开关管的门极。

6.根据权利要求5所述的RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，其特征在于，还包括驱动限流保护电路，所述驱动限流保护电路包括电阻R7、电阻R16、电阻R11、稳压管D5和稳压管D7；所述电阻R7的第一端连接所述晶体管Q6的发射极，所述电阻R16的第一端连接所述晶体管Q8的发射极，所述电阻R7的第二端和所述电阻R16的第二端均连接所述功率开关管的门极；所述电阻R11的第一端和所述稳压管D5负极均与所述功率开关管的门极连接，所述稳压管D5的正极与所述稳压管D7的正极连接，所述电阻R11的第二端和所述稳压管D7的负极均接地。

7.根据权利要求1所述的RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，其特征在于，所述功率开关管为IGBT。

8.根据权利要求1所述的RCD馈能式自供电功率开关管驱动电路，其特征在于，所述功率开关管为MOSFET。

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