CN217643148U - 一种低功耗igbt驱动电源电路及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及IGBT驱动技术领域，尤其涉及一种低功耗IGBT驱动电源电路及装置，应用于IGBT驱动电路，所述电源电路包括电压基准电路和电流补偿电路，电压基准电路用于生成IGBT驱动电路所需的正电源和负电源的基准源；其中电压基准电路包括隔离电源、稳压二极管和第一限流电阻，电流补偿电路包括二极管和三极管；相比现有技术中的电源电路增加了电流补偿电路，一方面能够为IGBT驱动电路提供稳定的电源，另一方面通过设置的二极管和三极管，能够根据IGBT驱动电路所需功耗调节所述正电源和所述负电源的输出电流，并且第一限流电阻相比现有技术，其阻值大幅增大，只流过维持稳压二极管稳定工作的最小电流，从而大幅降低了电路的近似空载功耗。
Description
技术领域
本申请涉及IGBT驱动技术领域，尤其涉及一种低功耗IGBT驱动电源电路及装置。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT作为新型电力半导体场控自关断器件，集功率MOSFET的高速性能与双极性器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性。在高压变频器、高压静止无功发生器、机车车辆牵引变流器等领域中应用极其广泛。其中，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，具有驱动功率小、开关速度高、饱和压降低、耐高电压、大电流等一系列应用上的优点，而成为大功率开关电源等电力电子装置的首选功率器件。一般的，IGBT驱动电路多采用负压关断的方式，但是现有技术中，所采用的IGBT驱动电源电路存在功耗较大的问题。
实用新型内容
为克服现有技术中的不足，本申请提供一种低功耗IGBT驱动电源电路，能够根据电源的负载大小调节电流以降低功耗。
本申请提供的一种低功耗IGBT驱动电源电路，应用于IGBT驱动电路，所述电源电路包括电压基准电路和电流补偿电路，所述电压基准电路用于生成IGBT驱动电路所需的正电源和负电源的基准源；所述电流补偿电路用于根据IGBT驱动电路所需功耗调节所述正电源和所述负电源的输出电流；
所述电压基准电路包括隔离电源、稳压二极管和第一限流电阻，所述稳压二极管的阴极与所述隔离电源的正极连接，所述第一限流电阻的一端与所述稳压二极管的阳极连接，另一端与所述隔离电源的负极连接，并且所述稳压二极管的阳极连接电位参考点；其中，所述正电源从所述隔离电源的正极引出，所述负电源从所述隔离电源的负极引出；
所述电流补偿电路包括二极管和三极管，所述二极管的阳极与所述稳压二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述电位参考点连接；所述三极管的基极与所述稳压二极管的阳极连接，其射极与所述电位参考点连接，其集极与所述负电源连接。
在一种可能的实施方式中，所述电流补偿电路还包括第二限流电阻，所述第二限流电阻的一端与所述稳压二极管的阳极连接，另一端与所述二极管的阳极连接；或者所述第二限流电阻的一端与所述稳压二极管的阳极连接，另一端与所述三极管的基极连接。
在一种可能的实施方式中，所述正电源与所述电位参考点之间设置第一滤波电容。
在一种可能的实施方式中，所述负电源与所述电位参考点之间设置第二滤波电容。
在一种可能的实施方式中，所述隔离电源为DC24V，所述稳压二极管采用15V稳压二极管，所述正电源提供+15V电压，所述负电源提供-9V电压。
在一种可能的实施方式中，所述IGBT驱动电路包括IGBT和光耦，所述光耦的输出端与所述IGBT的门极连接，所述光耦的输入端输入驱动IGBT的控制信号。
本申请提供的一种低功耗IGBT驱动装置，采用上述任一所述的一种低功耗IGBT驱动电源电路。
相比现有技术，本申请的有益效果：
本实施例提供的一种低功耗IGBT驱动电源电路及装置，相比现有技术中的电源电路增加了电流补偿电路，一方面能够为IGBT驱动电路提供稳定的电源，另一方面通过设置的二极管和三极管能够根据IGBT驱动电路所需功耗调节电源的输出电流，并且第一限流电阻相比现有技术，其阻值大幅增大，只流过维持稳压二极管稳定工作的最小电流，从而大幅降低了电路的近似空载功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请一实施例所述低功耗IGBT驱动电源电路的电路示意图；
图2示出了本申请一实施例所述现有技术中电源电路的电路示意图；
图3示出了本申请一实施例所述IGBT驱动电路的电路示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参见说明书附图2，现有技术中用于IGBT驱动的电源电路，包括隔离电源、稳压二极管D1和第一限流电阻R1，其中，所述稳压二极管D1的阴极与所述隔离电源的正极连接，所述第一限流电阻R1的一端与所述稳压二极管D1的阳极连接，另一端与所述隔离电源的负极连接，并且所述稳压二极管D1的阳极连接电位参考点Ve；其中，从所述隔离电源的正极引出正电源Vp，从所述隔离电源的负极引出负电源Vn。进一步的，所述正电源Vp与所述电位参考点Ve之间设置第一滤波电容C1；所述负电源Vn与所述电位参考点Ve之间设置第二滤波电容C2。虽然，该电源电路能够为IGBT驱动提供稳定可靠的正电源Vp和负电源Vn，但是该电源电路存在近似空载功耗偏大的问题。基于此，本申请提供一种低功耗IGBT驱动电源电路，能够根据电源的负载大小调节电流以降低功耗。
参见说明书附图1，在一实施方例中，本申请提供一种低功耗IGBT驱动电源电路，应用于IGBT驱动电路，相比上述现有技术中的电源电路还增加了电流补偿电路，该电流补偿电路能够根据IGBT驱动电路所需功耗调节正电源Vp和负电源Vn的输出电流。具体的，所述电流补偿电路包括二极管D2和三极管Q1，所述二极管D2的阳极与所述稳压二极管D1的阳极连接，所述二极管D2的阴极与所述电位参考点Ve连接；所述三极管Q1的基极与所述稳压二极管D1的阳极连接，其射极与所述电位参考点Ve连接，其集极与所述负电源Vn连接。
其中，为了保护三极管Q1，所述电流补偿电路还包括第二限流电阻R2，所述第二限流电阻R2的一端与所述稳压二极管D1的阳极连接，另一端与所述二极管D2的阳极连接。
在其他实施例中，所述第二限流电阻R2的连接方式可以根据实际应用进行设置，对比并不进行限制和固定。如，所述第二限流电阻R2的一端与所述稳压二极管D1的阳极连接，另一端与所述三极管Q1的基极连接。
参见说明书附图3，在一实施例中，所述IGBT驱动电路包括光耦Q2和IGBT Q3，其中，正电源Vp与所述光耦Q2的第三引脚连接，负电源Vn与所述光耦Q2的第五引脚连接，所述IGBT Q3的射极连接电位参考点Ve。工作时，当光耦Q2的输入端为低电平时，光耦Q2的第三引脚和第四引脚导通，正电源Vp通过第三电阻R3施加到IGBT Q3的门极，进而使IGBT Q3导通；当光耦Q2的输入端为高电平时，光耦Q2的第四引脚和第五引脚导通，负电源Vn通过第三电阻R3施加到IGBT Q3的门极，进而使IGBT Q3负压快速关断。
本申请提供的一种低功耗IGBT驱动电源电路之所以能够根据IGBT驱动电路所需功耗调节电源的输出电流，可以通过电源电路工作的多种工况进行计算和分析。为了方便描述，电源电路中的所有点的电压都以Ve作为参考电位点，定义稳压二极管D1的阳极为A点，其电位为Ua；二极管D2的阳极为B点，其点位为Ub。设保证稳压二级管D1稳定工作的静态电流为I0，正电源负载电流最大为Ip；负电源负载电流最大为In。通常，稳压二级管D1静态电流I0远小于负载电流Ip，IGBT驱动电路的电源存在三种工况：
(1)IGBT长时间保持导通或关断状态，正电源Vp和负电源Vn均近似空载；
(2)IGBT关断时刻，正电源Vp近似空载，负电源Vn满载；
(3)IGBT导通时刻，正电源Vp满载，负电源Vn近似空载。
需要说明的是，IGBT驱动电路不存在正电源Vp和负电源Vn均满载的情况；并且通常，正电源Vp需要控制在15V±1V，负电源Vn需要控制在-5V-10V，在该实施例中，采用DC24V隔离电源，稳压二极管D1选用15V稳压管，第一限流电阻R1为稳压二极管D1提供静态电流，保证稳压二极管D1稳定工作。若静态电流为I0，第一限流电阻R1的最大值为：
下面针对上述三种工况进行电路分析：
工况(1)：正电源Vp和负电源Vn均近似空载。电路稳定后，二极管D2和三极管Q1均为截止状态，Ua电位约等于Ve。此时，正电源Vp的电压为15V，负电源Vn的电压为-9V。此时，24V隔离电源的功耗很小，只需要提供稳压二极管D1的静态电流。
工况(2)：正电源Vp近似空载，负电源Vn满载。由于负电源Vn负载较大，会导致负电源Vn电压跌落。那么，A点电压Ua相对Ve电压会升高，当Ua电压大于二极管D2正向管压降时，二极管D2导通，当二极管D2流过的电流等于负电源Vn的负载电流时，电路达到稳定状态。此时，24V隔离电源需要提供的电流是：稳压二极管D1的静态电流与负电源Vn的满载电流之和。
工况(3)：正电源Vp满载，负电源Vn近似空载。由于正电源Vp负载较大，会导致正电源Vp电压跌落，进而导致A点电压相对Ve会降低。当Ua电压低于Ve点0.6V以上时，三极管Q1导通。要保证系统稳定，三极管集极电流Ic与基极电流Ib之和需等于负载电流。此时，24V隔离电源需要提供的电流是：稳压二极管D1的静态电流与正电源Vp的满载电流之和。
而对于现有技术中的电源电路，正电源Vp满载，负电源Vn近似空载时，第一限流电阻R1上流过的电流为稳压二极管D1静态电流为I0与正电源Vp满载电流Ip之和，那么第一限流电阻R1的最大值为：
由于I0<<Ip，对比式(1)和式(2)可以看出，现有技术电源电路中的第一限流电阻R1取值远小于本申请电源电路中的第一限流电阻R1值。这样，当正电源Vp和/或负电源Vn近似空载时，现有技术电源电路中的功耗远大于本申请电源电路中的功耗。
可见，本申请提供的电源电路，当负电源电压偏低时，二极管D2能够为负电源提供补偿电电流；当正电源电压偏低时，三极管Q1能够为正电源提供补偿电流；并且产生的正电源和负电源可主动稳压，而不依赖于IGBT是否工作，从而保证在任何工况下都可提供稳定可靠的IGBT驱动电源，提高了IGBT驱动电路和IGBT的可靠性。
本申请还提供一种低功耗IGBT驱动电源装置，所述电源装置采用上述任一实施例所述的一种低功耗IGBT驱动电源电路。由于本申请实施例中的电源装置解决问题的原理与本申请实施例上述电源电路相似，因此电源装置的实施可以参见控制电路的实施，重复之处不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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申请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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种低功耗IGBT驱动电源电路，应用于IGBT驱动电路，其特征在于，所述电源电路包括电压基准电路和电流补偿电路，所述电压基准电路用于生成IGBT驱动电路所需的正电源和负电源的基准源；所述电流补偿电路用于根据IGBT驱动电路所需功耗调节所述正电源和所述负电源的输出电流；
所述电压基准电路包括隔离电源、稳压二极管和第一限流电阻，所述稳压二极管的阴极与所述隔离电源的正极连接，所述第一限流电阻的一端与所述稳压二极管的阳极连接，另一端与所述隔离电源的负极连接，并且所述稳压二极管的阳极连接电位参考点；其中，所述正电源从所述隔离电源的正极引出，所述负电源从所述隔离电源的负极引出；
所述电流补偿电路包括二极管和三极管，所述二极管的阳极与所述稳压二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述电位参考点连接；所述三极管的基极与所述稳压二极管的阳极连接，其射极与所述电位参考点连接，其集极与所述负电源连接。
2.根据权利要求1所述一种低功耗IGBT驱动电源电路，其特征在于，所述电流补偿电路还包括第二限流电阻，所述第二限流电阻的一端与所述稳压二极管的阳极连接，另一端与所述二极管的阳极连接；或者所述第二限流电阻的一端与所述稳压二极管的阳极连接，另一端与所述三极管的基极连接。
3.根据权利要求2所述一种低功耗IGBT驱动电源电路，其特征在于，所述正电源与所述电位参考点之间设置第一滤波电容。
4.根据权利要求3所述一种低功耗IGBT驱动电源电路，其特征在于，所述负电源与所述电位参考点之间设置第二滤波电容。
5.根据权利要求4所述一种低功耗IGBT驱动电源电路，其特征在于，所述隔离电源为DC24V，所述稳压二极管采用15V稳压二极管，所述正电源提供+15V电压，所述负电源提供-9V电压。
6.根据权利要求5所述一种低功耗IGBT驱动电源电路，其特征在于，所述IGBT驱动电路包括IGBT和光耦，所述光耦的输出端与所述IGBT的门极连接，所述光耦的输入端输入驱动IGBT的控制信号。
7.一种低功耗IGBT驱动电源装置，其特征在于，所述电源装置采用权利要求1-6任一所述的一种低功耗IGBT驱动电源电路。
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