CN2829213Y - 一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电学领域，具体的讲是一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源。本实用新型提供一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，包括脉冲发生电路，还包括：功率变换电路与所述的脉冲发生电路相连接，根据脉冲信号形成交替的正负电信号；脉冲变压器，与所述功率变换电路相连接，将所述功率变换电路产生的正负电信号转变成所需电压的电信号；滤波整流电路，与所述脉冲变压器相连接，将所述脉冲变压器副边的电信号输出。简化系统开关电源的制造工艺，减小体积，提高开关电源的可靠性；有效提高了IGBT的抗干扰能力，防止误导通损坏IGBT模块。

Description

一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源

技术领域

本实用新型涉及电学领域，特别涉及绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器，具体的讲是一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源。

背景技术

IGBT逆变器驱动电源供电往往采用开关电源的供电方式，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，任何逆变电路至少需要4只IGBT，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，可靠性降低，尤其是三相逆变器有6只IGBT组成，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，而且每组电源之间在电气上都需要隔离，它们都绕在同一个变压器上，发热、绝缘、电气间距和爬电距离都存在安全隐患。

如图1所示，为现有逆变器电源的电路图，功率变换部分(Powerconverter)：输入为P和N之间的直流电压，由PWM脉冲波产生电路(producePWM)部分产生的脉冲宽度调制(PWM)脉冲来开、关MOS管T2，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付边，经整流滤波后得到所需的各种电压，其中包括4只IGBT逆变器所需的4组正、负驱动电压，这时变压器的引脚数量达到19脚，其中逆变器电源达到12脚。

PWM脉冲波产生电路(Produce PWM)：由专用的PWM波控制集成电路UC3844产生。

电压反馈电路(Feedback)：用来调节控制Produce PWM电路输出脉冲的占空比，达到稳定+15V电压的目的。

输出电压整流滤波电路(4 IGBTs drive power和control power)：通过整流滤波得到所需要的各种电压。

如果有12只或更多的IGBT逆变器(如：高压变频器或三电平逆变器等)，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。

实用新型内容

为了解决以上的问题，本实用新型采用特殊的高频脉冲变压器，巧妙的利用低成本震荡电路产生合适占空比的脉冲信号，通过合理的电路拓扑结构将仅仅一路直流电源由一个脉冲变压器转换成互相隔离的2组4路电源，每组电源包括有IGBT的导通正15V电压和关断负7V电压，若干个脉冲变压器的初级并联可以产生若干个相互隔离的2组4路电源。

本方案提供的脉冲变压器只是一个贴片元件，而现有方案却是体积很大的元件，而且元器件数量远多于本方案。

一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，包括脉冲发生电路，还包括：功率变换电路与所述的脉冲发生电路相连接，根据脉冲信号形成交替的正负电信号；脉冲变压器，与所述功率变换电路相连接，将所述功率变换电路产生的正负电信号转变成所需电压的电信号；滤波整流电路，与所述脉冲变压器相连接，将所述脉冲变压器副边的电信号输出。

所述功率变换电路包括两个互补的功率MOS管，第一功率MOS管的栅极与一第一电容C1相连接，该第一电容C1的另一端连接于脉冲发生电路的输出端，该栅极与第一电容C1中间连接一接地的电阻R1，第一功率MOS管的源极接地，第一功率MOS管的漏极与脉冲变压器原边的异名端相连接；第二功率MOS管的栅极与一第二电容C2相连接，该第二电容C2的另一端连接于脉冲发生电路的输出端，该栅极与第二电容C2中间连接一接电源的电阻R2，第二功率MOS管的源极与电源相连接，第二功率MOS管的漏极与脉冲变压器原边的异名端相连接；

电阻R31、R30串联，电解电容C27的负极与电解电容C28的正极相连，所述两个串联电气元件并联于一电源与接地端之间；所述脉冲变压器原边的同名端连接于所述电阻R31、R30之间和电解电容C27、C28之间。

在两组并联的电阻R31、R30和电解电容C27、C28之间还并联有串联的电容C24、C26；所述脉冲变压器原边的同名端连接于所述电阻R31、R30之间，电容C24、C26之间和电解电容C27、C28之间。

所述滤波整流电路包括，脉冲变压器副边一组输出端的同名端连接于第一组两个单向导通元件之间，异名端连接于第二组两个单向导通元件之间；第一组两个串联的单向导通元件与第二组两个串联的单向导通元件相并联，并且与一电解电容相并联。

所述脉冲发生电路为等占空比、幅值为15V的脉冲发生电路。

所述第一功率MOS管为N沟道EMOS管，第二功率MOS管为P沟道EMOS管。

所述的电源为15V。

所述并联的两组单向导通元件还并联于另一电解电容、一个电阻和一个电容，以形成逆变器驱动电路的一个输出端。

所述脉冲变压器副边的同名端通过一电容连接于第一组两个单向导通元件之间。

所述单向导通元件为二极管。

本实用新型的有益效果在于，简化系统开关电源的制造工艺，减小体积，提高开关电源的可靠性；由于本方案采用模块化的电路结构设计，可以将各电源模块就近安装在IGBT模块的旁边，减小了驱动电源到IGBT的距离，有效提高了IGBT的抗干扰能力，防止误导通损坏IGBT模块。当采用n个本实用新型IGBT逆变器驱动电源单元，一路+15V输入电源就可以对2n(n＝2，3，4，5…)支IGBT组成的逆变器供电。

附图说明

图1为现有技术电路图；

图2为本实用新型原理方框图；

图3为本实用新型电路图；

图4为本实用新型脉冲信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式：

如图2所示为本实用新型原理方框图，需外部提供一路+15V电源，在给方波发生电路供电的同时，给功率变换电路的开关电路提供+15V的电源输入，经过功率变换后将该+15V电源变换成IGBT逆变器所需要的互相隔离的正、负电源施加于脉冲变压器的原边，经过脉冲变压器的能量传递到副边，通过整流滤波电路最后得到2组相互隔离的+15V和-7V电压，提供给IGBT驱动电路。

如图3所示为本实用新型电路图，包括脉冲发生电路，功率变换电路，IGBT逆变器驱动电源电路；其中脉冲发生电路是采用等占空比，幅值为15V的脉冲发生电路，脉冲的频率可以从几十千赫兹到几百千赫兹，在本例中使用555定时器，在提供一路+15V电源的前提下555定时器产生一系列震荡频率固定等占空比的脉冲信号，来导通、关断功率变换电路中的开关电路；在功率变换电路中包括一开关电路和脉冲变压器的原边，其中开关电路中两个互补的功率MOS管，N型沟道功率MOS管Q1的栅极与一电容C25相连接，该电容C25的另一端连接于脉冲发生电路的输出端TP1，该栅极与电容C25中间连接一接地的电阻R19，N型沟道功率MOS管Q1的源极接地，N型沟道功率MOS管Q1的漏极与脉冲变压器原边的异名端(脉冲变压器原边3和8脚)相连接；P型沟道功率MOS管Q2的栅极与一电容C23相连接，该电容C23的另一端连接于脉冲发生电路的输出端TP1，该栅极与电容C23中间连接一接+15V电源的电阻R20，P型沟道功率MOS管Q2的漏极与+15V电源相连接，P型沟道功率MOS管Q2的源极与脉冲变压器原边的异名端(脉冲变压器原边3和8脚)相连接；

电阻R31、R30串联，电容C24、C26串联，电解电容C27的负极与电解电容C28的正极相连，所述三组串联电气元件并联于一+15V电源与接地端之间；所述脉冲变压器原边的同名端(脉冲变压器原边1和6脚)连接于所述两个电阻R31、R30之间，两个电容C24、C26之间和两个电解电容C27、C28之间。其中，也可以省掉串联的电容C24、C26，同样不影响实现本实用新型。

功率变换电路根据脉冲发生电路的电信号，Q1导通时，电流经过电解电容C28的正极到脉冲变压器的原边同名端，脉冲变压器原边异名端Q1的漏极，Q1的源极，电解电容C28的负极；电解电容C28作为电压源，给脉冲变压器的原边同名端(1和6脚)施加一个正的7.5V电压(相对于异名端)，经Q1到地形成回路。Q2导通时，电流经过电解电容C27的正极到Q2的漏极，Q2的源极，脉冲变压器的异名端，脉冲变压器的原边同名端，电解电容C27的负极；电解电容C27作为电压源，给脉冲变压器的原边同名端(1和6脚)施加一个负的7.5V电压(相对于异名端)，经Q2到+15V电源形成回路。

当555定时器输出1(表示脉冲高)时，Q1导通，Q2关断，而当555定时器输出0(表示脉冲低)时，Q1关断，Q2导通。由于Q1、Q2门极的RC时间常数τ＝10k*0.1μ＝1000μs，而震荡脉冲的周期才约5μs，使得MOS管的门极信号也是脉冲波形，如图4所示。

在功率变换电路中R20连接到+15V上，这样连接能得到Q2门极信号的脉冲波形的幅值上限在22.5V，下限在7.5V，这样能保证MOS管Q2可靠导通和关断。另外，本部分电路中Q1和Q2的轮流到通和关断，使得脉冲变压器不会产生偏磁现象。其中脉冲变压器采用高导磁材料的坡莫合金，工作点不要进入饱和区，绕组之间的互相隔离，需与脉冲频率结合起来，避免脉冲变压器工作在饱和状态，保护两只MOS管。

IGBT逆变器驱动电源电路包括，脉冲变压器的副边和整流滤波电路，脉冲变压器副边每组输出端的同名端连接于一组两个二极管之间，异名端连接于另一组两个二极管之间，为了达到更好的效果可以使脉冲变压器副边的同名端通过一电容连接于两个二极管之间，以防止整流滤波环节出现短路，烧坏脉冲变压器原边MOS管的情况；第一组两个串联的二极管与第二组两个串联的二极管相并联，并且分别与两个电解电容C11和C12、一个电阻R4和一个电容C16(最简电路可以是C11、C12、R4、C16中仅保留其中的一只滤波电容C11或C12，其余只是改善性能)相并联形成逆变器驱动电路的一个输出端；在IGBT逆变器驱动电路中设计4个这样的整流滤波电路，分别连接与脉冲变压器的副边，根据副边绕组的匝数不同得到2组4个输出。

本本实用新型的有益效果在于，简化系统开关电源的制造工艺，减小体积，提高开关电源的可靠性；由于本方案采用模块化的电路结构设计，可以将各电源模块就近安装在IGBT模块的旁边，减小了驱动电源到IGBT的距离，有效提高了IGBT的抗干扰能力，防止误导通损坏IGBT模块。当采用n个本实用新型IGBT逆变器驱动电源单元，一路+15V输入电源就可以对2n(n＝2，3，4，5…)支IGBT组成的逆变器供电，比如三相逆变器有6只IGBT组成时，就可以直接使用3个本实用新型逆变器驱动电源单元完成供电，电路单元结构简单、成本低、可靠性高(因为都是低压，现有技术中都是高压)、干扰小。

以上具体实施方式仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。

Claims (10)

1.一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，包括脉冲发生电路，其特征在于还包括：功率变换电路，与所述的脉冲发生电路相连接，根据脉冲信号形成交替的正负电信号；脉冲变压器，与所述功率变换电路相连接，将所述功率变换电路产生的正负电信号转变成所需电压的电信号；滤波整流电路，与所述脉冲变压器相连接，将所述脉冲变压器副边的电信号输出。

2.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，其特征在于，所述功率变换电路包括两个互补的功率MOS管，第一功率MOS管的栅极与一第一电容C1相连接，该第一电容C1的另一端连接于脉冲发生电路的输出端，该栅极与第一电容C1中间连接一接地的电阻R1，第一功率MOS管的源极接地，第一功率MOS管的漏极与脉冲变压器原边的异名端相连接；第二功率MOS管的栅极与一第二电容C2相连接，该第二电容C2的另一端连接于脉冲发生电路的输出端，该栅极与第二电容C2中间连接一接电源的电阻R2，第二功率MOS管的源极与电源相连接，第二功率MOS管的漏极与脉冲变压器原边的异名端相连接；

电阻R31、R30串联，电解电容C27的负极与电解电容C28的正极相连，所述两个串联电气元件并联于一电源与接地端之间；所述脉冲变压器原边的同名端连接于所述电阻R31、R30之间和电解电容C27、C28之间。

3.根据权利要求2所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，其特征在于，在两组并联的电阻R31、R30和电解电容C27、C28之间还并联有串联的电容C24、C26；所述脉冲变压器原边的同名端连接于所述电阻R31、R30之间，电容C24、C26之间和电解电容C27、C28之间。

4.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，其特征在于，所述滤波整流电路包括，脉冲变压器副边一组输出端的同名端连接于第一组两个单向导通元件之间，异名端连接于第二组两个单向导通元件之间；第一组两个串联的单向导通元件与第二组两个串联的单向导通元件相并联，并且与一电解电容相并联。

5.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，其特征在于，所述脉冲发生电路为等占空比、幅值为15V的脉冲发生电路。

6.根据权利要求2所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，其特征在于，所述第一功率MOS管为N沟道EMOS管，第二功率MOS管为P沟道EMOS管。

7.根据权利要求1或2或4所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，其特征在于，所述的电源为15V。

8.根据权利要求4所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，其特征在于，所述并联的两组单向导通元件还并联于另一电解电容、一个电阻和一个电容，以形成逆变器驱动电路的一个输出端。

9.根据权利要求4所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，其特征在于，所述脉冲变压器副边的同名端通过一电容连接于第一组两个单向导通元件之间。

10.根据权利要求4所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变器驱动电源，其特征在于，所述单向导通元件为二极管。

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