CN108322021B - 一种用于高压直流母线供电的辅助电源驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于高压直流母线供电的辅助电源驱动电路，包括PWM控制芯片、驱动变压器T1、储能变压器T2、由两个串联的电容C1，C2和两个串联的电阻R1，R2组成的均压电路、由电容C4、电阻R9、二极管D1组成的第一吸收电路、由电阻R4、电容C3、二极管D2组成的第二吸收电路、上开关管、电阻R2、电阻R1、下开关管、电阻R6以及电阻R5；PWM控制芯片用于发出相同频率，相同幅值的PWM信号；本发明高低端开关在PWM控制芯片的控制下同时开通与关断，可以实现母线电容的平衡，即使在实际驱动信号有些差异的情况下，也可以连同变压器自动的平衡，实现很好的均压效果。
Description
技术领域
本发明涉及辅助电源驱动电路，特别涉及一种用于高压直流母线供电的辅助电源驱动电路。
背景技术
随着电力电子变流器的功率等级的提高，功率单元的输出电压以及电流也随之提高，直流母线越来越高，辅助供电方案的选择比较困难且可靠性很目前市场上大部分开关电源输入电压都不高，典型的最高到1500V，本专利输入电压可达3000V DC甚至更高，输出单路或者多路输出；输出与输入完全隔离，安全，稳定。
目前MOS工艺水平，常见MOS如：4N65，4N60，6N60，7N65，价格便宜，若较高的输入电压(1500V,2000V,3000V,4500V)，单颗MOS完全不能满足当前的输入条件，较高耐压的MOS价格昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于高压直流母线供电的辅助电源驱动电路。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于高压直流母线供电的辅助电源驱动电路，所述辅助电源驱动电路包括：
PWM控制芯片，用于发出相同频率，相同幅值的PWM信号；
驱动变压器T1，驱动变压器T1与PWM控制芯片之间设有耦合电容C3；
储能变压器T2，储能变压器T2的初级一次绕组被分成完全相同的线圈N1、N2，线圈N1、N2串联；
均压电路，均压电路由两个串联的电容C1，C2和两个串联的电阻R1，R2组成；电阻R1、R2和电容C1、C2以及线圈N1、N2两两并联；
用于吸收线圈N1漏感的第一吸收电路，第一吸收电路由电容C4、电阻R9、二极管D1组成，线圈N1、二极管D1、电容C4串联设置，电阻R9与线圈N1和电容C4并联；
用于吸收线圈N2漏感的第二吸收电路，第一吸收电路由电阻R4、电容C3、二极管D2组成，线圈N2与二极管D2串联，电阻R4和电容C3并联，在与二极管D2串联；
上开关管，上开关管串联设置在线圈N1下方，上开关管与线圈N2之间串联电阻R3；
电阻R2，电阻R2一端与电阻R4串联，另一端与上开关管连接；
电阻R1，电阻R1一端与驱动变压器T1连接，另一端与上开关管连接，电阻R1为上开关管的驱动电阻；
下开关管，下开关管串联设置在线圈N2下方，下开关管下方串联电阻R7；
电阻R6，电阻R6与电阻R7并联，电阻R6一端与下开关管连接；
电阻R5，电阻R5一端与驱动变压器T1连接，另一端与下开关管连接，电阻R5为下开关管的驱动电阻。
在本发明的一个实施例中，所述上开关管和下开关管为IGBT或者MOS管。
在本发明的一个实施例中，所述电阻R7为采样电阻。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本专利采用两个低压开关管来实现高压输入，低压低功率输出的初衷，降低了变换器的成本，减小了开关管上的电压应力，提高了开关频率，提升了电源整体效率以及动态性能，高可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1所示，本发明公开了一种用于高压直流母线供电的辅助电源驱动电路，辅助电源驱动电路包括PWM控制芯片，用于发出相同频率，相同幅值的PWM信号；驱动变压器T1，驱动变压器T1与PWM控制芯片之间设有耦合电容C3；储能变压器T2，储能变压器T2的初级一次绕组被分成完全相同的线圈N1、N2，线圈N1、N2串联；均压电路，均压电路由两个串联的电容C1，C2和两个串联的电阻R1，R2组成；电阻R1、R2和电容C1、C2以及线圈N1、N2两两并联；用于吸收线圈N1漏感的第一吸收电路，第一吸收电路由电容C4、电阻R9、二极管D1组成，线圈N1、二极管D1、电容C4串联设置，电阻R9与线圈N1和电容C4并联；用于吸收线圈N2漏感的第二吸收电路，第一吸收电路由电阻R4、电容C3、二极管D2组成，线圈N2与二极管D2串联，电阻R4和电容C3并联，在与二极管D2串联；上开关管，上开关管串联设置在线圈N1下方，上开关管与线圈N2之间串联电阻R3；电阻R2，电阻R2一端与电阻R4串联，另一端与上开关管连接；电阻R1，电阻R1一端与驱动变压器T1连接，另一端与上开关管连接，电阻R1为上开关管的驱动电阻；下开关管，下开关管串联设置在线圈N2下方，下开关管下方串联电阻R7，电阻R7为采样电阻；电阻R6，电阻R6与电阻R7并联，电阻R6一端与下开关管连接；电阻R5，电阻R5一端与驱动变压器T1连接，另一端与下开关管连接，电阻R5为下开关管的驱动电阻。
上开关管和下开关管为IGBT或者MOS管。
本发明所要解决的技术问题在于使用2只甚至多只开关管通过变压器线圈均分的方式来实现开关管串联的动态均压，使用一致的驱动电路来保证开关管的驱动一致性，针对现有高压变频功率单元，直流母线1500V以上直流母线取电的反激方案，不仅降低了电路成本，提高了可靠性，而且增加了直流输入电源的范围，在高压变频器减速问题上电压回馈上升提高了空间，变频器整体成本也得到降低，加减速的性能得到了一些改善。
本发明将开关变压器的初级绕组匝数均分，如使用2个反激励拓扑串联就均分2段作为2个初级绕组，如果使用3个反激拓扑段就均压3段为3个初级绕组；初级电感量的计算方式同单端反激的一样。如初级匝数为100N，分为2个绕组各为50N，分为3个绕组就各33N；通过初级绕组均分为几个绕组的方式，将一个变换器分开为几个变换器的串联，使用低压的开关管，使得输入高压直流变得轻松；使用电容以及电阻均分为单个变换器提供能量，使用一致性的驱动信号去保证每个变换器的开关管同时开通或关断来保证直流母线的端电压的平衡。实际中由于变压器的耦合以及不完全匝链，当串联的电容电压不平衡时刻，利用变压器的特性来实现自动平衡。
储能变压器T2的初级一次绕组被分成完全相同的线圈N1和N2，线圈N1和N2分别由上、下开关管来控制通断；在PWM控制芯片的控制下，两个开关管具有完全的驱动信号；由于线圈N1和N2的一致和开关管同步动作，电容C1与电容C2中点的电位电压被均压为一般母线电压，开关管各承受的电压为一半电压加上一般反射电压以及漏感尖峰电压；电容C1和电容C2在开机瞬间建立均等的上下管工作电压，并在电源工作后仍具有均压和滤除瞬态扰动所造成的中点偏移的作用；电阻R1和电阻R2来弥补电容容差造成的分压差异平衡静态电压。
假设由于某种原因，中点电位上升，出现了中点电压不平衡的情况，开关管导通后，由于线圈N1和线圈N2紧密耦合，两线圈间的电压相等，在某种情况下，有个开关管的CE电压回会反向偏置截止，但是内部续流管会导通，C1和C2两端电压的不一致性将会被纠正，事实上由于自均压过程的存在，中点电压不会发生明显偏移。
本发明储能变压器的磁芯材质使用高频功率铁氧体，初次级绕组之间使用环氧支架互相隔开，有效地保证了电气绝缘以及爬电距离，初次级间的分布电容相对传统变压器大，局放效果显著。
本发明使用在3300V单元两电平高压变频器功率单元辅助供电电源上时，在输入2500V的最高直流工作电压下，两个开关管的电压应力波形，两开关管电压比较一致，分别为1710V，1700V；若衍生到3个开关管或者更高电压的开关管，输入电压可以到3000V以上，安全可靠体积小。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种用于高压直流母线供电的辅助电源驱动电路，其特征在于，所述辅助电源驱动电路包括：
PWM控制芯片，用于发出相同频率，相同幅值的PWM信号；
驱动变压器T1，驱动变压器T1与PWM控制芯片之间设有耦合电容C3；
储能变压器T2，储能变压器T2的初级绕组被分成完全相同的线圈N1、N2，线圈N1、N2串联；
均压电路，均压电路由两个串联的电容C1，C2和两个串联的电阻R1，R2组成；电阻R1、R2和电容C1、C2以及线圈N1、N2两两并联；
电阻R1和R2串联，电容C1、C2串联，线圈N1、N2串联，上述三个串联结构并联；
用于吸收线圈N1漏感的第一吸收电路，第一吸收电路由电容C4、电阻R9、二极管D1组成，二极管D1与电容C4串联，串联后再与线圈N1并联，电阻R9与电容C4并联；
用于吸收线圈N2漏感的第二吸收电路，第二吸收电路由电阻R4、电容C3、二极管D2组成，电阻R4和电容C3并联，并联后再与二极管D2串联；串联后再与线圈N2并联；
上开关管，上开关管串联设置在线圈N1的一端，上开关管与线圈N2之间串联电阻R3；
电阻R2，电阻R2的一端与电阻R4连接，电阻R2的另一端与上开关管的栅极连接；
电阻R1，电阻R1一端与驱动变压器T1的第一次级线圈的一端连接，另一端与上开关管的栅极连接，电阻R1为上开关管的驱动电阻；
下开关管，下开关管串联设置在线圈N2的一端，下开关管的另一端串联电阻R7；
电阻R6，电阻R6的一端与电阻R7连接，电阻R6的另一端与下开关管的栅极连接；
电阻R5，电阻R5一端与驱动变压器T1的第二次级线圈的一端连接，另一端与下开关管的栅极连接，电阻R5为下开关管的驱动电阻；
所述电阻R7为采样电阻。
2.根据权利要求1所述的一种用于高压直流母线供电的辅助电源驱动电路，其特征在于，所述上开关管和下开关管为IGBT或者MOS管。
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