CN207732627U - 一种宽电压输入的igbt驱动电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种宽电压输入的IGBT驱动电源，包括初级电源和次级电源，初级电源输入端连接电源输入IN，初级电源输出端连接次级电源输入端，次级电源输出端为所述的IGBT驱动电源的输出端OUT。所述的次级电源数量为两个，两个次级电源的输入端连接于初级电源输出端，两个次级电源的输出端一端相连接并接地，两个次级电源的输出端的另一端分别为IGBT驱动电源的输出端OUT+和OUT‑。采用两级电源的结构，将宽电压范围的输入电源电压首先经采用推挽电路的初级电源转换为两路次级输出电压，初级电源的输入电压和初级输出电压之间实现高电压隔离，次级电源能够在较宽的输入电压范围内满足输出电压的精度与功率要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及柔性直流输电和电力电子应用技术领域，特别涉及一种宽电压输入的IGBT驱动电源。
背景技术
IGBT是一种全控型的功率半导体器件，它既具备双极型器件导通压降低的优点，又具备单极型器件开关速度快、驱动功率小的优点。广泛的应用于各类中高压功率逆变器中，例如变频器、风机变流器、开关电源、牵引传动装置等。IGBT的开通关断依赖于IGBT驱动电路，驱动电路需要很高的可靠性。
IGBT驱动电源是IGBT驱动电路的关键部分，其基本要求是：原副边能够隔离高电压，多路输出电压能确保必要的电压精度与功率要求。现有驱动电路通常有以下两点不足：驱动电源输入电压范围窄，在某些异常工况下超出输入电压范围即可能造成驱动电源的损坏；当发生负载短路时，往往会产生电源损坏，驱动电路失效的情况。这都降低了IGBT驱动电路的可靠性，进而降低了整个电力电子装置的可靠性。针对这种情况，本实用新型提出了一种宽电压输入的IGBT驱动电源。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本实用新型提供一种宽电压输入的IGBT驱动电源，采用两级电源的结构，将宽电压范围的输入电源电压首先经采用推挽电路的初级电源转换为两路次级输出电压，初级电源的输入电压和初级输出电压之间实现高电压隔离，次级电源能够在较宽的输入电压范围内满足输出电压的精度与功率要求。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种宽电压输入的IGBT驱动电源，所述的IGBT驱动电源包括一个初级电源和两个次级电源，初级电源输入端连接电源输入IN，初级电源输出端连接两个次级电源输入端，两个次级电源输出端的一端相连接并接地，两个次级电源的输出端的另一端分别为IGBT驱动电源的输出端OUT+和OUT-。
所述的初级电源的电路结构为：由输入端至输出端依次连接三端稳压器U1、推挽控制芯片U2、MOS开关管Q1、Q2和变压器T1，两支MOS开关管Q1、Q2的源极连接在一起，通过检测电阻R1与电源输入端负极相连。
所述的次级电源的电路结构为：由输入端至输出端依次连接降压芯片U3和滤波电感L1。
在所述的次级电源的电路结构中，输出端OUT+和OUT-之间还连接有电阻分压回路，所述的电阻分压回路由上电阻R2和下电阻R3串联构成，输出端OUT+和OUT-之间的电压经电阻分压回路分压后回传至电源芯片U3。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型的一种宽电压输入的IGBT驱动电源，采用两级电源的结构，将宽电压范围的输入电源电压首先经采用固定占空比的推挽电路的初级电源转换为两路次级输出电压，初级电源的输入电压和初级输出电压之间实现高电压隔离，次级电源能够在较宽的输入电压范围内满足输出电压的精度与功率要求。
2、本实用新型的一种宽电压输入的IGBT驱动电源，初级电源中的芯片U1为三端稳压器，输入电压经过三端稳压器为初级电源芯片U2供电，可确保在宽输入电压范围内电源芯片U2可正常工作。
3、本实用新型的一种宽电压输入的IGBT驱动电源，由于次级电源电路带输出电压反馈功能，因而可以在宽输入电压范围内确保次级输出的电压精度。并且芯片U3自带过流保护功能，当负载短路时电路闭锁，当故障解除后自动恢复运行。
附图说明
图1为本实用新型的一种宽电压输入的IGBT驱动电源的两级拓扑结构图；
图2为初级电源原理示意图；
图3为次级电源原理示意图。
图中：IN-输入电压；VO1-第一路初级输出电压；VO2-第二路初级输出电压；OUT1-第一路次级输出电压；OUT2-第二路次级输出电压；C1-初级电源输入电容；U1-三端稳压器；U2-初级电源控制芯片；Q1、Q2-功率MOS管；R1-检测电阻；T1-脉冲变压器；V1～V4、V6～V9-整流二极管；C2、C3-初级电源输出电容；R2、R3-分压电阻；V5-续流二极管；L1-滤波电感；C5-次级电源输出电容。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种宽电压输入的IGBT驱动电源，所述的IGBT驱动电源包括一个初级电源和两个次级电源，初级电源输入端连接电源输入IN，初级电源输出端连接两个次级电源输入端，两个次级电源输出端的一端相连接并接地，两个次级电源的输出端的另一端分别为IGBT驱动电源的输出端OUT+和OUT-。
如图2所示，所述的初级电源的电路结构为：由输入端至输出端依次连接三端稳压器U1、推挽控制芯片U2、MOS开关管Q1、Q2和变压器T1，两支MOS开关管Q1、Q2的源极连接在一起，通过检测电阻R1与电源输入端负极相连。
如图3所示，所述的次级电源的电路结构为：由输入端至输出端依次连接降压芯片U3和滤波电感L1。
如图3所示，在所述的次级电源的电路结构中，输出端OUT+和OUT-之间还连接有电阻分压回路，所述的电阻分压回路由上电阻R2和下电阻R3串联构成，输出端OUT+和OUT-之间的电压经电阻分压回路分压后回传至电源芯片U3。
所述的初级电源是固定占空比的推挽电路，其控制芯片可采用典型的推挽电源芯片UCC2808。
如图2所示，初级电源输入端有输入电容C1，输入电压通过三端稳压器U1为推挽电源芯片U2供电，三端稳压器的作用是在宽输入电压范围内确保电源芯片电源稳定。电源芯片的两路输出发出驱动信号，对两支MOS管(Q1、Q2)开通、关断。三端稳压器U1可选型号为：TPS7401。MOS管(Q1、Q2)可选型号为：IRF3710。
两支MOS管的源极相连并通过检测电阻R1接输入电压负极，检测电阻R1上的电压信号回传至电源芯片。初级电源无输出电压反馈，因而两路初级输出电压是不稳定的。
所述的变压器T1为定制脉冲变压器，脉冲变压器有4个绕组，包括两个原边绕组，两个副边绕组。原边两个绕组的匝数相等，副边两个绕组的匝数也相等。原副边之间有足够的高电压隔离能力。将原边两个绕组的非同名端与输入电压正极相连在一起，两绕组剩余的两个非同名端分别连接两支MOS管的漏极。两个副边绕组分别通过两个单相整流桥后连接两个输出电容(C2、C3)，形成两路初级输出电压(VO1、VO2)。定制脉冲变压器T1的定制参数为：20W、15V初级/15V次级一/15V次级二。
如图3所示，所述的次级电源是一种带电压反馈的BUCK电源电路，其控制芯片U3可采用典型的BUCK电源芯片BD77G。电源芯片内部集成MOS管，其输出端连接续流二极管V5、功率电感L1。功率电感L1选型参数为220uH、2A。续流二极管V5选型为RB060MM。分压电阻选型参数为：R2：190K，R3：10K。
初级电源输出VO1通过次级电源电路转换为次级电源输出OUT1，初级电源输出VO2通过次级电源电路转换为次级电源输出OUT2，输出电压OUT1的负极与输出电压OUT2的正极相连，与IGBT的发射极相连。
次级电源的输出电压OUT1+作为驱动信号的正电平，输出电压OUT2-作为驱动信号的负电平。
次级电源的输入端连接输入电容C4，输出端连接输出电容C5。输出电压OUT1经电阻分压后回传至BUCK电源芯片。
本实用新型的一种宽电压输入的IGBT驱动电源的工作原理如下：
1)初级电源电路原理说明：输入电压经过三端稳压器为初级电源芯片U2供电，可确保在宽输入电压范围内电源芯片U2可正常工作。电源芯片会发出两路固定频率的互补的MOS管驱动信号，分别驱动MOS管Q1、Q2。两支MOS管交替开通关断，若其中Q1管开通，Q2管关断，则V1管所连接的绕组会承受输入电压，而V2管会承受两倍的输入电压。两支MOS管的源极连接在一起，通过检测电阻R1与输入负极相连，Q1管与Q2管中的电流都会流经检测电阻。检测电阻R1上的电压信号会传回电源芯片引脚。当脉冲变压器原边两个绕组交替导通时，副边两个绕组会产生两路相同的正负交替的交变脉冲。将两路交变脉冲通过单相整流桥(V1～V4、V6～V9)整流后输入初级电源输出电容，最终形成两路初级输出电压(VO1、VO2)。
2)次级电源电路原理说明：由于输入电压的范围比较宽，且初级电源不带电压反馈，因此初级电源所生成的两路输出电压不稳定。因此需要将初级输出电压通过BUCK电路转换为次级输出电压。由于次级BUCK电路带输出电压反馈功能，因而可以在宽输入电压范围内确保次级输出的电压精度。并且BUCK芯片自带过流保护功能，当负载短路时电路闭锁，当故障解除后自动恢复运行。如图3中所示，芯片U3为典型的BUCK电路控制芯片，内部集成MOS管，自带过流保护功能。芯片引脚连接换流二极管(V5)、滤波电感(L1)。次级电源输出端连接输出电容(C5)。当内部MOS管开通时，电流流经滤波电感L1注入输出电容C5，由于BUCK电路的输入电压高于输出电压，电感中的电流会逐步增大。当内部MOS管关断时，电感中的电流通过续流二极管D10续流，电感承受负压，电流逐渐减小。当达到平衡状态后，电感电流的平均值等于负载电流均值。输出电压经过分压电阻(R2、R3)反馈回电源芯片U3，用以控制次级电源的输出电压精度。
以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (4)
1.一种宽电压输入的IGBT驱动电源，其特征在于，所述的IGBT驱动电源包括一个初级电源和两个次级电源，初级电源输入端连接电源输入IN，初级电源输出端连接两个次级电源输入端，两个次级电源输出端的一端相连接并接地，两个次级电源的输出端的另一端分别为IGBT驱动电源的输出端OUT+和OUT-。
2.根据权利要求1所述的一种宽电压输入的IGBT驱动电源，其特征在于，所述的初级电源的电路结构为：由输入端至输出端依次连接三端稳压器U1、推挽控制芯片U2、MOS开关管Q1、Q2和变压器T1，两支MOS开关管Q1、Q2的源极连接在一起，通过检测电阻R1与电源输入端负极相连。
3.根据权利要求1所述的一种宽电压输入的IGBT驱动电源，其特征在于，所述的次级电源的电路结构为：由输入端至输出端依次连接降压芯片U3和滤波电感L1。
4.根据权利要求3所述的一种宽电压输入的IGBT驱动电源，其特征在于，在所述的次级电源的电路结构中，输出端OUT+和OUT-之间还连接有电阻分压回路，所述的电阻分压回路由上电阻R2和下电阻R3串联构成，输出端OUT+和OUT-之间的电压经电阻分压回路分压后回传至电源芯片U3。
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