CN209217954U - 电力电子变换器桥式结构的驱动电路和电力电子变换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电力电子变换器桥式结构的驱动电路和电力电子变换器。该驱动电路包括用于驱动第一功率管的第一驱动电路、和用于驱动第二功率管的第二驱动电路，PWM信号发生器通过隔离元件与第一驱动电路及第二驱动电路耦合，第一功率管的源极与第二功率管的漏极连接，电力电子变换器桥式结构的驱动电路还包括用于将第一功率管产生的门极残留电压泄放至安全电压以下的第一泄放电路、以及用于将第二功率管产生的门极残留电压泄放至安全电压以下的第二泄放电路。本实用新型通过采用齐纳管、二极管等与驱动变压器结合产生负电平叠加在关断管的驱动极，降低了门极电压尖峰水平，减小了误触发的可能性，增加驱动电路的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子变换领域，具体涉及一种电力电子变换器桥式结构的驱动电路和电力电子变换器。
背景技术
电力电子变换器中，主控单元发出控制信号，控制功率电路实现电能变换。由于主控单元信号驱动能力较弱，需要借助驱动电路作为控制电路与功率电路接口。现代电力电子变换装置中如车载充电机、大功率通信电源等，处理的功率越来越大，桥式结构因为其变换功率优于其他结构被广泛采用。
桥式结构能够处理更大功率，对其驱动也存在误触发风险。当上(下)管导通时，产生电压变化引起下(上)管结电容电压变化，形成电流，该电流与寄生电感、驱动电阻相互作用，会产生电压尖峰。该电压尖峰导致上下管直通，造成输入源短路，变换装置损坏。为避免直通现象出现，除要求控制信号加死区外，互补管驱动信号在低电平时往往需要叠加负电压以提高驱动抗干扰性，避免误触发。
常用桥式驱动电路主要分为两种：采用分离元器件搭建电路驱动；采用专用的驱动芯片驱动。采用驱动芯片驱动，能够功率管关断时产生负压，抗干扰较强，性能可靠，但存在价格昂贵，且需要额外辅助供源供电的劣势。分离元器件搭建驱动电路结构较为简单，但其只提供了驱动能力放大功能，即开通时产生高电平，关断时产生低电平，关断时并无负压加于功率管门极，抗干扰的性能较弱，可靠性较弱。
因此有必要提供一种具有结构简单、性能可靠、成本低廉的特点桥式结构的驱动电路，使电子产品更具有市场竞争力，成为急待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种电力电子变换器桥式结构的驱动电路和电力电子变换器，以解决现有技术中存在误触发风险的问题。
为解决上述问题，作为本实用新型的一个方面，提供了一种电力电子变换器桥式结构的驱动电路，包括PWM信号发生器、隔离元件、第一功率管、第二功率管、用于驱动所述第一功率管的第一驱动电路、和用于驱动所述第二功率管的第二驱动电路，所述PWM信号发生器通过所述隔离元件与所述第一驱动电路及第二驱动电路耦合，所述第一功率管的源极与所述第二功率管的漏极连接，其特征在于，所述电力电子变换器桥式结构的驱动电路还包括用于将所述第一功率管产生的门极残留电压泄放至安全电压以下的第一泄放电路、以及用于将所述第二功率管产生的门极残留电压泄放至安全电压以下的第二泄放电路，所述第一泄放电路与所述第一驱动电路电连接，所述第二泄放电路与所述第二驱动电路电连接。
优选地，所述第一驱动电路与所述第二驱动电路相同，所述第一泄放电路与所述第二泄放电路相同。
优选地，所述隔离元件为隔离驱动变压器。
优选地，所述第一功率管包括第一开通二极管、第二开通二极管、驱动电阻、门极电阻、第一放电三极管、和第二放电三极管，所述隔离驱动变压器的第一次级绕组的第一端依次通过所述第一开通二极管、第二开通二极管、驱动电阻、门极电阻与第一次级绕组的第二端连接，所述门极电阻的两端分别与所述第一功率管的门极和源极一一对应地连接，所述第二开通二极管的一端与所述第一放电三极管的发射极连接、另一端与所述第一放电三极管的基极连接，所述第一放电三极管的集电极通过第一电阻与所述第一次级绕组的第二端连接，所述驱动电阻的与所述门极电阻连接的一端与所述第二放电三极管的集电极连接，所述第二放电三极管的基极与所述第一放电三极管的集电极连接，所述第二放电三极管的发射极与所述第一次级绕组的第二端连接。
优选地，所述第一泄放电路包括齐纳二极管和负压钳位二极管，所述第一开通二极管的与所述第一次级绕组的第一端连接的一端依次通过所述齐纳二极管、负压钳位二极管与所述驱动电阻的与所述门极电阻连接的一端连接。
优选地，所述第一放电三极管的基极通过第二电阻与所述第一次级绕组的第二端连接。
优选地，所述驱动电阻的与所述门极电阻连接的一端通过第三电阻与所述第二放电三极管的集电极连接。
本实用新型还提供了一种电力电子变换器，包括上述的电力电子变换器桥式结构的驱动电路。
本实用新型通过采用齐纳管等与驱动变压器结合产生负电平叠加在关断管的驱动极，减小了误触发的可能性。本实用新型采用分立元器件搭建电路，其不但结构简单、成本低廉，而且极大地提高了现有技术中驱动电路的可靠性。
附图说明
图1示意性地示出了本实用新型的桥式驱动电路示意图；
图2示意性地示出了本实用新型的桥式驱动电路上管开通示意图；
图3示意性地示出了本实用新型的桥式驱动电路上下管同时关断示意图；
图4示意性地示出了本实用新型的桥式驱动电路下管开通示意图。
图中附图标记：1、PWM信号发生器；2、隔离元件；3、第一功率管；4、第二功率管；5、第一开通二极管；6、第二开通二极管；7、驱动电阻；8、门极电阻；9、第一放电三极管；10、第二放电三极管；11、第一电阻；12、齐纳二极管；13、负压钳位二极管；14、第二电阻；15、第三电阻。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本实用新型的目的是提供一种性能可靠、结构简单、成本低廉的桥式驱动电路，即采用分离元器件搭建能够提供在开通时产生高电平，关断时产生负压以增强抗干扰能力的驱动电路。
本实用新型的一个方面，提供了一种电力电子变换器桥式结构的驱动电路，包括PWM信号发生器1、隔离元件2、第一功率管3、第二功率管4、用于驱动所述第一功率管3的第一驱动电路、和用于驱动所述第二功率管4的第二驱动电路，所述PWM信号发生器1通过所述隔离元件2与所述第一驱动电路及第二驱动电路耦合，所述第一功率管3的源极与所述第二功率管4的漏极连接，其特征在于，所述电力电子变换器桥式结构的驱动电路还包括用于将所述第一功率管3产生的门极残留电压泄放至安全电压以下的第一泄放电路、以及用于将所述第二功率管4产生的门极残留电压泄放至安全电压以下的第二泄放电路，所述第一泄放电路与所述第一驱动电路电连接，所述第二泄放电路与所述第二驱动电路电连接。
优选地，所述第一驱动电路与所述第二驱动电路相同，所述第一泄放电路与所述第二泄放电路相同。
优选地，所述隔离元件2为隔离驱动变压器。
优选地，所述第一功率管3包括第一开通二极管5、第二开通二极管6、驱动电阻7、门极电阻8、第一放电三极管9、和第二放电三极管10，所述隔离驱动变压器的第一次级绕组的第一端依次通过所述第一开通二极管5、第二开通二极管6、驱动电阻7、门极电阻8与第一次级绕组的第二端连接，所述门极电阻8的两端分别与所述第一功率管3的门极和源极一一对应地连接，所述第二开通二极管6的一端与所述第一放电三极管9的发射极连接、另一端与所述第一放电三极管9的基极连接，所述第一放电三极管9的集电极通过第一电阻11与所述第一次级绕组的第二端连接，所述驱动电阻7的与所述门极电阻8连接的一端与所述第二放电三极管10的集电极连接，所述第二放电三极管10的基极与所述第一放电三极管9的集电极连接，所述第二放电三极管10的发射极与所述第一次级绕组的第二端连接。
优选地，所述第一泄放电路包括齐纳二极管12和负压钳位二极管13，所述第一开通二极管5的与所述第一次级绕组的第一端连接的一端依次通过所述齐纳二极管12、负压钳位二极管13与所述驱动电阻7的与所述门极电阻8连接的一端连接。
优选地，所述第一放电三极管9的基极通过第二电阻14与所述第一次级绕组的第二端连接。
优选地，所述驱动电阻7的与所述门极电阻8连接的一端通过第三电阻15与所述第二放电三极管10的集电极连接。
本实用新型还提供了一种电力电子变换器，例如，移相全桥变换器、LLC变换器及半桥变换器等，包括上述的电力电子变换器桥式结构的驱动电路。
下面，对本实用新型的工作过程和原理进行如下说明。
如图2，在本实用新型中的桥式驱动电路上管开通时，PWM_H为高电平，PWM_L为低电平，通过隔离元件2将驱动信号传至功率管驱动，通过图2中箭头所示的电路将高电平加载至第一功率管3的门极，于是第一功率管3导通。同时，将负电压加载至第二功率管4的门极，实现第二功率管4的负压钳位关断。
如图3，在本实用新型中的桥式驱动电路上下管关断时，PWM_H为低电平，PWM_L为低电平，无驱动信号经隔离元件2传至功率管驱动，图3中虚线所示的电路迫使Q11、Q12导通将Q1门极残留电压泄放至安全电压以下，同样R23、R24、R21、R22、R2g迫使第一放电三极管9、第二放电三极管10导通，从而将第一功率管3和第二功率管4的门极残留电压泄放至安全电压以下，此时第一功率管3和第二功率管4都关断。
如图4所示，在桥式驱动电路下管开通时，PWM_H为低电平，PWM_L为高电平，通过隔离元件2将驱动信号传至功率管驱动。第二功率管4的第二驱动电路将高电平加载至第二功率管4的门极，第二功率管4导通。而第一放电三极管9的第一驱动电路将负电压加载至第一功率管3的门极，实现第一功率管3负压钳位关断。由于第一泄放电路的存在，使得第二功率管4导通时，在上绕组的配合下，产生一个上负电平，加在第一功率管3的GS两端，从而形成稳定的负压判断，因此第一功率管3不会导通，即消除了误触发的风险。
本实用新型通过采用齐纳管等与驱动变压器结合产生负电平叠加在关断管的驱动极，减小了误触发的可能性。本实用新型采用分立元器件搭建电路，其不但结构简单、成本低廉，而且极大地提高了现有技术中驱动电路的可靠性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电力电子变换器桥式结构的驱动电路，包括PWM信号发生器(1)、隔离元件(2)、第一功率管(3)、第二功率管(4)、用于驱动所述第一功率管(3)的第一驱动电路、和用于驱动所述第二功率管(4)的第二驱动电路，所述PWM信号发生器(1)通过所述隔离元件(2)与所述第一驱动电路及第二驱动电路耦合，所述第一功率管(3)的源极与所述第二功率管(4)的漏极连接，其特征在于，所述电力电子变换器桥式结构的驱动电路还包括用于将所述第一功率管(3)产生的门极残留电压泄放至安全电压以下的第一泄放电路、以及用于将所述第二功率管(4)产生的门极残留电压泄放至安全电压以下的第二泄放电路，所述第一泄放电路与所述第一驱动电路电连接，所述第二泄放电路与所述第二驱动电路电连接。
2.根据权利要求1所述的电力电子变换器桥式结构的驱动电路，其特征在于，所述第一驱动电路与所述第二驱动电路相同，所述第一泄放电路与所述第二泄放电路相同。
3.根据权利要求2所述的电力电子变换器桥式结构的驱动电路，其特征在于，所述隔离元件(2)为隔离驱动变压器。
4.根据权利要求3所述的电力电子变换器桥式结构的驱动电路，其特征在于，所述第一功率管(3)包括第一开通二极管(5)、第二开通二极管(6)、驱动电阻(7)、门极电阻(8)、第一放电三极管(9)、和第二放电三极管(10)，所述隔离驱动变压器的第一次级绕组的第一端依次通过所述第一开通二极管(5)、第二开通二极管(6)、驱动电阻(7)、门极电阻(8)与第一次级绕组的第二端连接，所述门极电阻(8)的两端分别与所述第一功率管(3)的门极和源极一一对应地连接，所述第二开通二极管(6)的一端与所述第一放电三极管(9)的发射极连接、另一端与所述第一放电三极管(9)的基极连接，所述第一放电三极管(9)的集电极通过第一电阻(11)与所述第一次级绕组的第二端连接，所述驱动电阻(7)的与所述门极电阻(8)连接的一端与所述第二放电三极管(10)的集电极连接，所述第二放电三极管(10)的基极与所述第一放电三极管(9)的集电极连接，所述第二放电三极管(10)的发射极与所述第一次级绕组的第二端连接。
5.根据权利要求4所述的电力电子变换器桥式结构的驱动电路，其特征在于，所述第一泄放电路包括齐纳二极管(12)和负压钳位二极管(13)，所述第一开通二极管(5)的与所述第一次级绕组的第一端连接的一端依次通过所述齐纳二极管(12)、负压钳位二极管(13)与所述驱动电阻(7)的与所述门极电阻(8)连接的一端连接。
6.根据权利要求4所述的电力电子变换器桥式结构的驱动电路，其特征在于，所述第一放电三极管(9)的基极通过第二电阻(14)与所述第一次级绕组的第二端连接。
7.根据权利要求4所述的电力电子变换器桥式结构的驱动电路，其特征在于，所述驱动电阻(7)的与所述门极电阻(8)连接的一端通过第三电阻(15)与所述第二放电三极管(10)的集电极连接。
8.一种电力电子变换器，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的电力电子变换器桥式结构的驱动电路。
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