專利名稱:一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及電學(xué)領(lǐng)域,特別涉及絕緣柵雙極晶體管(IGBT)逆變器,具體的講是一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源。
背景技術(shù):
IGBT逆變器驅(qū)動(dòng)電源供電往往采用開關(guān)電源的供電方式,由于每一只IGBT的可靠開關(guān)需要2路驅(qū)動(dòng)電源,其中一路正電源用于導(dǎo)通IGBT,一路負(fù)電源用于可靠關(guān)斷IGBT,任何逆變電路至少需要4只IGBT,這樣使得開關(guān)電源變壓器繞組數(shù)量增加,工藝復(fù)雜,體積、引腳數(shù)量增多,可靠性降低,尤其是三相逆變器有6只IGBT組成,至少需要互相隔離的4組共8路電源,其中上臂3組6路電源,下臂1組2路電源,而且每組電源之間在電氣上都需要隔離,它們都繞在同一個(gè)變壓器上,發(fā)熱、絕緣、電氣間距和爬電距離都存在安全隱患。
如圖1所示,為現(xiàn)有逆變器電源的電路圖,功率變換部分(Powerconverter)輸入為P和N之間的直流電壓,由PWM脈沖波產(chǎn)生電路(producePWM)部分產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制(PWM)脈沖來開、關(guān)MOS管T2,開通時(shí)在變壓器的原邊儲(chǔ)存能量,關(guān)斷時(shí),將儲(chǔ)存的能量傳送到變壓器的付邊,經(jīng)整流濾波后得到所需的各種電壓,其中包括4只IGBT逆變器所需的4組正、負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓,這時(shí)變壓器的引腳數(shù)量達(dá)到19腳,其中逆變器電源達(dá)到12腳。
PWM脈沖波產(chǎn)生電路(Produce PWM)由專用的PWM波控制集成電路UC3844產(chǎn)生。
電壓反饋電路(Feedback)用來調(diào)節(jié)控制Produce PWM電路輸出脈沖的占空比,達(dá)到穩(wěn)定+15V電壓的目的。
輸出電壓整流濾波電路(4 IGBTs drive power和control power)通過整流濾波得到所需要的各種電壓。
如果有12只或更多的IGBT逆變器(如高壓變頻器或三電平逆變器等),那么變壓器的引腳數(shù)量會(huì)更多,上面的一只變壓器無法滿足要求,所以,現(xiàn)有技術(shù)要求必須采用若干個(gè)與上面同樣的電路才能滿足要求,這樣對(duì)由多只IGBT組成的逆變器來說很不方便,電路復(fù)雜、可靠性降低、成本變高。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決以上的問題,本實(shí)用新型采用特殊的高頻脈沖變壓器,巧妙的利用低成本震蕩電路產(chǎn)生合適占空比的脈沖信號(hào),通過合理的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將僅僅一路直流電源由一個(gè)脈沖變壓器轉(zhuǎn)換成互相隔離的2組4路電源,每組電源包括有IGBT的導(dǎo)通正15V電壓和關(guān)斷負(fù)7V電壓,若干個(gè)脈沖變壓器的初級(jí)并聯(lián)可以產(chǎn)生若干個(gè)相互隔離的2組4路電源。
本方案提供的脈沖變壓器只是一個(gè)貼片元件,而現(xiàn)有方案卻是體積很大的元件,而且元器件數(shù)量遠(yuǎn)多于本方案。
一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,包括脈沖發(fā)生電路,還包括功率變換電路與所述的脈沖發(fā)生電路相連接,根據(jù)脈沖信號(hào)形成交替的正負(fù)電信號(hào);脈沖變壓器,與所述功率變換電路相連接,將所述功率變換電路產(chǎn)生的正負(fù)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成所需電壓的電信號(hào);濾波整流電路,與所述脈沖變壓器相連接,將所述脈沖變壓器副邊的電信號(hào)輸出。
所述功率變換電路包括兩個(gè)互補(bǔ)的功率MOS管,第一功率MOS管的柵極與一第一電容C1相連接,該第一電容C1的另一端連接于脈沖發(fā)生電路的輸出端,該柵極與第一電容C1中間連接一接地的電阻R1,第一功率MOS管的源極接地,第一功率MOS管的漏極與脈沖變壓器原邊的異名端相連接;第二功率MOS管的柵極與一第二電容C2相連接,該第二電容C2的另一端連接于脈沖發(fā)生電路的輸出端,該柵極與第二電容C2中間連接一接電源的電阻R2,第二功率MOS管的源極與電源相連接,第二功率MOS管的漏極與脈沖變壓器原邊的異名端相連接;電阻R31、R30串聯(lián),電解電容C27的負(fù)極與電解電容C28的正極相連,所述兩個(gè)串聯(lián)電氣元件并聯(lián)于一電源與接地端之間;所述脈沖變壓器原邊的同名端連接于所述電阻R31、R30之間和電解電容C27、C28之間。
在兩組并聯(lián)的電阻R31、R30和電解電容C27、C28之間還并聯(lián)有串聯(lián)的電容C24、C26;所述脈沖變壓器原邊的同名端連接于所述電阻R31、R30之間,電容C24、C26之間和電解電容C27、C28之間。
所述濾波整流電路包括,脈沖變壓器副邊一組輸出端的同名端連接于第一組兩個(gè)單向?qū)ㄔg,異名端連接于第二組兩個(gè)單向?qū)ㄔg;第一組兩個(gè)串聯(lián)的單向?qū)ㄔc第二組兩個(gè)串聯(lián)的單向?qū)ㄔ嗖⒙?lián),并且與一電解電容相并聯(lián)。
所述脈沖發(fā)生電路為等占空比、幅值為15V的脈沖發(fā)生電路。
所述第一功率MOS管為N溝道EMOS管,第二功率MOS管為P溝道EMOS管。
所述的電源為15V。
所述并聯(lián)的兩組單向?qū)ㄔ€并聯(lián)于另一電解電容、一個(gè)電阻和一個(gè)電容,以形成逆變器驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)輸出端。
所述脈沖變壓器副邊的同名端通過一電容連接于第一組兩個(gè)單向?qū)ㄔg。
所述單向?qū)ㄔ槎O管。
本實(shí)用新型的有益效果在于,簡(jiǎn)化系統(tǒng)開關(guān)電源的制造工藝,減小體積,提高開關(guān)電源的可靠性;由于本方案采用模塊化的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以將各電源模塊就近安裝在IGBT模塊的旁邊,減小了驅(qū)動(dòng)電源到IGBT的距離,有效提高了IGBT的抗干擾能力,防止誤導(dǎo)通損壞IGBT模塊。當(dāng)采用n個(gè)本實(shí)用新型IGBT逆變器驅(qū)動(dòng)電源單元,一路+15V輸入電源就可以對(duì)2n(n=2,3,4,5…)支IGBT組成的逆變器供電。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)電路圖;圖2為本實(shí)用新型原理方框圖;圖3為本實(shí)用新型電路圖;圖4為本實(shí)用新型脈沖信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
如圖2所示為本實(shí)用新型原理方框圖,需外部提供一路+15V電源,在給方波發(fā)生電路供電的同時(shí),給功率變換電路的開關(guān)電路提供+15V的電源輸入,經(jīng)過功率變換后將該+15V電源變換成IGBT逆變器所需要的互相隔離的正、負(fù)電源施加于脈沖變壓器的原邊,經(jīng)過脈沖變壓器的能量傳遞到副邊,通過整流濾波電路最后得到2組相互隔離的+15V和-7V電壓,提供給IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
如圖3所示為本實(shí)用新型電路圖,包括脈沖發(fā)生電路,功率變換電路,IGBT逆變器驅(qū)動(dòng)電源電路;其中脈沖發(fā)生電路是采用等占空比,幅值為15V的脈沖發(fā)生電路,脈沖的頻率可以從幾十千赫茲到幾百千赫茲,在本例中使用555定時(shí)器,在提供一路+15V電源的前提下555定時(shí)器產(chǎn)生一系列震蕩頻率固定等占空比的脈沖信號(hào),來導(dǎo)通、關(guān)斷功率變換電路中的開關(guān)電路;在功率變換電路中包括一開關(guān)電路和脈沖變壓器的原邊,其中開關(guān)電路中兩個(gè)互補(bǔ)的功率MOS管,N型溝道功率MOS管Q1的柵極與一電容C25相連接,該電容C25的另一端連接于脈沖發(fā)生電路的輸出端TP1,該柵極與電容C25中間連接一接地的電阻R19,N型溝道功率MOS管Q1的源極接地,N型溝道功率MOS管Q1的漏極與脈沖變壓器原邊的異名端(脈沖變壓器原邊3和8腳)相連接;P型溝道功率MOS管Q2的柵極與一電容C23相連接,該電容C23的另一端連接于脈沖發(fā)生電路的輸出端TP1,該柵極與電容C23中間連接一接+15V電源的電阻R20,P型溝道功率MOS管Q2的漏極與+15V電源相連接,P型溝道功率MOS管Q2的源極與脈沖變壓器原邊的異名端(脈沖變壓器原邊3和8腳)相連接;電阻R31、R30串聯(lián),電容C24、C26串聯(lián),電解電容C27的負(fù)極與電解電容C28的正極相連,所述三組串聯(lián)電氣元件并聯(lián)于一+15V電源與接地端之間;所述脈沖變壓器原邊的同名端(脈沖變壓器原邊1和6腳)連接于所述兩個(gè)電阻R31、R30之間,兩個(gè)電容C24、C26之間和兩個(gè)電解電容C27、C28之間。其中,也可以省掉串聯(lián)的電容C24、C26,同樣不影響實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
功率變換電路根據(jù)脈沖發(fā)生電路的電信號(hào),Q1導(dǎo)通時(shí),電流經(jīng)過電解電容C28的正極到脈沖變壓器的原邊同名端,脈沖變壓器原邊異名端Q1的漏極,Q1的源極,電解電容C28的負(fù)極;電解電容C28作為電壓源,給脈沖變壓器的原邊同名端(1和6腳)施加一個(gè)正的7.5V電壓(相對(duì)于異名端),經(jīng)Q1到地形成回路。Q2導(dǎo)通時(shí),電流經(jīng)過電解電容C27的正極到Q2的漏極,Q2的源極,脈沖變壓器的異名端,脈沖變壓器的原邊同名端,電解電容C27的負(fù)極;電解電容C27作為電壓源,給脈沖變壓器的原邊同名端(1和6腳)施加一個(gè)負(fù)的7.5V電壓(相對(duì)于異名端),經(jīng)Q2到+15V電源形成回路。
當(dāng)555定時(shí)器輸出1(表示脈沖高)時(shí),Q1導(dǎo)通,Q2關(guān)斷,而當(dāng)555定時(shí)器輸出0(表示脈沖低)時(shí),Q1關(guān)斷,Q2導(dǎo)通。由于Q1、Q2門極的RC時(shí)間常數(shù)τ=10k*0.1μ=1000μs,而震蕩脈沖的周期才約5μs,使得MOS管的門極信號(hào)也是脈沖波形,如圖4所示。
在功率變換電路中R20連接到+15V上,這樣連接能得到Q2門極信號(hào)的脈沖波形的幅值上限在22.5V,下限在7.5V,這樣能保證MOS管Q2可靠導(dǎo)通和關(guān)斷。另外,本部分電路中Q1和Q2的輪流到通和關(guān)斷,使得脈沖變壓器不會(huì)產(chǎn)生偏磁現(xiàn)象。其中脈沖變壓器采用高導(dǎo)磁材料的坡莫合金,工作點(diǎn)不要進(jìn)入飽和區(qū),繞組之間的互相隔離,需與脈沖頻率結(jié)合起來,避免脈沖變壓器工作在飽和狀態(tài),保護(hù)兩只MOS管。
IGBT逆變器驅(qū)動(dòng)電源電路包括,脈沖變壓器的副邊和整流濾波電路,脈沖變壓器副邊每組輸出端的同名端連接于一組兩個(gè)二極管之間,異名端連接于另一組兩個(gè)二極管之間,為了達(dá)到更好的效果可以使脈沖變壓器副邊的同名端通過一電容連接于兩個(gè)二極管之間,以防止整流濾波環(huán)節(jié)出現(xiàn)短路,燒壞脈沖變壓器原邊MOS管的情況;第一組兩個(gè)串聯(lián)的二極管與第二組兩個(gè)串聯(lián)的二極管相并聯(lián),并且分別與兩個(gè)電解電容C11和C12、一個(gè)電阻R4和一個(gè)電容C16(最簡(jiǎn)電路可以是C11、C12、R4、C16中僅保留其中的一只濾波電容C11或C12,其余只是改善性能)相并聯(lián)形成逆變器驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)輸出端;在IGBT逆變器驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)計(jì)4個(gè)這樣的整流濾波電路,分別連接與脈沖變壓器的副邊,根據(jù)副邊繞組的匝數(shù)不同得到2組4個(gè)輸出。
本本實(shí)用新型的有益效果在于,簡(jiǎn)化系統(tǒng)開關(guān)電源的制造工藝,減小體積,提高開關(guān)電源的可靠性;由于本方案采用模塊化的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以將各電源模塊就近安裝在IGBT模塊的旁邊,減小了驅(qū)動(dòng)電源到IGBT的距離,有效提高了IGBT的抗干擾能力,防止誤導(dǎo)通損壞IGBT模塊。當(dāng)采用n個(gè)本實(shí)用新型IGBT逆變器驅(qū)動(dòng)電源單元,一路+15V輸入電源就可以對(duì)2n(n=2,3,4,5…)支IGBT組成的逆變器供電,比如三相逆變器有6只IGBT組成時(shí),就可以直接使用3個(gè)本實(shí)用新型逆變器驅(qū)動(dòng)電源單元完成供電,電路單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高(因?yàn)槎际堑蛪?,現(xiàn)有技術(shù)中都是高壓)、干擾小。
以上具體實(shí)施方式
僅用于說明本實(shí)用新型,而非用于限定本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,包括脈沖發(fā)生電路,其特征在于還包括功率變換電路,與所述的脈沖發(fā)生電路相連接,根據(jù)脈沖信號(hào)形成交替的正負(fù)電信號(hào);脈沖變壓器,與所述功率變換電路相連接,將所述功率變換電路產(chǎn)生的正負(fù)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成所需電壓的電信號(hào);濾波整流電路,與所述脈沖變壓器相連接,將所述脈沖變壓器副邊的電信號(hào)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于,所述功率變換電路包括兩個(gè)互補(bǔ)的功率MOS管,第一功率MOS管的柵極與一第一電容C1相連接,該第一電容C1的另一端連接于脈沖發(fā)生電路的輸出端,該柵極與第一電容C1中間連接一接地的電阻R1,第一功率MOS管的源極接地,第一功率MOS管的漏極與脈沖變壓器原邊的異名端相連接;第二功率MOS管的柵極與一第二電容C2相連接,該第二電容C2的另一端連接于脈沖發(fā)生電路的輸出端,該柵極與第二電容C2中間連接一接電源的電阻R2,第二功率MOS管的源極與電源相連接,第二功率MOS管的漏極與脈沖變壓器原邊的異名端相連接;電阻R31、R30串聯(lián),電解電容C27的負(fù)極與電解電容C28的正極相連,所述兩個(gè)串聯(lián)電氣元件并聯(lián)于一電源與接地端之間;所述脈沖變壓器原邊的同名端連接于所述電阻R31、R30之間和電解電容C27、C28之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于,在兩組并聯(lián)的電阻R31、R30和電解電容C27、C28之間還并聯(lián)有串聯(lián)的電容C24、C26;所述脈沖變壓器原邊的同名端連接于所述電阻R31、R30之間,電容C24、C26之間和電解電容C27、C28之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于,所述濾波整流電路包括,脈沖變壓器副邊一組輸出端的同名端連接于第一組兩個(gè)單向?qū)ㄔg,異名端連接于第二組兩個(gè)單向?qū)ㄔg;第一組兩個(gè)串聯(lián)的單向?qū)ㄔc第二組兩個(gè)串聯(lián)的單向?qū)ㄔ嗖⒙?lián),并且與一電解電容相并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于,所述脈沖發(fā)生電路為等占空比、幅值為15V的脈沖發(fā)生電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于,所述第一功率MOS管為N溝道EMOS管,第二功率MOS管為P溝道EMOS管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于,所述的電源為15V。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于,所述并聯(lián)的兩組單向?qū)ㄔ€并聯(lián)于另一電解電容、一個(gè)電阻和一個(gè)電容,以形成逆變器驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)輸出端。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于,所述脈沖變壓器副邊的同名端通過一電容連接于第一組兩個(gè)單向?qū)ㄔg。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,其特征在于,所述單向?qū)ㄔ槎O管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及電學(xué)領(lǐng)域,具體的講是一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源。本實(shí)用新型提供一種絕緣柵雙極晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)電源,包括脈沖發(fā)生電路,還包括功率變換電路與所述的脈沖發(fā)生電路相連接,根據(jù)脈沖信號(hào)形成交替的正負(fù)電信號(hào);脈沖變壓器,與所述功率變換電路相連接,將所述功率變換電路產(chǎn)生的正負(fù)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成所需電壓的電信號(hào);濾波整流電路,與所述脈沖變壓器相連接,將所述脈沖變壓器副邊的電信號(hào)輸出。簡(jiǎn)化系統(tǒng)開關(guān)電源的制造工藝,減小體積,提高開關(guān)電源的可靠性;有效提高了IGBT的抗干擾能力,防止誤導(dǎo)通損壞IGBT模塊。
文檔編號(hào)H02M7/537GK2829213SQ200520103930
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者單升華, 程洪亮 申請(qǐng)人:北京時(shí)代新紀(jì)元技術(shù)有限公司