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一種緊湊型全橋DC-DC隔離電源設(shè)計

作者: 時間:2011-12-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要 針對半橋IGBT集成驅(qū)動板上及驅(qū)動板負(fù)載的特點(diǎn),了一種兩組磁芯共用一組高頻開關(guān)的。簡潔的電路產(chǎn)生4路驅(qū)動脈沖信號,無需,實現(xiàn)了板上的緊湊,提高了功率密度。對關(guān)鍵信號的產(chǎn)生進(jìn)行了仿真實驗,結(jié)果表明,該電源電路簡潔、高效、可靠,與IGBT半橋集成驅(qū)動板達(dá)到了良好的結(jié)合。
關(guān)鍵詞 半橋驅(qū)動;IGBT;;緊湊

新型電力電子器件IGBT作為功率變換器的核心器件,其驅(qū)動和保護(hù)電路對變換器的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。集成驅(qū)動是一個具有完整功能的獨(dú)立驅(qū)動板,具有安裝方便、驅(qū)動高效、保護(hù)可靠等優(yōu)點(diǎn),是目前大、中功率IGBT驅(qū)動和保護(hù)的最佳方式。集成驅(qū)動一般包括板上隔離電源、PWM信號隔離、功率放大、故障保護(hù)等4個功能電路,各功能電路之間互相配合,完成IGBT的驅(qū)動及保護(hù)。輸入電源為板上原邊各功能電路提供電源,兩路DC-DC隔離電源輸出分別驅(qū)動上、下半橋開關(guān)管,同時為IGBT側(cè)故障檢測和保護(hù)電路提供電源,因此集成驅(qū)動板上電源是所有電路工作的前提和基礎(chǔ)。
文中的半橋IGBT集成驅(qū)動板需要兩組隔離的正負(fù)電壓輸出,作為IGBT的驅(qū)動及保護(hù)電路電源。由IGBT的驅(qū)動特點(diǎn)可知,其負(fù)載特性類似于容性負(fù)載,要達(dá)到可靠、快速的開通或關(guān)斷,就要求電源具有很好拉/灌電流能力,即良好的動態(tài)特性。半橋IGBT由上、下兩路開關(guān)管組成,型號相同,導(dǎo)通、關(guān)斷的驅(qū)動電壓、電流特性一致,作為雙路隔離DC-DC電源的負(fù)載,其負(fù)載特性是穩(wěn)定的。因此可以設(shè)計兩路隔離電源,按照所要驅(qū)動的最大負(fù)載設(shè)計,不需要進(jìn)行反饋控制。實際設(shè)計時必須依據(jù)選用的IGBT開關(guān)管參數(shù)和工作頻率,核算驅(qū)動板電源功率是否滿足,若不滿足,則需重新選用開關(guān)管。

1 IGBT半橋集成驅(qū)動板電源設(shè)計
1.1 IGBT半橋集成驅(qū)動板電源特點(diǎn)
電力電子變換拓?fù)渲?,以半橋IGBT為基本單元進(jìn)行的拓?fù)湓O(shè)計最為廣泛,相應(yīng)地對其有效驅(qū)動和可靠保護(hù)由半橋IGBT集成驅(qū)動板實現(xiàn)。半橋IGBT集成驅(qū)動板自身必須具備兩路DC-DC隔離電源,該電源要求占用PCB面積小、體積緊湊、可靠性高,并且兩組電源副邊完全隔離。在大功率半橋IGBT集成驅(qū)動單元的項目中,針對驅(qū)動單元需要高效、可靠的隔離電源,設(shè)計了一種電源變壓器原邊控制拓?fù)?,即兩組隔離電源變壓器原邊共用一組控制的思路,提高了電源功率密度和效率,節(jié)省了功率開關(guān)數(shù)量。全橋開關(guān)管巧妙搭配,無需隔離驅(qū)動,減少了占用集成驅(qū)動板上的PCB面積。
由于上下半橋的兩個單元IGBT性能參數(shù)一致、同體封裝,對半橋IGBT集成驅(qū)動板上兩路驅(qū)動表現(xiàn)出的負(fù)載特性完全一致,因此在IGBT半橋集成驅(qū)動板的電源設(shè)計中,兩組隔離的DC-DC電源原邊完全可以共用一組控制電路。IGBT半橋集成驅(qū)動板一般鑲嵌在IGBT功率模塊上,它對驅(qū)動板要求有兩個:第一是半橋集成驅(qū)動板對PCB面積、體積要求很高,要求盡可能小的PCB面積和體積;第二因為驅(qū)動IGBT需要的功率較大,對板上電源的功率密度、效率要求也較高。
1.2 原邊共用全橋控制的DC-DC電源設(shè)計
設(shè)計采用全橋電路控制DC-DC電源變壓器,兩個變壓器原邊共用一個全橋開關(guān)。正常模式下兩個全橋變換拓?fù)湫枰獌山M全橋開關(guān),同時全橋開關(guān)的脈沖驅(qū)動電路也為兩組共8路PWM脈沖。采用共用全橋拓?fù)涔?jié)省了控制電路和全橋開關(guān),簡化了DC-DC隔離電源電路。由于該電源是給半橋IGBT驅(qū)動電路供電,負(fù)載穩(wěn)定且可計算,因此全橋DC-DC電源采用開環(huán)控制,滿足最大功率需求即可。電路原理如圖1所示,該電源由4部分組成:4路PWM脈沖產(chǎn)生電路、全橋驅(qū)動開關(guān)、電源變壓器及其副邊整流濾波電路。DC-DC電源輸入為單+15 V電源,輸出為兩組隔離的+15 V和-10 V雙電源,采用負(fù)電源是為可靠地關(guān)斷IGBT。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/178304.htm

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共用全橋開關(guān)的兩組DC-DC隔離電源工作原理為:對角的開關(guān)管同時開通,另外一組對角已經(jīng)關(guān)斷,此時兩組磁芯原邊同時正反相激磁,副邊耦合,再進(jìn)行全波整流濾波后得到穩(wěn)定的電源。設(shè)計全橋開關(guān)工作頻率為360 kHz,同時采用全波整流,因此副邊不需要很大的濾波、儲能元件,有利于實現(xiàn)DC-DC電源小型化。


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