專利名稱：一種開關電源的絕緣柵雙極型晶體管驅動電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種開關電源驅動部分的設計方法，尤其涉及一種大功率或超大功率 開關電源的驅動電路，可為IGBT提供簡單且低成本的驅動方法。
背景技術：
在開關電源電路中，IGBT(Insolated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶 體管)通常都是由驅動電路來控制其開關的。好的驅動電路不但能使IGBT在復雜的電磁環(huán) 境中可靠地工作，而且在成本上也具有競爭優(yōu)勢。參見圖l，所示的是現(xiàn)有的一種IGBT的驅 動電路2ED300C17-S的結構圖，從圖1中可以看出，該驅動模塊在驅動IGBT時需要一個DC/ DC (Direct Current Converter)轉換器，而且需要兩個變壓器，這個驅動模塊在設計中，使 用一個DC/DC轉換器和一個變壓器為IGBT提供驅動能量，使用另一個變壓器提供IGBT需 要的驅動脈沖，這種設計由于增加了 DC/DC轉換器和變壓器，增加了驅動電路的成本。
參見圖2，為另外一種IGBT驅動電路的設計，這是一種帶驅動芯片的驅動電路，該 電路雖然改進了原先電路在高頻下工作時的功率開關管的開關性能，但該電路仍存在以下 缺陷該電路在設計中采用了一個變壓器繞組，但由于線圈匝數(shù)比較多，容易產(chǎn)生幅值很高 的負脈沖而損壞驅動芯片；另外，由于電路采用的是半波整流，電容充電周期長、功率小，當 驅動電壓沒有升到一定幅值時，容易損壞IGBT(完全導通時的驅動電壓為13V);而且次級 線圈的匝數(shù)越多，產(chǎn)生的誤驅動脈沖(即當一個橋臂的功率管關閉時，對同一個橋臂上的 另外一個功率管感應出促使其導通的驅動脈沖)幅值越高，越容易引起誤驅動。
發(fā)明內容
針對上面提到的開關電源驅動電路設計上的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種改進
的開關電源驅動電路，可提高開關電源驅動電路工作的可靠性，通過優(yōu)化開關電源驅動電
路設計，降低開關電源驅動電路的設計成本。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案 —種開關電源的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)驅動電路，包括變壓器，供電電路， 信號電路及放大輸出電路，該變壓器包括由初級線圈構成的初級繞組和次級繞組，次級繞 組至少包括繞在同一個磁芯上的第一次級線圈和第二次級線圈，變壓器的初級繞組與第一 電容連接；變壓器次級繞組中的第一次級線圈與供電電路連接；信號電路由變壓器的次級 繞組中的第二次級線圈與第二整流二極管連接構成，信號電路接收第二次級線圈耦合過來 的驅動信號，將從變壓器的驅動信號經(jīng)過整流處理后送給放大輸出電路，直流電壓和驅動 信號送給放大輸出電路以產(chǎn)生IGBT的驅動脈沖和驅動電路的工作電壓；該放大輸出電路 為驅動芯片；IGBT電路的輸入端設有保護電路，保護電路包括第一穩(wěn)壓二極管和第二穩(wěn)壓 二極管，第一穩(wěn)壓二極管的正極與第二穩(wěn)壓二極管的負極相連，并共同連接到驅動芯片的 輸出管腳，第一穩(wěn)壓二極管的負極與驅動芯片的電源管腳相連，第二穩(wěn)壓二極管的正極與 驅動芯片的電源參考地管腳相連。
4
所述變壓器的次級繞組的第一次級線圈與4個第一整流二極管組成的全橋整流 電路連接構成供電電路，并與所述驅動芯片的電源管腳連接。 所述4個第一整流二極管組成的全橋整流電路與第一電阻和第二電容依次連接 構成供電電路，并與所述驅動芯片的電源管腳連接。 所述信號電路還包括第二電阻、第三電阻和第三電容，所述第二整流二極管的負 極與第二電阻連接，所述第二電阻與第三電容連接，所述第三電容與第三電阻并聯(lián)，兩端分 別與驅動芯片的正向輸入端和反向輸入端相連。 所述次級繞組的第一次級線圈的一端連接第三整流二極管的正極，所述第一次級
線圈的另一端連接第四整流二極管的正極，第三整流二極管的正極與第四整流二極管的正
極、第一電阻的一端相連，第一電阻的另一端和第二電容的正極共同連接到驅動芯片的電
源管腳，構成供電電路；所述第二整流二極管的負極與驅動芯片的正向輸入端相連。 在交流電上半周期，所述第三整流二極管導通，所述第四整流二極管截止，電源經(jīng)
過所述第一電阻給第二電容充電；在交流電下半周期，所述第四整流二極管導通，所述第三
整流二極管截止，電源經(jīng)過第一電阻給第二電容充電，完成一個周期的整流。 根據(jù)上述技術方案，本發(fā)明采用在一個變壓器磁芯上增加繞組的方式來代替采用
外加DC/DC的供電方式，節(jié)省了成本，同時簡化了變壓器設計的體積和復雜程度，由于次級
線圈匝數(shù)的較少，大大降低了誤驅動脈沖的幅值，從而減少干擾。
圖1是現(xiàn)有的2ED300C17-S驅動電路內部結構電路圖；
圖2是現(xiàn)有的帶驅動芯片的驅動電路設計圖；
圖3是本發(fā)明的IGBT驅動電路框圖；
圖4是本發(fā)明第一實施例的電路圖；
圖5是本發(fā)明第二實施例的電路圖。 以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細地說明。
具體實施例方式
本發(fā)明所涉及的開關電源驅動電路的原理框圖如圖3所示，其為一個IGBT的驅動 電路部分，開關電源其它幾個IGBT的電路與此相同。參照圖3及圖4，本發(fā)明的驅動電路主 要由變壓器T4，供電電路1 ，信號電路2，放大輸出電路3以及保護電路4構成。其中，變壓 器T4包括由初級線圈構成的初級繞組T40和次級繞組T41，次級繞組T41至少包括繞在同 一個磁芯上的第一次級線圈T410和第二次級線圈T411。變壓器T4主要用于將輸入電壓按 照要求變換為IGBT需要的驅動電壓，同時傳遞IGBT工作時的驅動信號。供電電路1將交 流電壓變換為IGBT需要的直流工作電壓送給放大輸出電路3，信號電路2由變壓器T4次 級繞組T41中的第二次級線圈T411與第二整流二極管D38連接構成，信號電路2接收第二 次級線圈T411耦合過來的驅動信號，將從變壓器T4的驅動信號經(jīng)過整流處理后送給放大 輸出電路3。直流電壓和驅動信號送給放大輸出電路3，產(chǎn)生IGBT的驅動脈沖和驅動電路 的工作電壓，從而確保IGBT按照規(guī)定的時序工作，輸出需要的工作電壓。該放大輸出電路 3可以是驅動芯片IC，本發(fā)明以放大輸出電路3是驅動芯片IC作說明。由放大輸出電路3經(jīng)過處理后產(chǎn)生IGBT工作所需要的驅動電壓和脈沖控制信號。在IGBT電路的輸入端設有 保護電路4。圖3為一個IGBT工作所需要的驅動電路，實際開關電源中有幾個IGBT就會 有幾路這樣的驅動電路，這幾路驅動電路的構成一致，在驅動脈沖的時序方面，有一對IGBT 的驅動脈沖是相同的，另外一對IGBT的驅動脈沖也是相同的，這兩對IGBT的驅動脈沖只是 在時序上有區(qū)別。 在正常工作時，電網(wǎng)交流電壓通過變壓器T4變換，在變壓器T4的次級繞組T41的 第一次級線圈T410產(chǎn)生驅動IGBT的驅動電壓，同時驅動信號通過變壓器T4次級繞組T41 的第二次級線圈T411傳給驅動芯片IC，驅動芯片IC經(jīng)過處理后驅動IGBT按照規(guī)定的時序工作。 圖4為本發(fā)明第一實施例的驅動電路圖。參照圖4，該開關電源的驅動電路包括變 壓器T4，變壓器T4的初級繞組T40與第一電容C26連接，變壓器T4的次級繞組T41的第一 次級線圈T410與4個第一整流二極管D34組成的全橋整流電路連接，全橋整流電路與第二 電容C29構成供電電路1，第二電容C29為供電電路的可選元件。全橋整流電路給IGBT提 供驅動電源，本實施例中全橋整流電路與第一電阻R26和第二電容C29依次連接，并與驅動 芯片IC的電源管腳連接；次級繞組T41的第二次級線圈T411與第二整流二極管D38的正 極連接，構成信號電路2，信號電路2中的第二整流二極管D38作為整流二極管也起整流作 用。第三電容C30在為可選元件，第三電容C30為去耦電容，主要起去除高頻噪聲的作用。 本實施例中的信號電路包含了第三電容C30、第二電阻R27和第三電阻R28，通過驅動芯片 IC給IGBT提供驅動脈沖。第二整流二極管D38的負極與第二電阻R27連接，第二電阻R27 與第三電容C30連接，第三電阻R28與第三電容C30并聯(lián)，且兩端分別與驅動芯片IC的正 向輸入端和反向輸入端相連，驅動芯片IC使IGBT按照規(guī)定時序實現(xiàn)導通和截止功能。本 實施例中第二電阻R27和第三電阻R28為分壓電阻，結合變壓器T4第二次級線圈T411的 匝數(shù)以及驅動芯片IC的輸入的電壓范圍起到分壓的作用，如果第二次級線圈T411匝數(shù)合 適則第二電阻R27和第三電阻R28可以省略。 為了防止驅動電壓過沖對IGBT的損害，本發(fā)明在IGBT電路的輸入端設有保護電 路4，保護電路4包括第一穩(wěn)壓二極管D39和第二穩(wěn)壓二極管D40，第一穩(wěn)壓二極管D39的 正極與第二穩(wěn)壓二極管D40的負極相連，并共同連接到驅動芯片IC的輸出管腳，第一穩(wěn)壓 二極管D39的負極與驅動芯片IC的電源管腳相連，第二穩(wěn)壓二極管D40的正極與驅動芯片 IC的電源參考地管腳相連；第一穩(wěn)壓二極管D39在驅動電壓過高時，可將IGBT的驅動電壓 高電平穩(wěn)定在IGBT可以正常工作的范圍；在IGBT的輸入電壓出現(xiàn)負壓時，第二穩(wěn)壓二極管 D40導通，將輸入電壓鉗位于地電平，從而保護IGBT。 第一實施例中，第一次級線圈T410與第一整流二極管D34構成的全橋整流電路可 確保驅動電路在電網(wǎng)電壓全周期內都能夠正常工作，經(jīng)過整流后的電壓經(jīng)過第二電容C29 的穩(wěn)壓后送給IGBT，作為驅動IGBT的驅動電源。變壓器T4的第二次級線圈T411將從初級 繞組T40的初級線圈傳遞過來的驅動信號送給驅動芯片IC，經(jīng)過驅動芯片IC的整形，形成 一定時序的驅動脈沖，該脈沖施加到IGBT電路，作為IGBT的時序控制脈沖，驅動IGBT按照 規(guī)定的時序完成開關動作。 參照圖5，為本發(fā)明第二實施例的驅動電路圖。第二實施例的驅動電路除了供電電 路1中采用兩個整流二極管進行整流之外，其它電路形式類似，圖中相同的部件也采用相
6同的標號。第二實施例開關電源的驅動電路包括變壓器T4，變壓器T4的初級繞組T40與 第一電容C26連接，次級繞組T41的第一次級線圈T410的一端連接第三整流二極管D27的 正極，第一次級線圈T410的另一端連接第四整流二極管D28的正極，第三整流二極管D27 的正極與第四整流二極管D28的正極及第一電阻R26的一端相連，第一電阻R26的另一端 和第二電容C29的正極共同連接到驅動芯片IC的電源管腳，以此構成本實施例的供電電路 1 ;次級繞組T41的第二次級線圈T411與第二整流二極管D38的正極連接，第二整流二極管 D38的負極與驅動芯片IC的正向輸入端相連，通過驅動芯片IC給IGBT提供驅動脈沖，驅動 芯片IC使IGBT按照規(guī)定時序實現(xiàn)導通和截止功能。第二實施例IGBT電路的輸入端也設 有由第一穩(wěn)壓二極管D39和第二穩(wěn)壓二極管D40組成的保護電路4。在交流電上半周期，第 三整流二極管D27導通，第四整流二極管D28截止，電源經(jīng)過第一電阻R26給第二電容C29 充電；在交流電下半周期，第四整流二極管D28導通，第三整流二極管D27截止，電源經(jīng)過第 一電阻R26給第二電容C29充電，完成一個周期的整流。其它電路工作原理與圖4完全相 同。 本發(fā)明所提出的開關電源的一種驅動電路設計方法，變壓器設計中通過增加次級 線圈的繞組的方法，省去了功率IGBT驅動所需要的電源，由于傳遞驅動信號的次級線圈匝 數(shù)較少，因而大大降低了誤驅動脈沖的幅值及干擾。另外，第一實施例中，由于驅動電路采 用全橋設計，克服了現(xiàn)有驅動電路半橋工作的弊病，提高了驅動電路的工作效率，使得驅動 電路的驅動電壓的建立時間相對于現(xiàn)有開關電源驅動電路大大縮短。本方法和裝置在降低 了驅動電路設計的復雜程度同時，也降低了誤驅動脈沖的干擾，同時通過去掉外加電源降 低了成本，提高了產(chǎn)品的競爭力。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修 改、等同替換、改 等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種開關電源的絕緣柵雙極型晶體管驅動電路，包括變壓器(T4)，供電電路(1)，信號電路(2)以及放大輸出電路(3)，其特征在于所述變壓器(T4)包括由初級線圈構成的初級繞組(T40)和次級繞組(T41)，所述次級繞組(T41)至少包括繞在同一個磁芯上的第一次級線圈(T410)和第二次級線圈(T411)，所述變壓器(T4)的初級繞組(T40)與第一電容(C26)連接；所述變壓器(T4)次級繞組(T41)中的第一次級線圈(T410)與所述供電電路(1)連接；所述信號電路(2)由所述變壓器(T4)次級繞組(T41)中的第二次級線圈(T411)與第二整流二極管(D38)連接構成，所述信號電路(2)接收所述第二次級線圈(T411)耦合過來的驅動信號，將從所述變壓器(T4)的驅動信號經(jīng)過整流處理后送給所述放大輸出電路(3)，直流電壓和驅動信號送給放大輸出電路(3)以產(chǎn)生絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的驅動脈沖和驅動電路的工作電壓；所述放大輸出電路(3)為驅動芯片(IC)；絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的輸入端設有保護電路(4)，所述保護電路(4)包括第一穩(wěn)壓二極管(D39)和第二穩(wěn)壓二極管(D40)，所述第一穩(wěn)壓二極管(D39)的正極與所述第二穩(wěn)壓二極管(D40)的負極相連，并共同連接到所述驅動芯片(IC)的輸出管腳，所述第一穩(wěn)壓二極管(D39)的負極與驅動芯片(IC)的電源管腳相連，所述第二穩(wěn)壓二極管(D40)的正極與所述驅動芯片(IC)的電源參考地管腳相連。
2. 如權利要求1所述的開關電源的絕緣柵雙極型晶體管驅動電路，其特征在于所述 變壓器(T4)的次級繞組(T41)的第一次級線圈(T410)與4個第一整流二極管(D34)組成 的全橋整流電路連接后與所述驅動芯片(IC)的電源管腳連接。
3. 如權利要求2所述的開關電源的絕緣柵雙極型晶體管驅動電路，其特征在于所述 4個第一整流二極管(D34)組成的全橋整流電路與第一電阻(R26)和第二電容(C29)依次 連接構成供電電路(l)，并與所述驅動芯片(IC)的電源管腳連接。
4. 如權利要求3所述的開關電源的絕緣柵雙極型晶體管驅動電路，其特征在于所述 信號電路(2)還包括第二電阻(R27)、第三電阻(R28)和第三電容(C30)，所述第二整流二 極管(D38)的負極與第二電阻(R27)連接，所述第二電阻(R27)與第三電容(C30)連接，所 述第三電容(C30)與第三電阻(R28)并聯(lián)，并聯(lián)的兩端分別與驅動芯片(IC)的正向輸入端 和反向輸入端相連。
5. 如權利要求1所述的開關電源的絕緣柵雙極型晶體管驅動電路，其特征在于所述 次級繞組(T41)的第一次級線圈(T410)的一端連接第三整流二極管(D27)的正極，所述 第一次級線圈(T410)的另一端連接第四整流二極管(D28)的正極，所述第三整流二極管 (D27)的正極與第四整流二極管(D28)的正極、第一電阻(R26)的一端相連，所述第一電阻 (R26)的另一端和第二電容(C29)的正極共同連接到驅動芯片(IC)的電源管腳，構成供電 電路(1);所述第二整流二極管(D38)的負極與驅動芯片(IC)的正向輸入端相連。
6. 如權利要求5所述的開關電源的絕緣柵雙極型晶體管驅動電路，其特征在于在交 流電上半周期，所述第三整流二極管(D27)導通，所述第四整流二極管(D28)截止，電源經(jīng) 過所述第一電阻(R26)給第二電容(C29)充電；在交流電下半周期，所述第四整流二極管(D28)導通，所述第三整流二極管(D27)截止，電源經(jīng)過第一電阻(R26)給第二電容(C29) 充電，完成一個周期的整流。
全文摘要
一種開關電源的絕緣柵雙極型晶體管驅動電路，包括變壓器，供電電路，信號電路和放大輸出電路，該變壓器包括一個由初級線圈構成的初級繞組和次級繞組，該次級繞組至少包括繞在同一個磁芯上的第一次級線圈和第二次級線圈；供電電路與變壓器次級繞組中的第一次級線圈連接；信號電路由變壓器的次級繞組中的第二次級線圈與二極管連接構成，其接收第二次級線圈耦合過來的驅動信號，將從變壓器的驅動信號經(jīng)過整流處理后送給放大輸出電路；保護電路與絕緣柵雙極型晶體管的輸入端連接，保護電路包括第一穩(wěn)壓二極管和第二穩(wěn)壓二極管。
文檔編號H02M7/12GK101714830SQ20091021935
公開日2010年5月26日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權日2009年12月4日
發(fā)明者張引長, 毛建華, 王豐, 蔡曉 申請人:西安迅湃快速充電技術有限公司