专利名称：一种三电平全桥变换器驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于交流和交流之间、交流和直流之间、或直流和直流之间的变 换装置的控制或调节零部件，特别是涉及一种三电平全桥变换器驱动电路。
背景技术：
现有大功率开关变换器中，前级电路一般采用三相功率因数校正整流电路，其输 出电压在800V左右，所以从器件应力方面考虑，后级电路必须采用三电平变换器。三电平 变换器是通过两个功率开关器件串连来均分电压应力的，与两电平拓扑相比，功率开关器 件数量一般会加倍，像三电平全桥变换器就有两个桥臂，共八个功率开关器件。这给功率开 关器件的驱动及其布局增加了难度。如图1所示的典型的三电平全桥变换器示意图。三电平全桥变换器包括分 别设置在左、右桥臂上的四个功率开关器件。功率开关器件可采用金属氧化物半导体 场效应管(MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor,缩写为 MOSFET)、 门极可关断晶闸管(gate turn-off thyristor,缩写为GT0)、绝缘栅双极型晶体管 (Insulated GateBipolar Transistor，缩写为 IGBT)或集成门极换流晶闸管(Integrated GateCommutatedThyristor，缩写为IGCT)。其中，左桥臂自上而下依次是左第一功率开关器 件Si、左第二功率开关器件S2、左第三功率开关器件S3和左第四功率开关器件S4。右桥 臂自上而下依次是右第一功率开关器件S5、右第二功率开关器件S6、右第三功率开关器件 S7和右第四功率开关器件S8。各个功率开关器件的开通和关断是通过PWM信号来控制的。 这种三电平全桥变换器采用光耦隔离驱动时，即使选用带自举功能的芯片也至少需要三路 驱动电源，给辅助源的设计增加了难度。因此，通常采用如图2所示的驱动变压器进行隔离 驱动方案，这样原边只需要一路驱动电源。如图2所示的驱动变压器进行隔离驱动方案，驱动变压器Tl的两个副边绕组输出 的PWM驱动信号分别驱动左第一功率开关器件Sl和左第四功率开关器件S4，驱动变压器 T2的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第二功率开关器件S2和左第三功率开 关器件S3，驱动变压器T3的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动右第二功率开关器 件S6和右第三功率开关器件S7，驱动变压器T4的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别 驱动右第一功率开关器件S5和右第四功率开关器件S8。这种驱动方案中，左第四功率开关 器件S4和右第一功率开关器件S5的驱动线很长。同时，存在驱动电路元件布局和布线非常 困难且难以做到对称问题。另外，由于驱动变压器Tl连接到左第四功率开关器件S4的连 线与左桥臂上四个开关管之间的连线平行，同时驱动变压器T4连接到右第一功率开关器 件S5的连线与右桥臂上四个开关管之间的连线平行，导致驱动信号容易受主功率的干扰。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述三电平全桥变换器驱动电路布局及 布线存在的不足，提出一种改进的三电平全桥变换器驱动电路。[0006]本实用新型的技术问题采用以下技术方案予以解决—种三电平全桥变换器驱动电路，三电平全桥变换器包括分别设置在左桥臂和右 桥臂上的四个功率开关器件，其中左桥臂自上而下依次是左第一功率开关器件、左第二功 率开关器件、左第三功率开关器件和左第四功率开关器件，右桥臂自上而下依次是右第一 功率开关器件、右第二功率开关器件、右第三功率开关器件和右第四功率开关器件；其驱动 电路包括各有两个副边绕组的第一驱动变压器、第二驱动变压器、第三驱动变压器和第四 驱动变压器，所述每个驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号均互差180°，这种 三电平全桥变换器驱动电路的特点是所述第一驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第一功率 开关器件和右第一功率开关器件，所述第四驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信 号分别驱动左第四功率开关器件和右第四功率开关器件，所述第二驱动变压器的两个副边 绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第二功率开关器件和左第三功率开关器件，所述第三 驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动右第二功率开关器件和右第三 功率开关器件。一种三电平全桥变换器驱动电路，三电平全桥变换器包括分别设置在左桥臂和右 桥臂上的四个功率开关器件，其中左桥臂自上而下依次是左第一功率开关器件、左第二功 率开关器件、左第三功率开关器件和左第四功率开关器件，右桥臂自上而下依次是右第一 功率开关器件、右第二功率开关器件、右第三功率开关器件和右第四功率开关器件；其驱动 电路包括各有两个副边绕组的第一驱动变压器、第二驱动变压器、第三驱动变压器和第四 驱动变压器，所述每个驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号均互差180°，这种 三电平全桥变换器驱动电路的特点是所述第一驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第一功率 开关器件和右第一功率开关器件，所述第四驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信 号分别驱动左第四功率开关器件和右第四功率开关器件，所述第二驱动变压器的两个副边 绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第二功率开关器件和右第二功率开关器件，所述第三 驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第三功率开关器件和右第三 功率开关器件。本实用新型的技术问题采用以下进一步的技术方案予以解决所述功率开关器件是场效应管M0SFET、门极可关断晶闸管GT0、绝缘栅双极型晶 体管IGBT和集成门极换流晶闸管IGCT中的一种。本实用新型与现有技术对比的有益效果是本实用新型通过将传统驱动方案中左第四功率开关器件S4和右第一功率开关器 件S5的驱动变换，优化了驱动电路对称布局及PCB布线方式，显著缩短主功率开关器件左 第四功率开关器件和右第一功率开关器件的驱动线长度，避免驱动线与主功率流向平行， 有效防止驱动信号受到主功率的干扰。
图1是现有技术中典型的三电平全桥变换器示意图；图2是图1的三电平全桥变换器的驱动变压器隔离驱动电路图；[0017]图3是本实用新型具体实施方式
一的驱动变压器隔离驱动电路图；图4是图3的驱动电路的相应PWM驱动信号波形图；图5是本实用新型具体实施方式
二的驱动变压器隔离驱动电路图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式
并对照附图对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
一如图3所示，为本具体实施方式
的驱动变压器隔离驱动电路图。其中，三电平全桥变换器包括分别设置在左桥臂和右桥臂上的四个功率开关器件 M0SFET，其中左桥臂自上而下依次是左第一功率开关器件Si、左第二功率开关器件S2、左 第三功率开关器件S3和左第四功率开关器件S4,右桥臂自上而下依次是右第一功率开关 器件S5、右第二功率开关器件S6、右第三功率开关器件S7和右第四功率开关器件S8。其驱动电路包括各有两个副边绕组的驱动变压器T1、T2、T3和Τ4。每个驱动变压 器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别互差180°。各个驱动变压器输出的驱动信号 波形图如图4所示，驱动变压器Tl输出控制信号Ql和Q4，驱动变压器Τ2输出控制信号Q2 和Q3，驱动变压器Τ3输出控制信号Q6和Q7，驱动变压器Τ4输出控制信号Q5和Q8。其中， 控制信号Ql、Q2、Q3、Q4的波形分别和控制信号Q8、Q7、Q6、Q5的波形相同，且控制信号Ql 和Q4互差180°，控制信号Q2和Q3互差180，控制信号Q6和Q7互差180°，控制信号Q5 和Q8互差180°。驱动变压器Tl的两个副边绕组输出的PWM驱动信号Ql和Q4分别驱动左第一功 率开关器件Sl和右第一功率开关器件S5，驱动变压器Τ2的两个副边绕组输出的PWM驱动 信号Q2和Q3分别驱动左第二功率开关器件S2和左第三功率开关器件S3，驱动变压器Τ3 的两个副边绕组输出的PWM驱动信号Q6和Q7分别驱动右第二功率开关器件S6和右第三 功率开关器件S7，驱动变压器Τ4的两个副边绕组输出的PWM驱动信号Q5和Q8分别驱动左 第四功率开关器件S4和右第四功率开关器件S8。由于控制信号Q4的波形和控制信号Q5的波形相同，所以将传统驱动方案中左第 四功率开关器件S4和右第一功率开关器件S5的驱动变换后，电路仍能正常工作。同时由 于驱动电路布线改进，左第四功率开关器件S4和右第一功率开关器件S5的驱动线长度显 著缩短，降低驱动电路布局和布线的难度。而且，按照本实施例的电路布线也避免了左第四 功率开关器件S4驱动线、右第一功率开关器件S5驱动线与主功率流向平行，有效防止驱动 信号受到主功率的干扰。
具体实施方式
二如图5所示，为本具体实施方式
的驱动变压器隔离驱动电路图。本具体实施方式与具体实施方式
一的不同之处在于左第三功率开关器件S3和右第二功率开关器件S6的 驱动也互换了。如图5所示，驱动变压器Tl的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第一 功率开关器件Sl和右第一功率开关器件S5，驱动变压器Τ2的两个副边绕组输出的PWM驱 动信号分别驱动左第二功率开关器件S2和右第二功率开关器件S6，驱动变压器Τ3的两个 副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第三功率开关器件S3和右第三功率开关器件S7，驱动变压器T4的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第四功率开关器件S4和右 第四功率开关器件S8。由于控制信号Q3的波形和控制信号Q6的波形相同，所以将传统驱动方案中左第 三功率开关器件S3和右第二功率开关器件S6的驱动变换后，电路同样仍能正常工作。同 时由于驱动电路布线改进，不仅显著缩短左第四功率开关器件S4和右第一功率开关器件 S5的驱动线长度，也显著缩短了左第三功率开关器件S3和右第二功率开关器件S6的驱动 线长度，进一步降低驱动电路布局和布线的难度。而且，按照本具体实施方式
的电路布线也 避免避免了左第四功率开关器件S4驱动线、右第一功率开关器件S5驱动线、左第三功率开 关器件S3驱动线和右第二功率开关器件S6驱动线与主功率流向平行，有效防止驱动信号 受到主功率的干扰。同时按照本具体实施方式
的电路布线保证四个驱动变压器T1、T2、T3、 Τ4对应的驱动电路布线完全对称。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或 用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种三电平全桥变换器驱动电路，三电平全桥变换器包括分别设置在左桥臂和右桥臂上的四个功率开关器件，其中左桥臂自上而下依次是左第一功率开关器件、左第二功率开关器件、左第三功率开关器件和左第四功率开关器件，右桥臂自上而下依次是右第一功率开关器件、右第二功率开关器件、右第三功率开关器件和右第四功率开关器件；其驱动电路包括各有两个副边绕组的第一驱动变压器、第二驱动变压器、第三驱动变压器和第四驱动变压器，所述每个驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号均互差180°，其特征在于所述第一驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第一功率开关器件和右第一功率开关器件，所述第四驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第四功率开关器件和右第四功率开关器件，所述第二驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第二功率开关器件和左第三功率开关器件，所述第三驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动右第二功率开关器件和右第三功率开关器件。
2.一种三电平全桥变换器驱动电路，三电平全桥变换器包括分别设置在左桥臂和右桥 臂上的四个功率开关器件，其中左桥臂自上而下依次是左第一功率开关器件、左第二功率 开关器件、左第三功率开关器件和左第四功率开关器件，右桥臂自上而下依次是右第一功 率开关器件、右第二功率开关器件、右第三功率开关器件和右第四功率开关器件；其驱动电 路包括各有两个副边绕组的第一驱动变压器、第二驱动变压器、第三驱动变压器和第四驱 动变压器，所述每个驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号均互差180°，其特征 在于所述第一驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第一功率开关 器件和右第一功率开关器件，所述第四驱动变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分 别驱动左第四功率开关器件和右第四功率开关器件，所述第二驱动变压器的两个副边绕组 输出的PWM驱动信号分别驱动左第二功率开关器件和右第二功率开关器件，所述第三驱动 变压器的两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别驱动左第三功率开关器件和右第三功率 开关器件。
3.如权利要求1或2所述的三电平全桥变换器驱动电路，其特征在于所述功率开关器件是金属氧化物半导体场效应管、门极可关断晶间管、绝缘栅双极型 晶体管和集成门极换流晶闸管中的一种。
专利摘要本实用新型公开了一种三电平全桥变换器驱动电路，三电平全桥变换器包括分别设置在左、右桥臂上的四个功率开关器件，其驱动电路包括各有两个副边绕组的第一至第四驱动变压器，两个副边绕组输出的PWM驱动信号分别互差180°，第一驱动变压器驱动左第一和右第一功率开关器件；第四驱动变压器驱动左第四和右第四功率开关器件；第二驱动变压器驱动左第二，和左第三或者是右第二功率开关器件；第三驱动变压器驱动右第二，和右第三或者是左第三功率开关器件。本实用新型优化了驱动电路对称布局及PCB布线方式，显著缩短主功率开关器件的驱动线长度，避免驱动线与主功率流向平行，有效防止驱动信号受到主功率的干扰。
文档编号H02M1/08GK201656751SQ20092026202
公开日2010年11月24日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者许峰, 赵敬辉, 靳广超, 马超群, 骆昊 申请人:艾默生网络能源有限公司