专利名称：Ipm专用驱动电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种驱动电源，特别涉及一种IPM专用驱动电源，也可用于由 M0SFET或IGBT组成的桥路驱动。
背景技术：
近年来，随着电力电子技术的发展，各个应用领域对电源的体积、重量、效率等方 面提出了越来越高的要求。目前，作为MOSFET、IGBT、智能功率模块IPM驱动电源的仍主要 是以线性直流电源为主。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效 率低(只有40% 50% )、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。 随着集成电路技术的发展，虽然在以后也产生过开关电源，实现了控制电路的集 成，但往往采用电压型脉宽调制(P丽)技术，将输出电压反馈后用于控制功率开关脉宽的 大小。电压控制型的结构框图如图1所示，电源输出电压Uo与参考电压Uref比较放大，得 到误差信号Ue，将其与三角波信号Ur比较后，脉宽比较器就输出占空比一定的系列脉冲。 其最大缺点是控制过程中电源内的电流没有参与进去。众所周知，开关电源的电流要流经 电感，相对电压信号有90暗难映？所以对于开关电源来说，实际上需要不断调节的是输入 电流，以适应输出电压的变化和负载的需求，从而达到稳定输出电压的目的。 传统的电压控制型是一个单闭环电压控制系统，在其控制过程中，电源电路中的 电感电流未参与控制，是独立变量。开关变换器为二阶系统，而二阶系统是一个有条件的稳 定系统，若不加补偿，很难使系统稳定和获得好的小信号特性，所以，必须在误差放大器补 偿网络中增加一个零点，这样就增加了电路的成本。而且该控制型检测输出电压的变化，往 往需要经过几个循环之后才可以调整过来，体现为超调过大，反应迟缓，甚至出现不可预料 的后果。所以控制线路复杂可靠性差反应慢的问题仍未得到有效解决。 驱动器的电源是整个系统的心脏，提供稳定、可靠、纯净、足够的电能给系统工作。 其中若有丝毫的差错可能会直接影响到元器件的好坏以及周边电路的稳定，特别是能够使 IPM独立供电，杜绝因为自举充电而损坏IPM的事故。因此，自身特点以及电力电子应用领 域对电源的更高要求，需要研究性能更佳具有广阔的应用前景和实用价值的开关电源。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种适用于IPM、 IGBT、 MOSFET的开关电源。 为此，本实用新型采用如下的技术方案 —种IPM专用驱动电源，包括EMI滤波器，RCD缓冲电路、高频变压器、可控脉宽振 荡电路，其中， 所述的EMI滤波器用于对直流输入电压滤波，RCD缓冲电路接在所述高频变压器 的原边绕组；所述的可控脉宽振荡电路包括UC3844芯片及其外围电路和功率型MOSFET开关管，所述的功率型MOSFET开关管与高频变压器的原边绕组串联，其栅极与UC3844芯片的 P丽脉冲波输出端即引脚6相连，功率开关管导通时，经过EMI滤波的直流输入电压被施加 到高频变压器的原边绕组上； 经过EMI滤波的直流输入电压经降压后接到UC3844的引脚7，通过原边绕组的电 流反馈信号经过低通滤波后接到UC3844的引脚3 ; 高频变压器的直流输出电压经过可调电阻取样后得到的电压反馈信号接到 UC3844的引脚2，在UC3844的引脚1和2之间跨接有形成PI调节器的电阻和电容。 本实用新型具有如下的技术效果 1.本开关电源由于采用UC3844作为P丽控制芯片，主电路用单端反激式，可靠性 高，稳定性好，输出纹波小，能够适应电网电压10%和负载20%的波动。UC3844为电流控制 型芯片，这样既保留了电压控制型的优点，又增加了电流反馈环节，使输出的电感峰值电流 跟随误差电压变化，因此本开关电源对输入电压的响应快，同时电感电流不再是一个独立 变量，从而使开关变换器成为一个一阶无条件的稳定系统，因而很容易不受约束地得到大 的开环增益和完善的小信号、大信号特性。 2.本实用新型由于采用电流控制型芯片UC3844，线性调整率(电压调整率)非常 好，可达0.01% /V，可与优秀的线性稳压器媲美。这是因为输入电压的变化立即反映为电 感电流的变化，它不经过任何误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度。再加一级输 出电压至误差放大器的控制，能使线性调整率更好。 3.本实用新型明显地改善了负载调整率，因为误差放大器可专门用于控制由于负
载变化而造成的输出电压变化。特别是使轻载时电压升高的幅度大大减少。 4.由于本实用新型采用的是芯片UC3844，峰值电感电流感应检测技术可以灵敏
的、精确的限制最大输出电流，所以整个开关电源中的磁元件(高频变压器)和高压开关管
不必设计较大的余量，就能保证稳压电源工作可靠，成本降低。
图1电压控制型开关电源结构框图。 图2基于UC3844的多路输出开关电源原理图。 图3开关电源与IPM、 DSP的系统连接图。
具体实施方式本实用新型是专为设计变流装置而又使用IPM、IGBT或M0SFET的嵌入式系统级开 关电源。具有独立6组输出，输出电流强劲，输入电压范围宽，保护全等优点，适合于所有变 频驱动器的电源。 UC3844是电流控制型芯片，该控制型开关电源是针对电压控制型的缺点应运而生 的。这样既保留了电压控制型的优点，又增加了电流反馈环节。本开关电源是在脉宽比较 器的输入端将电流采样信号与误差放大器的输出信号进行比较，以此来控制输出脉冲的占 空比，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化，因此该开关电源对输入电压的响应快，输 入电压的变化表现为电感电流斜率的变化，使系统可以快速对输入电压的变化作出响应。 因此，该开关电源由于具有体积小、重量轻、效率高、线路简洁、可靠性高以及具有较强的自动均衡各路输出负载的能力等优点，非常适合用于作为大功率高频开关电源的辅 助电源或功率开关的驱动电源。此外，本实用新型具有特点 ★ 500V耐压NM0S大功率管(IRF840)作为推动源。 女大功率高频变压器低漏感，绝缘性能良好。在每层绕组之间加隔离纸，减少了 EMI干扰。变压器磁回路加有适当的气隙，这样既可以达到所需的电感量，又可以吸收直流 磁场，避免磁芯饱和。变压器的基本尺寸36mm(长)*24. 5mm(宽)*40mm(高) 女适合几乎所有IPM、 IGBT和MOSFET使用，耐压范围宽，保护全，能够使IPM独立
供电，杜绝因为自举充电而损坏IPM的事故，具有输出电流强劲等优势。 女提供6组输出电压。其中四组15V，相互独立，用于驱动IGBT、 M0SFET ;—组为
5V/3.3V，用于为MCU/DSP提供电源；一组？ 5V，为其他需要双电源的芯片提供电源。每路
输出电流如下表所示。 表1开关电源的每路输出电流
组别输出电压输出电流备注
VI+15V600mA三个下桥臂共用
V2， V3， V4+15V300mA三个上桥臂分用
V55V/3. 3V800mAMCU/DSP用
V6士15V600mA其他电路用 女输入输出有严格的绝缘隔离。 女超宽额定直流电压耐压能力(120V-450V)。用户只需直接从直流母线上取输入 电压即可，使用方便。也可以用220V整流提供直流输入电压。 女可供电给系统的CPU， IPM，光耦，继电器，运放，霍尔电流(电压)传感器，显示 器，散热风机，光编码器，温度传感器等。 图2为本开关电源电路原理图，主电路采用单端反激式变换电路，电路简单，成本 低，单端反激式电路对来自电网的干扰全隔离，直流输入经过EMI滤波后，供给单端反激式 变换电路。本电路选用M0SFET作为功率开关管，在UC3844的控制下，将能量传递到输出侧， 经稳压滤波后提供多路输出电压。 在图2中，引脚7是其电源端，芯片工作的开启电压为16V，欠压锁定电压为IOV， 上限为34V。开始时由原边主电路向其供电，电路正常工作以后由副边供电。原边主电路向 其供电时需加限流电阻R1，考虑发热及散热条件，限流电阻为功率电阻。引脚4接振荡电 路，产生所需频率的锯齿波。引脚6是输出端，经一个限流电阻R5限流后驱动功率MOSFET， 为保护功率MOSFET，在引脚6并联一支15V的稳压二极管ZD1。 下面结合图2和图3对本实用新型实施例做进一步说明。 1.本开关电源直流输入在经过EMI滤波后，主要功率经串联于高频变压器初级绕
5组Nl，到大功率M0SFET开关管VI漏极，在UC3844的控制下，开关管VI周期性地导通和截 止。直流电压的另一路经R1降压后，施加到UC3844的供电端(7脚)，为UC3844控制器提 供启动电压。 2.当功率开关管受P丽脉冲激励而导通时，直流输入电压施加到高频变压器的原 边绕组上，在变压器次级绕组上感应出的电压使整流二极管反向偏置而阻断，此时电源能 量以磁能形式存储在电感中；当开关管截止时，原边绕组两端电压极性反向，副边绕组上的 电压极性颠倒，使输出端的整流二极管导通，储存在变压器中的能量释放给负载。所以本实 用新型中变压器有储能作用。在变压器原边加入RCD缓冲电路，对尖峰电压进行箝位或吸 收。 3. UC3844是电流控制型芯片，引脚3是电流比较器同相输人端，接电流取样信号 输人，即电流内环，由R9和引脚3组成。从引脚3引人的电流反馈信号与脚1的电压误差 信号比较，产生一个P丽波。由于电流比较器输入端设置了 1V的电流阈值，当电流过大而 使电阻R9上的电压超过1V( S卩引脚3电平大于IV)时，将关断P丽脉冲，反之，则保持此脉 冲。为了消除电流波形前沿尖脉冲引起的不稳定性，由R6和C12构成了 RC低通滤波器。 4.引脚2及引脚1为内部电压比较器的反相输入端和输出端，R3和C5跨接于 UC3844的引脚1和引脚2，构成PI调节器，引脚8为基准电压，通过电阻分压后，为误差放 大器的同向输入端提供基准电压，与引脚2电压作比较，调整P丽波的占空比，进而调整开 关管的开通、关断时间。直流端电压通过W1得到反馈电压，输入到UC3844的内部误差放大 器(引脚1和引脚2)，进而调整开关管的开通、关断时间。本开关电源中Wl的引脚1、2阻 值约为3K左右，即可得到适合的反馈电压，通过调节W1的不同，得到的输出直流电压有所 不同。
权利要求一种IPM专用驱动电源，包括EMI滤波器，RCD缓冲电路、高频变压器、可控脉宽振荡电路，其特征在于，所述的EMI滤波器用于对直流输入电压滤波，RCD缓冲电路接在所述高频变压器的原边绕组；所述的可控脉宽振荡电路包括UC3844芯片及其外围电路和功率型MOSFET开关管，所述的功率型MOSFET开关管与高频变压器的原边绕组串联，其栅极与UC3844芯片的PWM脉冲波输出端即引脚6相连，功率开关管导通时，经过EMI滤波的直流输入电压被施加到高频变压器的原边绕组上；经过EMI滤波的直流输入电压经降压后接到UC3844的引脚7，通过原边绕组的电流反馈信号经过低通滤波后接到UC3844的引脚3；高频变压器的直流输出电压经过可调电阻取样后得到的电压反馈信号接到UC3844的引脚2，在UC3844的引脚1和2之间跨接有形成PI调节器的电阻和电容。
专利摘要本实用新型涉及一种IPM专用驱动电源，包括EMI滤波器，RCD缓冲电路、高频变压器以及包括UC3844芯片和功率型MOSFET开关管的可控脉宽振荡电路，MOSFET开关管与高频变压器的原边绕组串联，其栅极与UC3844芯片的PWM脉冲波输出端即引脚6相连，功率开关管导通时，经过EMI滤波的直流输入电压被施加到高频变压器的原边绕组上；经过EMI滤波的直流输入电压经降压后接到UC3844的引脚7，通过原边绕组的电流反馈信号经过低通滤波后接到其引脚3；高频变压器的直流输出电压经过可调电阻取样后得到的电压反馈信号接到其引脚2，在引脚1和2之间跨接有形成PI调节器的电阻和电容。本实用新型的驱动电源具有体积小、重量轻、效率高、较强的自动均衡各路输出负载的能力等优点。
文档编号H02M3/335GK201518451SQ20092030860
公开日2010年6月30日 申请日期2010年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者王宇, 王海波, 车延博 申请人:天津大学