可自主设置调节的IGBT驱动电源拓扑的制作方法

本发明涉及一种可自主设置调节的IGBT驱动电源拓扑，属于控制电源技术领域。

背景技术：

在IGBT的驱动控制中，驱动电源是必不可少的部分，而控制电源的稳定关系到IGBT的运行是否稳定；同时，IGBT的驱动电压并不是一个固定值，当在不同的驱动电压下，IGBT的动态特性，SOA的区间都是不同的，同时也与短路保护的判断有关系。

在IGBT测试验证中，往往需要对不同驱动电压下的IGBT进行动静态测试，而通过上位机的控制对驱动电源控制，达到测试需求的各种电压。

在一些工业控制领域，尤其是模糊神经网络解耦控制中，自适应控制调节中，需要对IGBT的温度范围，SOA，损耗等进行设置，在其系统运行过程中，需要通过调节驱动电压，达到IGBT在系统中的最优化运行。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的驱动电源不可调节的不足，提供一种可自主设置调节的IGBT驱动电源拓扑，能够保证电源电压的精度，增加回授部分，保证IGBT故障或者IGBT驱动故障能进行检测，并能将电源切断，同时也确保了IGBT运行的可靠性和IGBT测试中需要电源调节的应用。

按照本发明提供的技术方案，所述可自主设置调节的IGBT驱动电源拓扑，其特征是：包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、变压器、第一电容、第二电容和第三电容，第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件的栅极与微处理器连接；所述第一电容的第一端分别连接输入的正端VIN和第三开关元件的漏极，第一电容的第二端接地；所述第三开关元件的源极连接第一开关元件的漏极，第一开关元件的源极分别连接第二开关元件的漏极和变压器一次侧线圈的第一端，第二开关元件的源极接地；所述变压器一次侧线圈的第二端连接第二电容的第一端和第一组输出VOUT，第二电容的第二端接地；所述变压器二次侧线圈的第一端连接二极管的正极，二极管的负极连接第三电容的第一端和第二组输出VOUT1，变压器二次侧线圈的第二端连接第三电容的第二端、并接地；在所述第二电容的两端之间连接AD采样，AD采样的输出端连接微处理器。

进一步的，所述第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件采用mosfet管。

本发明所述可自主设置调节的IGBT驱动电源拓扑可以根据应用的需求，随时调节控制电源电压的大小。而通过回授，可以能将IGBT驱动电源电压值采样读取入上位机，当电源或者IGBT出现异常情况时，提高对IGBT的关断能力。同时，该拓扑中的变压器的实用，抑制的EMI，提高的电源的转换效率，同时能满足IGBT的串并联的模块化的驱动要求。

附图说明

图1为本发明所述可自主设置调节的IGBT驱动电源拓扑的示意图。

图2为变压器工作原理示意图。

图3-1为变压器二次侧和一次侧切断的工作状态示意图。

图3-2为变压器一次侧和二次侧同时流动的工作状态示意图。

图4为各部分的工作波形图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述可自主设置调节的IGBT驱动电源拓扑包括第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q4、变压器T1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和微处理器1，第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q4可以采用mosfet管，第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q4的栅极与微处理器1连接，由微处理器1控制第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q4的通断。所述第一电容C1的第一端分别连接输入的正端VIN和第三开关元件Q4的漏极，第一电容C2的第二端接地；所述第三开关元件Q4的源极连接第一开关元件Q1的漏极，第一开关元件Q1的源极分别连接第二开关元件Q2的漏极和变压器T1一次侧线圈的第一端，第二开关元件Q2的源极接地；所述变压器T1一次侧线圈的第二端连接第二电容C2的第一端和第一组输出VOUT，第二电容C2的第二端接地；所述变压器T1二次侧线圈的第一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接第三电容C3的第一端和第二组输出VOUT1，变压器T1二次侧线圈的第二端连接第三电容C3的第二端、并接地。所述第二组输出VOUT1和第一组输出VOUT的输出电压受变压器T1一二次侧线圈比例控制，第二组输出VOUT1给IGBT驱动电源，当需要不同的驱动电压时，通过微处理器1对第一开关元件Q1、第二开关元件Q2的通断占空比控制即可。当负载电源的通断可以通过第三开关元件Q4控制其输入端电源，第一组输出VOUT的采样回授，保证输出电源的精度，同时也能确保二次侧电源出现故障能让微处理器1进行关断电源输入。因此，在所述第二电容C2的两端之间连接AD采样2，AD采样2的输出端连接微处理器1。

所述变压器为驱动电源提供能量和隔离，通过对变压器、器件的不同选择，可以满足在不同功率，不同电压等级输出，同时也能满足电压回授的调节精度。本发明的mosfet器件（Q1、Q2）和变压器T1一侧构成的buck电路，通过同步整流的方案延伸，保证的传输时的效率。

本发明的工作原理为：如图2所示，一次侧工作原理和降压电路相似，但二次侧的输出电压受一侧电压的限制。其中buck电路采用同步整流的原理，上下管mosfet轮流导通。

如图3，T_ON期间，整流二极管处于反向偏置状态，因此二次侧与一次侧切断。一次侧的工作与降压稳压器类似；变压器一次侧电流线性上升。一次侧输出电压为V_pri=D×Vin。T_OFF期间，二极管处于正向偏置和导通状态，电流可以在一次侧和二次侧同时流动；但变压器中磁化电流的波形仍为三角波形，等于一次侧和二次侧绕组电流的组合，i_m=i_pri+N×i_sec；

同时，一次侧输出将钳制二次侧输出电压，V_SEC=N×V_PRI。

如图4所示，为对应各部分的工作波形。

根据磁环电流纹波推导公式：Δi_m=（V_PRI/L_PRI）×（1-D）/F_SW；其中：L_PRI=一次侧电感，D=T_on/（T_on+T_off），F_SW=开关频率。

一次侧峰值电流计算：i_m（peak）=i_m+½Δi_m=i_opri+（N×i_osec）+½Δi_m，其中：i_opri=平均一次侧输出电流，i_osec= 平均二次侧输出电流。

变压器匝数比：N_PRI / N_SEC = V1/V2。

本发明能控制IGBT的驱动电压，并能检测电压，确保驱动电源的稳定性，避免IGBT因电源问题造成的损坏，同时在电源回路中形成闭环控制。

当IGBT出现故障或者IGBT驱动器出现故障，能通过供电电源进行故障关闭，避免了受IGBT故障或者IGBT驱动器故障引起的系统的二次破坏。