一种用于压接型IGBT的驱动隔离电源的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种用于压接型igbt的驱动隔离电源。

背景技术：

驱动隔离电源主要作用是为igbt驱动板提供可靠的电能，igbt驱动板再为压接型igbt下发触发信号。随着电压源换流阀、直流断路器等设备电压等级越来越高，在压接型igbt串联时igbt的个数越来越多，每个igbt驱动板均悬浮在不同电压等级上，为保证igbt驱动板的可靠性，驱动隔离电源需要满足越来越高的绝缘隔离的性能。igbt驱动板输入功率很小，一般在3w左右，且igbt驱动板输入功率的波动很有可能影响igbt驱动板的正常工作，进而影响压接型igbt的工作，且影响igbt串联设备的可靠性，因此驱动隔离电源需具有较宽的输入电压范围及稳定的输出功率。在电压等级较高的igbt串联型换流设备中，驱动隔离电源工作环境比较恶劣，电磁干扰大，同时电源的开关频率较高，导致驱动隔离电源更易受到分布电容的影响，分布电容越大，电源效率越低，可靠性越低。

虽然现有技术中存在针对特定应用场景下的电源的相关研究，如500kv固态mark发生器igbt高电压隔离电源、变频器中的igbt驱动电源、电动汽车用电机驱动器和小功率无刷直流控制器的驱动电源，但这些驱动电源多采用简单光耦隔离输出，不存在高电位隔离功能，且目前市面中尚无压接型igbt的驱动电源的相关电路。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于压接型igbt的驱动隔离电源，设有高电位自取能电路、pwm控制电路和主体电路，其中的主体电路包括反激隔离变压器、开关电路和有源钳位电路，为压接型igbt提供简单可靠的电源。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种用于压接型igbt的驱动隔离电源，包括高电位自取能电路、pwm控制电路和主体电路；所述主体电路包括反激隔离变压器、开关电路和有源钳位电路；所述pwm控制电路包括前馈电路；

所述高电位自取能电路用于为pwm控制电路和主体电路供电；

所述pwm控制电路用于根据前馈电路产生两路pwm信号，其中一路pwm信号接入开关电路，另一路pwm信号接入有源钳位电路；

所述反激隔离变压器用于将pwm信号和驱动信号进行隔离；

所述开关电路用于将接入其中的pwm信号进行放大，并根据接入其中的pwm信号生成驱动信号；

所述有源钳位电路用于根据接入其中的pwm信号吸收igbt的尖峰电压。

所述pwm控制电路还包括过流保护电路、欠压保护电路、时钟电路和pwm控制芯片；

所述pwm控制芯片包括斜坡输入管脚、指令值输入管脚、片选管脚、欠压锁定管脚、时钟管脚、第一输出管脚和第二输出管脚。

所述前馈电路与斜坡输入管脚和指令值输入管脚相连，所述过流保护电路与片选管脚相连，所述欠压保护电路与欠压锁定管脚相连，所述时钟电路与时钟管脚相连，所述开关电路与第一输出管脚相连，所述有源钳位电路与第二输出管脚相连。

所述反激隔离变压器包括磁环、高压绕组和二极管dx；

所述磁环包括第一初级端口、第二初级端口、第一次级端口和第二次级端口，所述第一初级端口和第二次级端口为异名端，所述第二初级端口和第一次级端口为同名端。

所述第一初级端口连接高电位自取能电路，所述第二初级端口连接开关电路，所述第一次级端口连接二极管dx的正极，所述二极管dx的负极为反激隔离变压器输出电压的正极，所述第二次级端口为反激隔离变压器输出电压的负极。

所述高压绕组采用硅橡胶安装线；所述硅橡胶安装线包括导线和绝缘层；

所述硅橡胶安装线的电流密度按下式计算：

其中，je表示硅橡胶安装线的电流密度，r1表示导线的半径，r2表示绝缘层的厚度，j表示导线的电流密度。

所述开关电路包括第一mos管和限流电阻rn；

所述第一mos管的栅极与pwm控制芯片的第一输出管脚相连，同时连接限流电阻rn的第一端；所述第一mos管的源极与pwm控制电路的过流保护电路相连，同时连接限流电阻rn的第二端；所述第一mos管的漏极与反激隔离变压器的第二初级端口相连。

所述有源钳位电路包括钳位电容cp1、驱动放电电容cp2、驱动放电电阻rp、二极管dp和第二mos管；

所述第二mos管的漏极通过钳位电容cp1连接反激隔离变压器的第二初级端口；所述第二mos管的栅极通过驱动放电电容cp2连接pwm控制芯片的第二输出管脚，同时连接驱动放电电阻rp的第一端和二极管dp的阳极，所述驱动放电电阻rp的第二端和二极管dp的阴极以及第二mos管的源极均接地。

所述第一mos管为n沟道增强型mosfet，所述第二mos管为p沟道增强型mosfet。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的用于压接型igbt的驱动隔离电源设有高电位自取能电路、pwm控制电路和主体电路，其中的主体电路包括反激隔离变压器、开关电路和有源钳位电路，为压接型igbt提供简单可靠的驱动隔离电源；

本发明提供的用于压接型igbt的驱动隔离电源中的反激隔离变压器利用改进ap法进行设计，具体是将半径为r1的导线的电流密度j等效为半径为r1+r2的导线的电流密度，即等效为硅橡胶安装线的电流密度je，大大简化了压接型igbt的驱动隔离电源的结构设计，使用方便快捷；

本发明提供的用于压接型igbt的驱动隔离电源不仅具有高电位隔离功能，且填补了目前市面中无压接型igbt的驱动电源驱动隔离电源的空白。

附图说明

图1是本发明实施例中用于压接型igbt的驱动隔离电源结构图；

图2是本发明实施例中高电位自取能电路与阻容回路中的电容并联示意图；

图3是本发明实施例中pwm控制电路结构图；

图4是本发明实施例中反激隔离变压器结构图；

图5是本发明实施例中硅橡胶安装线结构图；

图6是本发明实施例中开关电路结构图；

图7是本发明实施例中有源钳位电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种用于压接型igbt的驱动隔离电源的具体结构如图1所示，其包括高电位自取能电路、pwm控制电路和主体电路；其中的主体电路包括反激隔离变压器、开关电路和有源钳位电路；其中的pwm控制电路包括前馈电路；

上述的高电位自取能电路用于为pwm控制电路和主体电路供电；

上述的pwm控制电路用于根据前馈电路产生两路pwm信号，其中一路pwm信号接入开关电路，另一路pwm信号接入有源钳位电路，将接入开关电路的pwm信号命名为第一路pwm信号，将接入有源钳位电路的pwm信号命名为第二路pwm信号；

上述的反激隔离变压器用于将第一路pwm信号和驱动信号进行隔离，同时将第二路pwm信号和驱动信号进行隔离；

上述的开关电路用于将第一路pwm信号进行放大，并根据第一路pwm信号生成驱动信号，具体过程为：若第一路pwm信号为低电平，开关电路不生成驱动信号，若第一路pwm信号为高电平，开关电路生成驱动信号；

上述的有源钳位电路用于根据第二路pwm信号吸收igbt的尖峰电压，由于igbt关断时产生了较大尖峰电压，所以当第二路pwm信号为高电平时，开关电路产生的驱动信号会驱动igbt，使igbt导通，有源钳位电路即可吸收igbt的尖峰电压。

本发明实施例提供的用于压接型igbt的驱动隔离电源的具体结构如图1所示，其主要包括高电位自取能电路、pwm控制电路和主体电路；其中的主体电路包括反激隔离变压器、开关电路和有源钳位电路；

上述的高电位自取能电路主要用于为pwm控制电路和主体电路供电，且高电位自取能电路与阻容回路中的电容并联，如图2所示。

上述的pwm控制电路输出两路pwm信号，其中一路pwm信号接入主体电路中的开关电路，另一路pwm信号接入主体电路中的有源钳位电路。

上述的pwm控制电路结构图如图3所示，其包括外围电路和pwm控制芯片，其中外围电路包括前馈电路、过流保护电路、欠压保护电路和时钟电路；

前馈电路和欠压保护电路采用功能和性能相结合的方法进行设计，首先根据功能需求设计电路元器件参数之间关系，然后根据功耗设计具体参数值，功能和性能之间取最优值。

其中的pwm控制芯片采用lm5025芯片，lm5025芯片包括斜坡输入管脚ramp、指令值输入管脚ref、片选管脚cs1、片选管脚cs2、欠压锁定管脚uvlo、时钟管脚rt、第一输出管脚out_a和第二输出管脚out_b。

上述的前馈电路与lm5025芯片的斜坡输入管脚ramp和指令值输入管ref脚相连，用于保证高电位自取能电路输出变化时主体电路输出电压稳定；

上述的过流保护电路与lm5025芯片的片选管脚cs1和片选管脚cs2相连，用于防止主体电路因过流而损坏；

上述的欠压保护电路与lm5025芯片的欠压锁定管脚uvlo相连，用于高电位自取能电路输出过低时闭锁lm5025的控制电路；

上述时钟电路与lm5025芯片的时钟管脚tr相连，为lm5025芯片提供时钟；

上述的第一输出管脚out_a与开关电路与相连，上述的第二输出管脚out_b与有源钳位电路相连，用于输出两路pwm信号。

上述主体电路中的反激隔离变压器结构图如图4所示，图4中的1表示第一初级端口，2表示第二初级端口，3表示第一次级端口，4表示第二次级端口，反激隔离变压器主要包括磁环、高压绕组和二极管dx；

其中磁环包括第一初级端口、第二初级端口、第一次级端口和第二次级端口，其中的第一初级端口和第二次级端口为异名端，其中的第二初级端口和第一次级端口为同名端；

上述的第一初级端口连接高电位自取能电路，第二初级端口连接开关电路，第一次级端口连接二极管dx的正极，二极管dx的负极为反激隔离变压器输出电压的正极，第二次级端口为反激隔离变压器输出电压的负极。

其中的高压绕组采用硅橡胶安装线，该硅橡胶安装线的结构图如图5所示，其包括导线和绝缘层；

反激隔离变压器采用改进的ap法设计，将半径为r1的导线的电流密度j等效为半径为r1+r2的导线的电流密度，即等效为硅橡胶安装线的电流密度je，je按下式计算：

其中，je表示硅橡胶安装线的电流密度，r1表示导线的半径，r2表示绝缘层的厚度，j表示导线的电流密度。

上述的开关电路结构图如图6所示，其主要包括第一mos管和限流电阻rn，该第一mos管采用n沟道增强型mosfet；

其中的n沟道增强型mosfet的栅极与pwm控制芯片的第一输出管脚相连，同时连接限流电阻rn的第一端；n沟道增强型mosfet的源极与pwm控制电路的过流保护电路相连，同时连接限流电阻rn的第二端；n沟道增强型mosfet的漏极与反激隔离变压器的第二初级端口相连。

上述的有源钳位电路结构图如图7所示，其主要包括钳位电容cp1、驱动放电电容cp2、驱动放电电阻rp、二极管dp和第二mos管；第二mos管采用p沟道增强型mosfet；

p沟道增强型mosfet的漏极通过钳位电容cp1连接反激隔离变压器的第二初级端口；p沟道增强型mosfet的栅极通过驱动放电电容cp2连接pwm控制芯片的第二输出管脚，同时连接驱动放电电阻rp的第一端和二极管dp的阳极，驱动放电电阻rp的第二端和二极管dp的阴极以及第二mos管的源极均接地。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。