一种双管串联反激式开关电源驱动电路及开关电源的制作方法

1.本实用新型涉及一种反激式开关电源的驱动电路，特别涉及一种双管串联反激式开关电源驱动电路及开关电源。


背景技术：

2.反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流脉冲电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。
3.在反激式开关电源产品中，如果母线电压较高，开关管不能选用mos管，而应选用igbt，因为igbt的电压等级高于mos管。目前igbt电压等级在1700v及以下的比较成熟可靠、种类齐全，但是只适用于1200v以下母线电压，在母线电压超过1200v的反激式开关电源技术领域，由于受限于igbt电压等级限制、选型困难、也造成了成本的上升，因此很多研发人员在尝试使用igbt双管串联分压形式来适应较高的母线电压。igbt双管串联应用的关键是确保在两个igbt在开关动态和工作稳态时的电压均衡，因此对其驱动电压的一致性要求比较高，大大增加了设计的难度。另外，igbt双管串联一般应用在母线电压较高的场合，需要进行驱动隔离，驱动的隔离技术主要是把前级驱动信号与后级的高压进行电气隔离，达到安全标准，增强系统可靠性，现有的产品很难达到需求。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种双管串联反激式开关电源驱动电路及开关电源。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：
6.本实用新型一种双管串联反激式开关电源驱动电路，包括电源控制器、功放电路、驱动隔离电路和igbt双管串联电路，其中，
7.所述电源控制器和所述功放电路通过所述驱动隔离电路与所述igbt双管串联电路连接；
8.所述电源控制器的芯片u1通过所述功放电路的电阻rb输出pwm信号至所述功放电路的功放芯片u2，所述功放芯片u2的out引脚连接有电容c1，所述功放芯片u2的一端接地；
9.所述功放电路包括功放芯片u2、电容cbias、电容cdrv、电阻r和所述电阻rb，其中，
10.所述电源控制器的芯片u1与所述功放电路的功放芯片u2之间并联、并且并联有所述电容cbias，所述电源控制器芯片u1的vcc脚与所述功放芯片u2的vcc脚之间串联有所述电阻r，所述功放芯片u2的vcc脚连接有所述电容cdrv，所述电容cdrv的一端接地；
11.所述驱动隔离电路包括电容c1、隔离变压器t1、稳压管z1a、稳压管z1b、稳压管z2a、稳压管z2b、二极管d1、二极管d2、三极管qoff1、三极管qoff2、电阻rg1、电阻rg2、电阻rge1和电阻rge2，其中，
12.所述隔离变压器t1连接所述igbt双管串联电路的q1和q2，
13.所述功放电路与所述驱动隔离电路之间设置有电容c1，所述电容c1的一端接地；
14.所述igbt双管稳压电路包括q1及与所述q1串联的q2。
15.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述驱动隔离电路包括第一隔离电路和第二隔离电路；
16.所述隔离变压器t1形成有与第一隔离电路对应的第一驱动电压drive v1、与第二隔离电路对应的第二驱动电压drive v2，其中，
17.所述第一隔离电路包括与所述q1之间并联的稳压管z1a、稳压管z1b、三极管qoff1和电阻rge1，
18.所述第一隔离电路连接所述q1的引脚g和引脚e，
19.所述第一隔离电路与所述q1的引脚g之间串联有二极管d1和所述电阻rg1；
20.所述第二隔离电路包括与所述q2之间并联的稳压管z2a、稳压管z2b、三极管qoff2和电阻rge2，
21.所述第二隔离电路连接所述q2的引脚g和引脚e，
22.所述第二隔离电路与所述q2的引脚g之间串联有二极管d2和所述电阻rg2；
23.所述二极管d1安装于所述三极管qoff1的b极和e极之间，所述三极管qoff1的c极连接于所述第一隔离电路与所述q1的引脚e之间的连接线上；
24.所述二极管d2安装于所述三极管qoff2的b极和e极之间，所述三极管qoff2的c极连接于所述第二隔离电路与所述q2的引脚e之间的连接线上；
25.所述第二隔离电路的一端接地；
26.所述隔离变压器t1包括原边n1、副边n2和副边n3，其中，
27.所述副边n2与所述第一隔离电路连接，
28.所述副边n3与所述第二隔离电路连接。
29.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述电源控制器的芯片u1包括pwm专用芯片、dsp芯片、arm芯片或fpga芯片中的一种或多种。
30.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述igbt双管串联电路连接至反激变压器t2，其中，
31.所述q1与所述反激变压器t2的引脚2串联，所述反激变压器的引脚1连接母线电压的正极。
32.本实用新型还提供了一种双管串联反激式开关电源，具有前述的驱动电路。
33.本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型驱动电路的驱动信号的传递以及副边驱动电压的建立都共用一个变压器，大大简化了驱动电路结构，驱动绝缘距离有效保障，优化了pcb的上的设计，节省了成本；使igbt双管串联电路驱动电压一致性的同时，兼顾了隔离前级驱动信号与后级高压，使驱动信号的关联电路安全可靠；较好的实现igbt双管串联时可以同步开通、同步关断，进而实现igbt双管串联的分压，使普通的igbt串联后可以承受高于1200v的母线电压应力，拓宽了igbt选型范围，降低了成本以及设计难度，提升了电路的使用可靠性；可以适用于母线电压较高的光伏发电系统、电动车充电系统、电力储能系统及高压变频系统等；单管igbt只需承受大约一半的尖峰电压，在母线电压高且可靠性要求较高的系统中，使用该电路可以达到高等级的降额设计要求，从而满足系统提出的高可靠性要求。
附图说明
34.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
35.图1是本实用新型的双管串联反激式开关电源驱动电路框图；
36.图2是本实用新型电源控制器和功放电路原理图；
37.图3是本实用新型的驱动隔离电路和igbt双管串联电路原理图。
具体实施方式
38.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
39.实施例1
40.如图1至3所示，本实用新型提供一种双管串联反激式开关电源驱动电路及开关电源，包括电源控制器、功放电路、驱动隔离电路和igbt双管串联电路，其中，
41.电源控制器和功放电路通过驱动隔离电路与igbt双管串联电路连接；
42.电源控制器的芯片u1通过功放电路的电阻rb输出pwm信号至功放电路的功放芯片u2，具体的，pwm信号由电源控制器的芯片u1的out引脚输出，该信号经电阻rb传送给功放芯片u2，功放芯片u2对pwm信号进行增强后由功放芯片u2的out脚输出信号drive signal；
43.驱动隔离电路包括第一隔离电路和第二隔离电路；隔离变压器t1形成有与第一隔离电路对应的第一驱动电压drive v1、与第二隔离电路对应的第二驱动电压drive v2，其中，第一隔离电路包括与q1之间并联的稳压管z1a、稳压管z1b、三极管qoff1和电阻rge1，第一隔离电路连接q1的引脚g和引脚e，第一隔离电路与q1的引脚g之间串联有二极管d1和电阻rg1；
44.第二隔离电路包括与q2之间并联的稳压管z2a、稳压管z2b、三极管qoff2和电阻rge2，第二隔离电路连接q2的引脚g和引脚e，第二隔离电路与q2的引脚g之间串联有二极管d2和电阻rg2；
45.二极管d1安装于三极管qoff1的b极和e极之间，三极管qoff1的c极连接于第一隔离电路与q1的引脚e之间的连接线上；二极管d2安装于三极管qoff2的b极和e极之间，三极管qoff2的c极连接于第二隔离电路与q2的引脚e之间的连接线上；第二隔离电路的一端接地。
46.功放芯片u2输出的信号drive signal经电容c1传送到隔离变压器t1初级，与此同时隔离变压器t1的次级便形成了2个同步的驱动电压，即隔离变压器t1形成有第一驱动电压drive v1和第二驱动电压drive v2；功放芯片u2的out引脚连接有电容c1，功放芯片u2的一端接地；
47.功放电路包括功放芯片u2、电容cbias、电容cdrv、电阻r和电阻rb，功放电路用于对驱动信号与后级高压进行隔离，其中，
48.电源控制器的芯片u1与功放电路的功放芯片u2之间并联、并且并联有电容cbias，电源控制器芯片u1的vcc脚与功放芯片u2的vcc脚之间串联有电阻r，功放芯片u2的vcc脚连接有电容cdrv，电容cdrv的一端接地；
49.驱动隔离电路包括电容c1、隔离变压器t1、稳压管z1a、稳压管z1b、稳压管z2a、稳
压管z2b、二极管d1、二极管d2、三极管qoff1、三极管qoff2、电阻rg1、电阻rg2、电阻rge1和电阻rge2，其中，
50.隔离变压器t1连接igbt双管串联电路的q1和q2，
51.功放电路与驱动隔离电路之间设置有电容c1，电容c1的一端接地；
52.隔离变压器t1包括原边n1、副边n2和副边n3，其中，
53.副边n2与所述第一隔离电路连接，
54.副边n3与所述第二隔离电路连接。
55.igbt双管稳压电路包括q1及与q1串联的q2，为主功率回路的开关管，本实施例中的电路可以控制其同步开通、同步关断。
56.二极管d1和电阻rg1连接至q1的引脚g和引脚e，如果电源控制器输出的驱动信号为开通脉冲，那么第一驱动电压drive v1为正脉冲驱动电压，由稳压管z1a实现稳压，然后经二极管d1、电阻rg1传送到q1的引脚g、e两端，igbt双管串联电路的q1导通，由于第一驱动电压drive v1和第二驱动电压drive v2同步形成且驱动隔离电路完全相同，因此igbtt双管串联电路的q2同步导通。
57.三极管qoff1和电阻rg1连接q1的引脚g和引脚e，如果电源控制器输出的驱动信号为关断脉冲，那么第一驱动电压drive v1为负脉冲驱动电压，由稳压管z1b实现稳压，然后经三极管qoff1、电阻rg1传送到igbt双管串联电路的q1的引脚g、e两端，igbt双管串联电路的的q1关断。由于第一驱动电压drive v1和第二驱动电压drive v2同步形成且驱动隔离电路完全相同，因此igbtt双管串联电路的q2同步关断，实现igbt双管串联的分压功能。
58.电源控制器的芯片u1包括pwm专用芯片、dsp芯片、arm芯片或fpga芯片中的一种或多种，用于提供、调节和关闭驱动信号。
59.igbt双管串联电路连接至反激变压器t2，其中，q1与反激变压器t2的引脚2串联，反激变压器的引脚1连接母线电压的正极。
60.具体的，电源控制器和功放电路通过驱动隔离电路与igbt双管串联电路连接；电源控制器的芯片u1通过功放电路的电阻rb输出pwm信号至功放电路的功放芯片u2，具体的，pwm信号由电源控制器的芯片u1的out引脚输出，该信号经电阻rb传送给功放芯片u2，功放芯片u2对pwm信号进行增强后由功放芯片u2的out脚输出信号drive signal，功放芯片u2与驱动隔离电路的电容c1相连接，其中，电容c1连接至驱动隔离电路的隔离变压器t1，功放芯片u2输出的信号drive signal经电容c1传送到隔离变压器t1初级，与此同时隔离变压器t1的次级便形成了2个同步的驱动电压，即隔离变压器t1形成有第一驱动电压drive v1和第二驱动电压drive v2；二极管d1和电阻rg1连接至q1的引脚g和引脚e，如果电源控制器输出的驱动信号为开通脉冲，那么第一驱动电压drive v1为正脉冲驱动电压，由稳压管z1a实现稳压，然后经二极管d1、电阻rg1传送到q1的引脚g、e两端，igbt双管串联电路的q1导通，由于第一驱动电压drive v1和第二驱动电压drive v2同步形成且驱动隔离电路完全相同，因此igbtt双管串联电路的q2同步导通。三极管qoff1和电阻rg1连接q1的引脚g和引脚e，如果电源控制器输出的驱动信号为关断脉冲，那么第一驱动电压drive v1为负脉冲驱动电压，由稳压管z1b实现稳压，然后经三极管qoff1、电阻rg1传送到igbt双管串联电路的q1的引脚g、e两端，igbt双管串联电路的的q1关断。由于第一驱动电压drive v1和第二驱动电压drive v2同步形成且驱动隔离电路完全相同，因此igbtt双管串联电路的q2同步关断，实现
igbt双管串联的分压功能。
61.本实用新型驱动电路的驱动信号的传递以及副边驱动电压的建立都共用一个变压器，大大简化了驱动电路结构，驱动绝缘距离有效保障，优化了pcb的上的设计，节省了成本；使igbt双管串联电路驱动电压一致性的同时，兼顾了隔离前级驱动信号与后级高压，使驱动信号的关联电路安全可靠；较好的实现igbt双管串联时可以同步开通、同步关断，进而实现igbt双管串联的分压，使普通的igbt串联后可以承受高于1200v的母线电压应力，拓宽了igbt选型范围，降低了成本以及设计难度，提升了电路的使用可靠性；可以适用于母线电压较高的光伏发电系统、电动车充电系统、电力储能系统及高压变频系统等；单管igbt只需承受大约一半的尖峰电压，在母线电压高且可靠性要求较高的系统中，使用该电路可以达到高等级的降额设计要求，从而满足系统提出的高可靠性要求。
62.实施例2
63.一种双管串联反激式开关电源，具有实施例1中的驱动电路，可以实现更简化的驱动电路结构，有效的保障了驱动绝缘距离，降低了成本；驱动信号的关联电路安全可靠；较好的实现igbt双管串联时可以同步开通、同步关断，进而实现igbt双管串联的分压；可以适用于母线电压较高的光伏发电系统、电动车充电系统、电力储能系统及高压变频系统等；单管igbt只需承受大约一半的尖峰电压，在母线电压高且可靠性要求较高的系统中，使用该开关电源可以达到高等级的降额设计要求，从而满足系统提出的高可靠性要求。
64.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。