一种IGBT驱动隔离电源电路的制作方法

一种igbt驱动隔离电源电路
技术领域
1.本发明涉及电源电路技术领域，特别涉及一种igbt驱动隔离电源电路。


背景技术：

2.在驱动igbt工作时，通常需要隔离的电源电路，为门极电路供电。通常需要共地的正负两个电压，正电压为15v，负电压为-5到-9v范围。
3.现有的方案一为使用闭环反激隔离变压器拓扑方案，输入电压为8-16v，副边采用双绕组输出半波整流。缺点是需要进行输出电压反馈控制，器件多，成本高；因为隔离反馈，稳定性差；源边mosfet开关电压为2倍输入电压，emc干扰大，见图1。
4.现有方案二为使用开环正激隔离变压器拓扑方案，输入电压为固定15v，副边采用双绕组输出半波整流。器件多，成本高，输出电压精度差；源边mosfet工作在一倍输入电压，emc干扰大，见图2。
5.现有方案三为使用开环推拉隔离变压器拓扑方案，输入电压为固定15v，副边采用双绕组输出全波整流或单绕组输出。采用单绕组输出时， 15v需要进行倍压整流，变压器源边两组绕组匝数相同，与副边匝比为2:1，变压器结构复杂，体积大。控制芯片需要产生固定50％占空比的信号去驱动两路mosfet，因为没有专用的芯片，需要50％占空比信号发生电路和mosfet驱动电路两部分电路，器件多，成本高；源边mosfet工作在1倍输入电压，emc干扰大，见图3。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种igbt驱动隔离电源电路，通过源边采用半桥隔离变压器拓扑，源边mosfet开关管工作在1/2输入电压下，emc干扰低、输出电压精度高、制作成本较低、稳定性好，并且具备过流过压保护功能，在电路工作异常时，及时关断或重启，提供故障保护的功能。
7.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
8.一种igbt驱动隔离电源电路，包括控制器芯片电路、电压输入电路、变压器电路及电压输出电路，所述电压输出电路分别与所述控制器芯片电路及变压器电路电连接，所述变压器电路与所述电压输出电路电连接。
9.优选地，所述控制器芯片电路包括buck控制器芯片u1、晶体管q1及晶体管q2，所述晶体管q1的栅极与buck控制器芯片u1的tg引脚连接，所述晶体管q2的栅极与buck控制器芯片u1的bg引脚连接，所述晶体管q1的源极及晶体管q2的漏极均与buck控制器芯片u1的sw引脚连接，所述晶体管q2的源极接地。
10.优选地，所述电压输出电路包括二极管d1、电容c1、电容c2及电容c3，所述二极管d1的阳极、晶体管q1的漏极及电容c2的一端均与所述buck控制器芯片u1的vcc引脚连接，所述二极管d1的阴极及电容c1的一端均与buck控制器芯片u1的boost引脚连接，所述电容c1的另一端与所述晶体管q1的源极连接，所述电容c2的另一端经电容c3接地。
11.优选地，所述变压器电路包括变压器t1、电阻r1及电阻r2，所述晶体管q1的源极与变压器t1源边的一端连接，所述电容c2的另一端及电阻r1的一端均与变压器t1源边的另一端连接，所述电阻r1的另一端及电阻r2的一端均与所述buck控制器芯片u1的fb引脚连接，所述电阻r2的另一端接地。
12.优选地，所述电压输出电路包括电容c4、电容c5、电容c6、二极管d2、二极管d3及二极管d4，所述电容c4的一端及二极管d2的阴极均与所述变压器t1副边的一端连接，所述二极管d3的阳极及二极管d4的阴极均与电容c4的另一端连接，所述二极管d3的阴极与电容c5的一端连接，所述电容c5的另一端、电容c6的一端及二极管d4的阳极均与所述变压器t1副边的另一端连接，所述电容c6的另一端与二极管d2的阳极连接。
13.优选地，所述二极管d1的阳极、晶体管q1的漏极、电容c2的一端及buck控制器芯片u1的vcc引脚均连接 15v输入电压，所述二极管d3的阴极连接 15v输出电压，所述二极管d2的阳极连接-7.5v输出电压。
14.采用上述技术方案，本发明提供的一种igbt驱动隔离电源电路，具有以下有益效果：通过在变压器电路源边采用半桥隔离变压器拓扑，源边mosfet开关管工作在1/2输入电压下，emc干扰低、输出电压精度高、稳定性好，并且通过控制器芯片电路实现反馈保护功能，具备过流过压保护功能，在电路工作异常时，及时关断或重启，提供故障保护的功能；整个电路器件数量较少，器件通用，制作成本低。
附图说明
15.图1为本发明中使用闭环反激隔离变压器拓扑方案的电路原理图；
16.图2为本发明中使用开环正激隔离变压器拓扑方案的电路原理图；
17.图3为本发明中使用开环推拉隔离变压器拓扑方案的电路原理图；
18.图4为本发明的电路原理图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
20.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
22.如图4所示，在本发明的电路原理图中，该igbt驱动隔离电源电路包括控制器芯片电路、电压输入电路、变压器电路及电压输出电路，该电压输出电路分别与该控制器芯片电
路及变压器电路电连接，该变压器电路与该电压输出电路电连接。可以理解的，该控制器芯片电路包括buck控制器芯片u1、晶体管q1及晶体管q2，该晶体管q1的栅极与buck控制器芯片u1的tg引脚连接，该晶体管q2的栅极与buck控制器芯片u1的bg引脚连接，该晶体管q1的源极及晶体管q2的漏极均与buck控制器芯片u1的sw引脚连接，该晶体管q2的源极接地；该电压输出电路包括二极管d1、电容c1、电容c2及电容c3，该二极管d1的阳极、晶体管q1的漏极及电容c2的一端均与该buck控制器芯片u1的vcc引脚连接，该二极管d1的阴极及电容c1的一端均与buck控制器芯片u1的boost引脚连接，该电容c1的另一端与该晶体管q1的源极连接，该电容c2的另一端经电容c3接地；该变压器电路包括变压器t1、电阻r1及电阻r2，该晶体管q1的源极与变压器t1源边的一端连接，该电容c2的另一端及电阻r1的一端均与变压器t1源边的另一端连接，该电阻r1的另一端及电阻r2的一端均与该buck控制器芯片u1的fb引脚连接，该电阻r2的另一端接地；该电压输出电路包括电容c4、电容c5、电容c6、二极管d2、二极管d3及二极管d4，该电容c4的一端及二极管d2的阴极均与该变压器t1副边的一端连接，该二极管d3的阳极及二极管d4的阴极均与电容c4的另一端连接，该二极管d3的阴极与电容c5的一端连接，该电容c5的另一端、电容c6的一端及二极管d4的阳极均与该变压器t1副边的另一端连接，该电容c6的另一端与二极管d2的阳极连接；该二极管d1的阳极、晶体管q1的漏极、电容c2的一端及buck控制器芯片u1的vcc引脚均连接 15v输入电压，该二极管d3的阴极连接 15v输出电压，该二极管d2的阳极连接-7.5v输出电压。
23.具体地，本发明使用开环半桥隔离变压器拓扑方案，输入电压固定15v，变压器副边采用单绕组输出，正电压采用2倍压半波整流，负电压采用半波整流方式。源边半桥采用一颗通用的同步buck控制器芯片，驱动两颗mosfet。变压器原副边匝数比为1:1，副边产生-7.5v和15v两个电压。通用同步buck控制器芯片工作在电压反馈控制输出状态，使其输出pwm占空比固定在50％附近。
24.可以理解的，基于本发明电路，使用一个50％占空比发生电路和一个半桥驱动芯片，替代本发明电路中的通用同步buck控制芯片电路，其余条件不变的情况下，也可以输出 15v和-7.5v电压，但电路复杂，成本高，由于是分立电路搭建，电路可靠性低。没有过压过流保护功能，在源边电压波动的时候，副边两路电压同时跟随波动，-7.5v电压不能稳定。可以使用专用半桥电源控制芯片auir2085s，替代本发明中的同步buck控制器芯片u1，其余条件不变的情况下，也可以输出 15v和-7.5v电压，但目前该类芯片仅英飞凌一家生产，售价昂贵，使用的客户少，生产交期长。同时在源边电压波动的时候，副边两路电压同时跟随波动，-7.5v电压不能稳定。
25.可以理解的，本发明通过将电容c2和电容c3的中间的电压设置为输入电压的一半，用r1和r2分压中间点，连接到u1的fb引脚，作为buck控制器芯片u1的反馈控制输入电压，利用变压器t1的源边线圈，作为同步buck电路(即控制器芯片电路)的电感。电容c2电容量等于电容c3，利用buck电路工作原理，当输出电压等于输入电压一半时，输出占空比为50％。当输入电压升高时，输出占空比减小；输入电压降低时，输出占空比增加。因此，输入电压在15v附近波动，输出占空比在50％附近波动，同时电容c2和电容c3中间点的电压不变。本发明为变压器t1的源边线圈作为同步buck电路的电感；利用电容c2和电容c3连接的中间点电压，作为buck芯片控制的反馈电压，使buck芯片的输出占空比稳定在50％附近；利用同步buck芯片u1，mosfet开关管q1(即晶体管q1)、mosfet开关管q2(即晶体管q2)、电容
c2、电容c3、变压器t1组成了能够同时满足同步buck工作电源电路和半桥隔离开管电源电路的工作方式。
26.可以理解的，本发明设计合理，构造独特，具有以下优点：1、本发明源边采用半桥隔离变压器拓扑，源边mosfet开关管工作在1/2输入电压下，emc干扰低；2、本发明采用一颗通用的同步buck控制芯片，驱动2个mosfet，隔离变压器源边和副边各一个绕组，整个电路器件数量少，器件通用，器件的单价低，总系统成本低；3、本发明在源边电压 -1.5v波动范围内,使变压器副边电压 15v稳定在15 -1.5v，-7.5v电压稳定输出-7.5v，满足igbt驱动所需要的安全关断负电压要求。利用buck芯片的反馈保护功能，具备过流过压保护功能，在电路工作异常时，及时关断或重启，提供故障保护的功能。
27.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。