IGBT全桥逆变隔离驱动辅助电源的设计全桥逆变隔离驱动辅助电源的设计
全桥逆变电路作为大功率变换器的主要拓扑形式,其功率开关管工作的可靠性对电路的稳定运行具有关键性的
作用。针对高压电源IGBT全桥逆变主电路专用驱动模块M57962L隔离供电的问题,设计了具有11绕组,9路隔
离输出的反激式开关电源。详细介绍了反激变压器的设计方法以及基于三端集成稳压器TL431与线性光耦PC817
的二阶环路补偿网络,包括磁芯的选取、匝数、线径、原边电感、气隙的计算以及环路补偿网络的理论分析与
Saber仿真分析。仿真分析与样机测试结果表明:该电路设计有效,输出电压稳定,纹波小于100 mV,负载调
整率高,在驱动源头上解决了IGBT运行的可靠性问题。
0 引言引言
近年来,随着电力电子技术的不断发展,特种电源技术也得到飞速发展。高压电源作为特种电源的一种,在医学、环境
学、航空航天以及电信等领域也发挥着越来越重要的作用
[1-3]
。目前,大功率直流高压电源普遍采用全桥逆变电路实现低频交
流向高频交流的转换,从而降低变压器的体积,提高电源效率。IGBT由于其兼备场效应管易于驱动、控制简单、开关频率高
的优势与BJT双极型器件低饱和压降、容量大的特点,被广泛应用于大功率全桥逆变电路中。然而,IGBT存在关断电流拖尾
现象
[4]
,处理不当很容易造成器件击穿。为了保证IGBT可靠关断,通常采用IGBT专用驱动模块,实现IGBT负压关断,保证全
桥逆变电路的安全运行。
全桥逆变电路中,四个IGBT驱动电路不全共地,为了保证驱动电路工作的一致性,需要四组隔离电源分别为驱动电路供
电。鉴于反激式开关电源具有电路拓扑简单,输入输出电气隔离、能够高效提供多路直流输出的特点,本文以单端反激变换器
为主电路,采用峰值电流型PWM控制芯片UC3845设计了一种实用新型的11绕组,9路直流隔离输出的开关电源。
1 辅助电源设计要求辅助电源设计要求
M57962L作为IGBT专用栅极驱动器
[5]
,模块采用正负双电源供电(+15 V与-10 V),图1为采用M57962L的IGBT驱动电路设
计。
为实现全桥电路四个IGBT专用驱动模块的隔离供电,辅助电源采用反激式开关稳压电源设计,具体设计指标如下:
(1)输入:220 V AC,电压波动±20%;
(2)输出:4路IGBT驱动隔离供电输出(+15 V/0.5 A,-10 V/0.5 A),1路控制电路供电输出(+12 V/1.5 A),1路辅助绕组输出
(+15 V)用于PWM控制芯片供电,输出电流较小,参数计算可忽略。
(3)工作频率:65 kHz;输出功率:68 W;工作效率≥85%。
2 硬件电路设计硬件电路设计
反激式开关电源设计主要包括以下几个部分:EMI滤波与全波整流、RCD箝位吸收、高频变压器设计、环路反馈调节以及
PWM控制芯片外围电路设计,下面进行详细阐述。
2.1 硬件电路结构与工作原理硬件电路结构与工作原理
图2为所设计的IGBT隔离驱动辅助电源的整体电路图。上电后,220 V工频交流电经过EMI滤波、全波整流和滤波电容C3、
C4后得到310 V左右的直流;310 V直流电通过启动电阻R
start
对电容C23充电,当电压上升至门槛电压(8.4 V)时,UC3845
开始工作;然后由反馈绕组供电,电压维持在+15 V左右。+12 V输出绕组两端的电压通过PC817与TL431构成的环路补偿网
络将输出电压反馈信号输入到UC3845的反馈端(VFB端)。UC3845根据副边输出电压反馈信号与原边输入电流采样信号调
节PWM输出信号的占空比,从而实现开关电源的稳压输出。
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