文章列表
联系我们 产品咨询

联系人:吴海丽
电话:0755-2349 0212
手机:157-1205-5037
邮箱:tel-sherry@foxmail.com
地址:广东省深圳市龙华新区民治街道向南四区松花大厦
点击这里给我发消息

一种IGBT电路专用驱动电源??樯杓品桨?/h1>
作者:海飞乐技术 时间:2018-05-23 13:43

  在航空领域的实际应用中,需要一款输入、输出隔离,输入28 V,输出+15 V和-8V的电源??槲猯GBT驱动芯片供电。该电源的平均工作电流约为100 mA左右,但由于IGBT 工作在一个持续开关的状态,在开关的瞬间会在+15 V和-8V输出端形成尖峰电流,其尖峰电流包括过冲电流和IGBT的反濯电流,且随着IGBT输出功率增加,尖峰电流会变大,这就要求所设计的电源有极好的带瞬态负载的能力,同时考虑到整机工作的电磁环境的恶劣程度,要求该电源具有较强的抗电磁干扰的能力。
  本文着重分析IGBT驱动电路的实际工作原理,提出了一种供电电源的合理解决方案,进行了设计及制作,并给出了采用厚膜混合集成技术制作的输入28V,输出+15V/0.17A,-8V/0.17A的开关电源??榈氖挡獠问?。
  电源参数要求:
  输入电压:16~40V;
  输出电压/电流:-8V/17o0mA,+15V/170mA;
  输出纹波电压:≤50 mV
  电压调整率:≤1%
  电流调整率:≤1%
  效率(典型值):≥72%
  温度系数:≤0.02%/℃
  启动延迟:≤80 ms
  启动过冲:≤500 mV
  负载故障恢复时间: ≤50 ms
  负载瞬变时输出电压变化(峰值): ≤4%
  过冲恢复时间: ≤500µs
  工作频率:400~600 kHz
  绝缘电阻:(750VDC)≥100 MΩ
  工作温度:-55℃~125℃
  存储温度:-55℃~125℃
  外形尺寸:25.0 mm×20.4 mmx9.0mm
 
    2. 电源整体方案
    为了满足航空产品对产品环境可靠性的高要求,产品的工作温度范围为-55℃~125℃。电源产品采用厚膜混合集成电路工艺制造,电路的导体和电阻印刷在陶瓷基板上,除电容和光耦外均选用裸芯片、裸芯片最高结温达175℃,可满足电路宽温范围的要求,产品采用全密封金属外壳,散热良好,密封性能好,经过综合设计,电源??榭晒ぷ髟?55℃~125℃,工作可靠性高。
  电路方案上,考虑到整机对产品体积最小化的要求,采用单端反激拓扑+三端稳压器稳压的结构。
  单端反激式拓扑的基本原理是电源中的开关管为单管,当开关管导通时变压器的一次侧电感线圈储存能量,与变压器二次侧相连的整流二极管处于反偏状态,整流二极管截止,在变压器二次侧无电流流过,即没有能量传递给负载当开关管关断时,变压器二次侧电感线圈中的电压极性反转,整流二极管导通,给输出电容充电并向负载提供能量。电流型DC/DC变换器电路在负载调整率、电压调整率、负载瞬态响应以及独特、简单的“打嗝”式的短路?;し绞降确矫嬗庞诘缪剐屯仄私峁沟奶氐?。
  电流型反激拓扑电路框图如图1所示,电路主要由PWM控制器、变压器、主开关、输出整流、取样反馈、振荡、斜率补偿、输入欠压?;?、供电等部分组成。

图1 单端反叛电路原理图 
图1 单端反叛电路原理图
 
  电源??榈牡缏房蛲既缤?所示。其主路+15V输出采用单端反激拓扑来实现,-8V采用三
端稳压器稳压输出,这种电路结构既能实现电路功能,又能最大限度的缩小体积,满足整机小型化的要求。
图2  电路原理框图 
 
  
  3. IGBT驱动电路工作原理分析
  IGBT的驱动电路如图3所示,该电源??榧任狪GBT门极驱动电路供电,同时也为驱动芯片U1的一次侧供电。IGBT控制信号通过驱动芯片U1驱动IGBT,控制信号由芯片的一次侧(即输入端,IN+、IN-)输入,由芯片的二次侧(即输出端OUT)输出,该芯片内部有隔离功能。驱动电源??槲酒尾嗉翱匦藕欧糯蟮缏饭┑?。由于控制信号是开关信号,信号放大电路的上下两个三极管VT1、VT2交替工作,故驱动电源??榈?15 V和-8V两路输出不同时工作。IGBT的门极开关信号(即G_UT和GND_UT之间)控制IGBT功率管工作时,需要一定的电流,故在驱动电源+15V和-8V输出端并联电容(C3-C8),要求电源驱动??榫哂幸欢ǖ某械H菪愿涸氐哪芰?。
图3 IGBT驱动电路图 
图3 IGBT驱动电路图
 
  该电源??榈母涸靥匦匀缤?所示,在IGBT开启的瞬间,+15 V端的负载瞬态电流可达2.3 A,IGBT关断的瞬间-8V端负载瞬态电流可达2.5 A,反映到??榈氖涑龅缪股?,则会出现一定幅度的电压波动,理论上要求这种波动越小越好。当15V路电压低于12V或超过20 V都会影响到lGBT驱动芯片正常工作。-8V路电压低于-6V则会使IGBT关断时间加长,关断损耗加大。
图4  电源??榈母涸靥匦? src= 
图4  电源??榈母涸靥匦?/span>
  实际扑捉到的+15 V电压波动情况如图5所示,其波动电压的峰峰值约为1V左右,即14 V~
16 V,波动幅度不影响IGBT驱动芯片正常供电。
图5  +15V供电电压波动图 
图5  +15V供电电压波动图
 
  4. 供电电源解决方案
  针对IGBT工作的实际特点,供电电源??樾枰饩鲆韵铝礁龇矫娴奈侍?。
  (1)增大电源??槭涑龉β试A?br />   如图4所示,lGBT在开关的瞬间,+15V和-8V路端感应到瞬态尖峰电流值最高达2.5 A,约为稳态输出电流的15倍,因此需要增加电源??榇蔡涸氐哪芰?。
  该电源??榈亩疃ㄊ涑龉β式鑫? W左右,但我们按输出功率10W来设计,防止IGBT工作时产生的瞬态尖峰电流将电源??槌寤骰?。表1给出了输出功率4W和10 W的两种设计方案,可见,按输出功率10W设计,电源??榈淖恍侍岣叩?0%,常温下温升仅为32℃,经整机测试,电源??槟艹な奔涞某惺芩蔡缌鞯某寤?。
表1 两种输出功率方案对照表
两种输出功率方案对照表

 
  (2)提高电源??榛仿废煊λ俣?br />   本电源采用的脉宽调制器UCC1800是电流型PWM电源??榈目仄德噬杓莆?00kHz左右,是IGBT开关频率的四倍,这样当输出电流瞬变引起输出电压波动时,电源??槟苎杆偌觳獾秸庵直浠?,并迅速作出反应,稳定输出电压。此外电源的输出电压采样电路采用TL431作为基准源,适当减小串接在TL431的R极和K极之间的电容值,也能提高环路响应速度,本电路选取该电容容量值为0. 01uF。
  表2给出了不同开关频率下+15 V路电压波动幅度的对比表??杉桨敢缓头桨溉牟ǘ鹊?,但是考虑到转换效率因索,优选开关频率为400 kHz。
表2  不同开关频率下+15 V路电压波动幅度的对比表
不同开关频率下+15 V路电压波动幅度的对比表

 
  5. 电源??榈牡绱偶嫒萆杓?/strong>
  IGBT电路的输出功率可高达上万瓦,大功率电路工作时会对周围电路产生很强的电磁干扰,最严重的情况会引起电源??樽约?,因此,除了考虑电源??榈乃蔡啬芰χ?,要求我们的电源??榫哂泻芮康目沟绱鸥扇拍芰?。
  开关电源的EMC设计,主要是抑制干扰源,干扰源集中在开关电路与输出整流电路。我们采用了滤波、布线、屏蔽、接地、密封等技术抑制干扰源。
  良好的布局和布线技术是抑制干扰源的一个重要手段。在器件布置方面,对高频大电流回路采用粗和短的布线;输入与输出无交叉布线;信号地与功率地分开设计,采用单点接地方式公共地线尽可能加粗。去耦电容尽量靠近芯片的电源引脚和地线引脚采用低ESR(等效中联电阻)的电容滤波。
  变压器采用罐状磁芯,其电磁屏蔽效果佳。为抑制从变压器次级传递到初级的电磁干扰,在初级和次级绕组间增加一层屏蔽层,并将屏蔽层接外売。
  封装上采用10#钢材料作为产品的外壳,10#钢具有良好的散热性也具有很好的屏蔽效果,具有很好的屏蔽作用。
 
  6. 实际测试参数
  输入电压:16~40V;
  输出电压/电流:-8V/170 mA,+15V/170mA;
  输出纹波电压峰-峰值:≤50mV;
  电压调整率:0.02%;
  电流调整率:0.03%;
  效率(典型值):80%;
  温度系数:0.002%/℃;
  启动延迟:2 µs;
  启动过冲:0 V;
  负载故障恢复时间:1ms;
  负载瞬变时输出电压变化(峰值):1%;
  过冲恢复时间:20 µs;
  工作频率:420kHz。
 
  7. 结束语
  本文通过对IGBT驱动电路工作原理的分析,总结了驱动电源??榈母涸靥匦院凸ぷ魈氐?,并具体给出了一种实用的驱动电源??榈暮侠斫饩龇桨?,从电源??榈氖导适褂们榭隼纯?,电压波动小,:动态响应快,能满足IGBT驱动电路对电源??榈奶厥庖?。该电源??楣ひ?、结构设计、元器件选用合理,能满足航空产品对电源??榈母呖煽啃砸?。由于IGBT电路在军、民用大功率应用环境中的大量推广和采用,该驱动电源??榈挠τ们熬胺浅9憷?。




上一篇:单正向栅驱动IGBT简化驱动电路
下一篇:IGBT驱动电路及逐波限流?;ぜ际?/a>

欧洲杯买球app