一種igbt驅動用的隔離電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及IGBT技術領域，尤其涉及一種IGBT驅動用的隔離電源。
【背景技術】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)廣泛應用于新型的電力電子變換領域，例如光伏、風力發電、變頻以及電動汽車等熱門行業都能見到IGBT在其中發揮非常重要的作用。在工業領域使用大功率的IGBT (額定電流大于100A)開關元件，由于IGBT本身米勒電容的存在，容易出現誤導通以及關斷不迅速的情況。
[0003]IGBT的關斷電壓一般為負電壓(-15V?-5V)，為了讓IGBT更快速的關斷，并且不會有誤開通的情況發生，目前通常采用以下幾種方式來提供IGBT的驅動電源:
[0004]I)采用正負獨立電源單獨給IGBT驅動電路供電。例如分別采用±15V的電源模塊給IGBT驅動作為供電電源，即需要兩路電源給一個IGBT驅動供電，購買此類電源模塊成本高，而自行設計太過復雜；
[0005]2)米用一個電源，通過穩壓來分出正負電壓給IGBT驅動電路供電。如圖1所不，輸入電源Vin先經過一個線性穩壓芯片來得到一個穩定的總電壓，再通過電阻R與穩壓二極管D得出想要的正負電壓V+’和V-’。此種方式中，線性穩壓芯片以及穩壓二極管D都會消耗一定的功率導致電源效率較低，另一方面線性穩壓芯片以及穩壓二極管D的散熱也是一個需要克服的問題，通常需要占據較大的電路板面積以解決散熱問題。
【發明內容】
[0006]本發明的主要目的在于根據IGBT驅動所需電源的特點(對導通電壓值要求較高，對關斷電壓值要求較低)提出一種只需單路電源供電，轉換效率高且體積較小的電源，以解決現有的IGBT驅動電源存在的需要雙電源供電或者使用單電源供電但電源效率低、散熱不好的技術問題。
[0007]一種IGBT驅動用的隔離電源，用于給IGBT的驅動電路提供IGBT的導通/關斷電壓，包括DC-DC隔離電源，所述DC-DC隔離電源具有正電壓輸出端和負電壓輸出端，分別輸出大小相等的正電壓和負電壓；所述IGBT驅動用的隔離電源還包括基準電路和電壓跟隨器，所述基準電路根據所述IGBT的導通/關斷電壓參數要求，提供一導通電壓基準和一關斷電壓絕對臨界，所述電壓跟隨器的輸出端連接至所述IGBT的發射極；所述基準電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端連接于所述DC-DC隔離電源的正電壓輸出端，所述第二輸入端連接于所述DC-DC隔離電源的負電壓輸出端，所述輸出端連接于所述電壓跟隨器的輸入端，所述基準電路用于向所述電壓跟隨器的輸入端提供基準輸入電壓，當所述DC-DC隔離電源的輸出總電壓大于或等于所述導通電壓基準與所述關斷電壓絕對臨界之和時，所述基準輸入電壓的值使得所述正電壓輸出端與所述電壓跟隨器的輸出端之間的電位差等于所述導通電壓基準；當所述DC-DC隔離電源的輸出總電壓小于所述導通電壓基準與所述關斷電壓絕對臨界之和時，所述基準輸入電壓的值使得所述負電壓輸出端與所述電壓跟隨器的輸出端之間的電位差等于所述關斷電壓絕對臨界的負值；其中，所述輸出總電壓等于所述正電壓與所述負電壓的絕對值之和；所述驅動電路用于:在驅動所述IGBT導通時，將所述DC-DC隔離電源的正電壓輸出端與所述IGBT的柵極連通；在驅動所述IGBT關斷時，將所述負電壓輸出端與所述IGBT的柵極連通。
[0008]在IGBT導通/關斷時，一般，所需的導通電壓是15V，而所需的關斷電壓是-5V以下(即-4V、-3V等就會嚴重影響的IGBT的關斷動作)，可以將15V看成是導通電壓基準，5V看成是關斷電壓絕對臨界，在運行中應當盡量保證提供的關斷電壓的絕對值不小于該關斷電壓絕對臨界。由于DC-DC隔離電源輸出的是兩路大小相等、方向相反的電壓，如果直接供給IGBT的驅動電路以驅動IGBT導通/關斷，則可能出現關斷電壓充足但導通電壓不足的情況，例如，DC-DC隔離電源的輸出總電壓為25V，雖大于20V，但是被分配成+12.5V和-12.5V，若直接供給IGBT驅動電路，則關斷電壓-12.5非常充足，但是導通電壓+12.5V卻不夠，即便能夠導通，由于電壓值不夠，會增加IGBT發熱量。
[0009]因此，本方案中根據DC-DC隔離電源的輸出總電壓的大小，基于IGBT的所需導通電壓基準/關斷電壓絕對臨界，來合理地將輸出總電壓進行分配。具體而言，本方案中將電壓跟隨器的輸出端電壓作為IGBT的發射極電壓，而將DC-DC隔離電源的正電壓輸出端和負電壓輸出端分別作為IGBT導通、關斷時柵極應該接通的電源端口，通過調整電壓跟隨器的輸出端電壓，即可調整導通/關斷電壓即柵極與發射極之間的電壓VeE(VeE= V G-VE)。而電壓跟隨器的輸出端電壓等于輸入端電壓，因此，根據DC-DC隔離電源的輸出總電壓大小來給電壓跟隨器提供不同的基準輸入電壓時，就形成不同的發射極電壓，從而實現根據DC-DC隔離電源輸出的正/負電壓，產生合適的VeE。
[0010]當DC-DC隔離電源的輸出總電壓大于或等于導通電壓基準與關斷電壓絕對臨界之和時，說明輸出總電壓在保證關斷電壓的絕對值為關斷電壓絕對臨界的基礎上，至少能提供達到導通電壓基準的導通電壓，此時基準電路提供給電壓跟隨器的基準輸入電壓能夠使得正電壓輸出端與電壓跟隨器輸出端之間的電壓即提供給IGBT的導通電壓等于所述導通電壓基準，而此時余下的電壓(即輸出總電壓與提供給IGBT的導通電壓之差，電路中表現為負電壓輸出端與電壓跟隨器輸出端之間的電壓)即可提供關斷所需的負電壓，而且該負電壓的絕對值大于或等于關斷電壓絕對臨界，足夠讓IGBT快速關斷；
[0011]當DC-DC隔離電源的輸出總電壓小于導通電壓基準與關斷電壓絕對臨界之和時，則應當考慮犧牲一部分的導通電壓來優先保證提供的關斷電壓的絕對值至少等于所述關斷電壓絕對臨界(例如5V)，此時基準電路提供給電壓跟隨器的基準輸入電壓則夠使得負電壓輸出端與電壓跟隨器的輸出端之間的電壓等于所述關斷電壓絕對臨界(例如5V)的負值，即提供了一個上限關斷電壓(-5V，不能再比-5V大)，此時余下的電壓(即輸出總電壓與提供給IGBT的關斷電壓的絕對值之差，電路中表現為正電壓輸出端與電壓跟隨器輸出端之間的電壓)即可提供導通電壓(會比導通電壓基準小，但能夠導通)。
[0012]優選地，所述基準電路包括第一穩壓二極管、第二穩壓二極管、第一電阻和第二電阻；所述第一穩壓二極管的陰極連接至所述正電壓輸出端，陽極連接至所述電壓跟隨器的輸入端；所述第二穩壓二極管的陽極連接至所述負電壓輸出端；所述第一電阻連接于所述第一穩壓二極管的陽極與所述第二穩壓二極管的陰極之間，所述第二電阻連接于所述正電壓輸出端與所述第二穩壓二極管的陰極之間；所述第一穩壓二極管的穩壓值為所述導通電壓基準，所述第二穩壓二極管的穩壓值為所述關斷電壓絕對臨界。
[0013]優選地，所述第一穩壓二極管和所述第二穩壓二極管的穩壓值分別為15V和5V。
[0014]優選地，還包括第一電容和第二電容，所述第一電容連接于所述電壓跟隨器的輸出端與所述正電壓輸出端之間，所述第二電容連接于所述電壓跟隨器的輸出端與所述負電壓輸出端之間，分別用于穩定所述IGBT的導通電壓和關斷電壓。通過本方案，即便負載突然加大或者輸入掉電的情況下，電容的作用也能保證提供穩定的導通/關斷電壓以使IGBT正常導通或關斷。
[0015]優選地，所述電壓跟隨器包括運算放大器，所述運算放大器的輸出端與反相輸入端連接，所述運算放大器的正相輸入端和輸出端分別為所述電壓跟隨器的輸入端和輸出端。
[0016]優選地，所述DC-DC隔離電源包括振蕩電路、功率變壓器以及整流濾波電路，所述振蕩電路用于產生推挽驅動信號傳遞至