[發明專利]一種推挽諧振型碳化硅功率管驅動電路及其控制方法

有效

• 申請號: 201811267339.2
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109450264B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 伍群芳;王勤;朱津儀;肖嵐
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M3/337
• 分類號: H02M3/337
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發明公開了一種推挽諧振型碳化硅功率管驅動電路及其控制方法，電路包括直流電壓源，帶反并聯二極管的第一功率管、第二功率管、第三功率管，高頻隔離變壓器，諧振電感，電平轉換電路，被驅動碳化硅功率管，第三電容，所述的高頻隔離變壓器包含原邊第一繞組、原邊第二繞組、副邊繞組，電平轉換電路包括第一電阻、第一電容、第二電阻、第二電容和分壓二極管。另外還提供一種控制方法，用于控制所述的一種推挽諧振型碳化硅功率管驅動電路。本發明可將儲存在被驅動碳化硅功率管輸入電容上的能量回收利用，不僅可減小驅動損耗，也可以減小被驅動功率管的開關損耗。

技術領域

本發明涉及DC-DC軟開關變換器技術領域，具體涉及一種推挽諧振型碳化硅功率管驅動電路。

背景技術

太陽能、風能及燃料電池等新能源發電系統的應用越來越廣泛，DC-DC、DC-AC等變換器的性能也直接關系到新能源發電系統的整體技術，為了進一步提高新能源發電系統的傳輸效率、可靠性，減小整個系統的體積，變換器也逐漸向著高頻化的方向發展，采用碳化硅等新型功率開關器件的應用優勢也逐漸凸顯。隨著開關頻率的提高，采用傳統電壓型驅動電路帶來的高頻損耗必然不能充分發揮碳化硅功率管的優越性能，驅動電壓不對稱這個特性也意味著碳化硅功率器件的驅動電路要重新設計。推挽變換器具有結構簡單、電氣隔離、變壓器利用率高等優點，常應用于新能源發電系統中，推挽功率放大電路也廣泛應用于功率管驅動電路中。傳統的電壓型結構驅動功率管工作在硬開關狀態，驅動功率損耗全部消耗在門極驅動電阻上，驅動電路的損耗隨著開關頻率的提高而增大。諧振型驅動電路可以回收消耗在驅動電阻上功率損耗，高頻工作下可大幅度減小驅動損耗、提高效率。現有的針對碳化硅功率管的驅動電路存在高頻下損耗大的問題，部分采用諧振型驅動電路的驅動電壓不含負壓，不能保證被驅動碳化硅功率管的穩定關斷，且效率可以優化。為了最大限度地發揮碳化硅功率管在高頻變換器中的特性，需要設計一種帶有電平轉換的低損耗驅動電路

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種推挽諧振型碳化硅功率管驅動電路，包括包括直流電壓源，帶反并聯二極管的第一功率管、第二功率管、第三功率管，高頻隔離變壓器，諧振電感，電平轉換電路，被驅動碳化硅功率管，第三電容，所述的高頻隔離變壓器包含原邊第一繞組、原邊第二繞組、副邊繞組，電平轉換電路包括第一電阻、第一電容、第二電阻、第二電容和分壓二極管，其中，直流電壓源的正極連接第三功率管的漏極，第三功率管的源極連接原邊第一繞組的異名端與原邊第二繞組的同名端，原邊第一繞組的同名端連接第一功率管的漏極，原邊第二繞組的異名端連接第二功率管的漏極；第一功率管的源極與第二功率管的源極共同與直流電壓源的負極相連；高頻隔離變壓器副邊繞組的同名端與諧振電感的一端連接，副邊繞組的異名端與第一電阻的一端、第一電容的一端相連，第一電阻的另一端、第一電容的另一端與被驅動碳化硅功率管的源極、分壓二極管的陽極、第三電容的一端和地連接，分壓二極管的陰極與第二電阻的一端、第二電容的一端連接，第二電阻的另一端、第二電容的另一端與諧振電感的另一端、驅動碳化硅功率管的柵極、第三電容的另一端連接。

輸入直流電壓經過高頻隔離變壓器原邊三個功率管兩兩交替導通作用于高頻隔離變壓器的原邊第一繞組與原邊第二繞組，諧振電感與被驅動功率管的輸入電容諧振發生在第一功率管和第二功率管共同導通時，產生的諧振電流作為被驅動功率管的驅動電流，可以使得被驅動碳化硅功率管輸入電容中的能量得以回收，開關損耗得以減小。高頻隔離變壓器副邊繞組感應出一個對稱的電壓信號，經過電平轉換電路變成不對稱的電壓信號以滿足碳化硅功率管的驅動要求，負壓的存在可以保證碳化硅功率管的可靠關斷。

進一步地，所述的第一功率管、第二功率管、第三功率管是功率硅MOSFET。

進一步地，所述的高頻隔離變壓器副邊諧振電感為高頻隔離變壓器的漏感。

進一步地，所述的高頻隔離變壓器的原邊第一繞組、原邊第二繞組、副邊繞組三個繞組的匝數相等，能夠保證高頻隔離變壓器的磁平衡，不會因為磁芯飽和而影響變換器傳輸效率與工作性能。