[發明專利]一種應用于多級串聯IGBT的隔離式供電電源

有效

• 申請號: 201811273168.4
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109245501B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 陳慶國;盧華鑫;程嵩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02M1/096
• 分類號: H02M1/096;H02J5/00;H01F27/32;H01F27/28
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 王燦

本發明涉及一種隔離式供電電源，尤其是涉及一種應用于多級串聯IGBT的隔離式供電電源。采用多級IGBT串聯的結構給供電電源帶來的問題有：各級IGBT為串聯，而每一級的發射極對地都存在不同的電位，所以每級IGBT的供電電源需要進行隔離；各級IGBT的供電電源的對地電壓都不同，所以各級IGBT的供電電源的絕緣強度的要求也不同。為了解決以上問題，一般采用的方法是使用電流母線型的隔離驅動電源。這種方法的不足之處在于每一個變壓器均為單向勵磁，磁芯利用率低。由于現有方法的不足，需要發明一種新型隔離驅動電源架構，在既能滿足多級串聯IGBT的隔離供電的前提下，又能提高磁芯的利用率。

技術領域

本發明涉及一種隔離式供電電源，尤其是涉及一種應用于多級串聯IGBT的隔離式供電電源。

技術背景

IGBT是一種典型的開關器件，它具有輸入阻抗高、導通壓降小等特點，非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域；實際中常采用多級IGBT串聯的結構來提高電壓等級。

采用多級IGBT串聯的結構給供電電源帶來的問題有：1.各級IGBT為串聯，而每一級的發射極對地都存在不同的電位，所以每級IGBT的供電電源需要進行隔離；2.各級IGBT的供電電源的對地電壓都不同，所以各級IGBT的供電電電源的絕緣強度的要求也不同。

為了解決以上問題，一般采用的方法是使用電流母線型的隔離驅動電源；這種方法特點是：1.每一級IGBT配備一個變壓器，變壓器采用的是磁環變壓器；2.磁環變壓器的一次繞組僅有一匝；而且共用一根交流母線，這根母線穿過所有變壓器磁環的中心。

這種方法的不足之處在于每一個變壓器均為單向勵磁，磁芯利用率低。由于現有方法的不足，需要發明一種新型隔離驅動電源架構，在既能滿足多級串聯IGBT的隔離供電的前提下，又能提高磁芯的利用率。

發明內容

本發明的目的就是結合多級串聯IGBT供電電源的要求，設計一種應用于多級串聯IGBT的隔離式供電電源。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種應用于多級串聯IGBT的隔離式供電電源包括：直流源、兩個MOSFET、兩條交流母線、PWM控制器、N個磁環變壓器、N個整流模塊、絕緣管。

所述直流源，是多級串聯IGBT的隔離式供電電源的主電源；直流源的輸出端與兩條交流母線的A端相連。

所述MOSFET，其作用是改變電流在兩條交流母線中的流動方向；兩個MOSFET的源極與地相連；兩個MOSFET的柵極分別與PWM控制器的兩個輸出信號端連接；兩個MOSFET的漏極分別與兩條交流母線的B端相連。

所述兩條交流母線，其作用是作為N個磁環變壓器的原邊；兩條交流母線都有A端與B端；兩條交流母線的A端與直流源的輸出端連接；兩條交流母線的B端分別與兩個MOSFET的漏極連接；兩條交流母線從N個磁環變壓器的中心穿過；為了提高絕緣將兩條交流母線放置在絕緣管中。

所述磁環變壓器，其作用一是對交流母線與副邊線圈進行電氣隔離，作用二是進行能量傳遞；磁環變壓器的磁芯采用采用的是鐵氧體；磁環變壓器原邊為兩條交流母線；兩條交流母線從N個磁環變壓器的中心穿過；磁環變壓器的副邊為多匝線圈；每一個磁環變壓器的副邊線圈和與其相對應的整流模塊的輸入端相連。

所述PWM控制器，控制兩個MOSFET的導通與關斷；PWM控制器的兩個輸出信號端與分別與兩個MOSFET的柵極相連。

所述整流模塊，將磁環變壓器的副邊輸出的交流信號整流成直流；每一個整流模塊的輸入端和與其相對應的磁環變壓器的副邊線圈相連接；每一個整流模塊的輸出端與相應的負載相連。

所述絕緣管的作用是加強磁環變壓器原邊與副邊的絕緣強度。

附圖說明