專利名稱：一種三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于交流和交流之間、交流和直流之間、或直流和直流之間的變 換裝置的控制或調(diào)節(jié)零部件，特別是涉及一種三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有大功率開關(guān)變換器中，前級(jí)電路一般采用三相功率因數(shù)校正整流電路，其輸 出電壓在800V左右，所以從器件應(yīng)力方面考慮，后級(jí)電路必須采用三電平變換器。三電平 變換器是通過兩個(gè)功率開關(guān)器件串連來均分電壓應(yīng)力的，與兩電平拓?fù)湎啾?，功率開關(guān)器 件數(shù)量一般會(huì)加倍，像三電平全橋變換器就有兩個(gè)橋臂，共八個(gè)功率開關(guān)器件。這給功率開 關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)及其布局增加了難度。如圖1所示的典型的三電平全橋變換器示意圖。三電平全橋變換器包括分 別設(shè)置在左、右橋臂上的四個(gè)功率開關(guān)器件。功率開關(guān)器件可采用金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)管(MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor,縮寫為 MOSFET)、 門極可關(guān)斷晶閘管(gate turn-off thyristor,縮寫為GT0)、絕緣柵雙極型晶體管 (Insulated GateBipolar Transistor，縮寫為 IGBT)或集成門極換流晶閘管(Integrated GateCommutatedThyristor，縮寫為IGCT)。其中，左橋臂自上而下依次是左第一功率開關(guān)器 件Si、左第二功率開關(guān)器件S2、左第三功率開關(guān)器件S3和左第四功率開關(guān)器件S4。右橋 臂自上而下依次是右第一功率開關(guān)器件S5、右第二功率開關(guān)器件S6、右第三功率開關(guān)器件 S7和右第四功率開關(guān)器件S8。各個(gè)功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷是通過PWM信號(hào)來控制的。 這種三電平全橋變換器采用光耦隔離驅(qū)動(dòng)時(shí)，即使選用帶自舉功能的芯片也至少需要三路 驅(qū)動(dòng)電源，給輔助源的設(shè)計(jì)增加了難度。因此，通常采用如圖2所示的驅(qū)動(dòng)變壓器進(jìn)行隔離 驅(qū)動(dòng)方案，這樣原邊只需要一路驅(qū)動(dòng)電源。如圖2所示的驅(qū)動(dòng)變壓器進(jìn)行隔離驅(qū)動(dòng)方案，驅(qū)動(dòng)變壓器Tl的兩個(gè)副邊繞組輸出 的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第一功率開關(guān)器件Sl和左第四功率開關(guān)器件S4，驅(qū)動(dòng)變壓器 T2的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第二功率開關(guān)器件S2和左第三功率開 關(guān)器件S3，驅(qū)動(dòng)變壓器T3的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)右第二功率開關(guān)器 件S6和右第三功率開關(guān)器件S7，驅(qū)動(dòng)變壓器T4的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別 驅(qū)動(dòng)右第一功率開關(guān)器件S5和右第四功率開關(guān)器件S8。這種驅(qū)動(dòng)方案中，左第四功率開關(guān) 器件S4和右第一功率開關(guān)器件S5的驅(qū)動(dòng)線很長(zhǎng)。同時(shí)，存在驅(qū)動(dòng)電路元件布局和布線非常 困難且難以做到對(duì)稱問題。另外，由于驅(qū)動(dòng)變壓器Tl連接到左第四功率開關(guān)器件S4的連 線與左橋臂上四個(gè)開關(guān)管之間的連線平行，同時(shí)驅(qū)動(dòng)變壓器T4連接到右第一功率開關(guān)器 件S5的連線與右橋臂上四個(gè)開關(guān)管之間的連線平行，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號(hào)容易受主功率的干擾。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是彌補(bǔ)上述三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路布局及 布線存在的不足，提出一種改進(jìn)的三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路。[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案予以解決—種三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路，三電平全橋變換器包括分別設(shè)置在左橋臂和右 橋臂上的四個(gè)功率開關(guān)器件，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關(guān)器件、左第二功 率開關(guān)器件、左第三功率開關(guān)器件和左第四功率開關(guān)器件，右橋臂自上而下依次是右第一 功率開關(guān)器件、右第二功率開關(guān)器件、右第三功率開關(guān)器件和右第四功率開關(guān)器件；其驅(qū)動(dòng) 電路包括各有兩個(gè)副邊繞組的第一驅(qū)動(dòng)變壓器、第二驅(qū)動(dòng)變壓器、第三驅(qū)動(dòng)變壓器和第四 驅(qū)動(dòng)變壓器，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)均互差180°，這種 三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是所述第一驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第一功率 開關(guān)器件和右第一功率開關(guān)器件，所述第四驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信 號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第四功率開關(guān)器件和右第四功率開關(guān)器件，所述第二驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊 繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第二功率開關(guān)器件和左第三功率開關(guān)器件，所述第三 驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)右第二功率開關(guān)器件和右第三 功率開關(guān)器件。一種三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路，三電平全橋變換器包括分別設(shè)置在左橋臂和右 橋臂上的四個(gè)功率開關(guān)器件，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關(guān)器件、左第二功 率開關(guān)器件、左第三功率開關(guān)器件和左第四功率開關(guān)器件，右橋臂自上而下依次是右第一 功率開關(guān)器件、右第二功率開關(guān)器件、右第三功率開關(guān)器件和右第四功率開關(guān)器件；其驅(qū)動(dòng) 電路包括各有兩個(gè)副邊繞組的第一驅(qū)動(dòng)變壓器、第二驅(qū)動(dòng)變壓器、第三驅(qū)動(dòng)變壓器和第四 驅(qū)動(dòng)變壓器，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)均互差180°，這種 三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是所述第一驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第一功率 開關(guān)器件和右第一功率開關(guān)器件，所述第四驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信 號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第四功率開關(guān)器件和右第四功率開關(guān)器件，所述第二驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊 繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第二功率開關(guān)器件和右第二功率開關(guān)器件，所述第三 驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第三功率開關(guān)器件和右第三 功率開關(guān)器件。本實(shí)用新型的技術(shù)問題采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決所述功率開關(guān)器件是場(chǎng)效應(yīng)管M0SFET、門極可關(guān)斷晶閘管GT0、絕緣柵雙極型晶 體管IGBT和集成門極換流晶閘管IGCT中的一種。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是本實(shí)用新型通過將傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案中左第四功率開關(guān)器件S4和右第一功率開關(guān)器 件S5的驅(qū)動(dòng)變換，優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)電路對(duì)稱布局及PCB布線方式，顯著縮短主功率開關(guān)器件左 第四功率開關(guān)器件和右第一功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)線長(zhǎng)度，避免驅(qū)動(dòng)線與主功率流向平行， 有效防止驅(qū)動(dòng)信號(hào)受到主功率的干擾。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中典型的三電平全橋變換器示意圖；圖2是圖1的三電平全橋變換器的驅(qū)動(dòng)變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路圖；[0017]圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
一的驅(qū)動(dòng)變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路圖；圖4是圖3的驅(qū)動(dòng)電路的相應(yīng)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖；圖5是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
二的驅(qū)動(dòng)變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施方式
并對(duì)照附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
一如圖3所示，為本具體實(shí)施方式
的驅(qū)動(dòng)變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路圖。其中，三電平全橋變換器包括分別設(shè)置在左橋臂和右橋臂上的四個(gè)功率開關(guān)器件 M0SFET，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關(guān)器件Si、左第二功率開關(guān)器件S2、左 第三功率開關(guān)器件S3和左第四功率開關(guān)器件S4,右橋臂自上而下依次是右第一功率開關(guān) 器件S5、右第二功率開關(guān)器件S6、右第三功率開關(guān)器件S7和右第四功率開關(guān)器件S8。其驅(qū)動(dòng)電路包括各有兩個(gè)副邊繞組的驅(qū)動(dòng)變壓器T1、T2、T3和Τ4。每個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓 器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別互差180°。各個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 波形圖如圖4所示，驅(qū)動(dòng)變壓器Tl輸出控制信號(hào)Ql和Q4，驅(qū)動(dòng)變壓器Τ2輸出控制信號(hào)Q2 和Q3，驅(qū)動(dòng)變壓器Τ3輸出控制信號(hào)Q6和Q7，驅(qū)動(dòng)變壓器Τ4輸出控制信號(hào)Q5和Q8。其中， 控制信號(hào)Ql、Q2、Q3、Q4的波形分別和控制信號(hào)Q8、Q7、Q6、Q5的波形相同，且控制信號(hào)Ql 和Q4互差180°，控制信號(hào)Q2和Q3互差180，控制信號(hào)Q6和Q7互差180°，控制信號(hào)Q5 和Q8互差180°。驅(qū)動(dòng)變壓器Tl的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ql和Q4分別驅(qū)動(dòng)左第一功 率開關(guān)器件Sl和右第一功率開關(guān)器件S5，驅(qū)動(dòng)變壓器Τ2的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng) 信號(hào)Q2和Q3分別驅(qū)動(dòng)左第二功率開關(guān)器件S2和左第三功率開關(guān)器件S3，驅(qū)動(dòng)變壓器Τ3 的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)Q6和Q7分別驅(qū)動(dòng)右第二功率開關(guān)器件S6和右第三 功率開關(guān)器件S7，驅(qū)動(dòng)變壓器Τ4的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)Q5和Q8分別驅(qū)動(dòng)左 第四功率開關(guān)器件S4和右第四功率開關(guān)器件S8。由于控制信號(hào)Q4的波形和控制信號(hào)Q5的波形相同，所以將傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案中左第 四功率開關(guān)器件S4和右第一功率開關(guān)器件S5的驅(qū)動(dòng)變換后，電路仍能正常工作。同時(shí)由 于驅(qū)動(dòng)電路布線改進(jìn)，左第四功率開關(guān)器件S4和右第一功率開關(guān)器件S5的驅(qū)動(dòng)線長(zhǎng)度顯 著縮短，降低驅(qū)動(dòng)電路布局和布線的難度。而且，按照本實(shí)施例的電路布線也避免了左第四 功率開關(guān)器件S4驅(qū)動(dòng)線、右第一功率開關(guān)器件S5驅(qū)動(dòng)線與主功率流向平行，有效防止驅(qū)動(dòng) 信號(hào)受到主功率的干擾。
具體實(shí)施方式
二如圖5所示，為本具體實(shí)施方式
的驅(qū)動(dòng)變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路圖。本具體實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同之處在于左第三功率開關(guān)器件S3和右第二功率開關(guān)器件S6的 驅(qū)動(dòng)也互換了。如圖5所示，驅(qū)動(dòng)變壓器Tl的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第一 功率開關(guān)器件Sl和右第一功率開關(guān)器件S5，驅(qū)動(dòng)變壓器Τ2的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū) 動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第二功率開關(guān)器件S2和右第二功率開關(guān)器件S6，驅(qū)動(dòng)變壓器Τ3的兩個(gè) 副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第三功率開關(guān)器件S3和右第三功率開關(guān)器件S7，驅(qū)動(dòng)變壓器T4的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第四功率開關(guān)器件S4和右 第四功率開關(guān)器件S8。由于控制信號(hào)Q3的波形和控制信號(hào)Q6的波形相同，所以將傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案中左第 三功率開關(guān)器件S3和右第二功率開關(guān)器件S6的驅(qū)動(dòng)變換后，電路同樣仍能正常工作。同 時(shí)由于驅(qū)動(dòng)電路布線改進(jìn)，不僅顯著縮短左第四功率開關(guān)器件S4和右第一功率開關(guān)器件 S5的驅(qū)動(dòng)線長(zhǎng)度，也顯著縮短了左第三功率開關(guān)器件S3和右第二功率開關(guān)器件S6的驅(qū)動(dòng) 線長(zhǎng)度，進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)電路布局和布線的難度。而且，按照本具體實(shí)施方式
的電路布線也 避免避免了左第四功率開關(guān)器件S4驅(qū)動(dòng)線、右第一功率開關(guān)器件S5驅(qū)動(dòng)線、左第三功率開 關(guān)器件S3驅(qū)動(dòng)線和右第二功率開關(guān)器件S6驅(qū)動(dòng)線與主功率流向平行，有效防止驅(qū)動(dòng)信號(hào) 受到主功率的干擾。同時(shí)按照本具體實(shí)施方式
的電路布線保證四個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器T1、T2、T3、 Τ4對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路布線完全對(duì)稱。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能 認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或 用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路，三電平全橋變換器包括分別設(shè)置在左橋臂和右橋臂上的四個(gè)功率開關(guān)器件，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關(guān)器件、左第二功率開關(guān)器件、左第三功率開關(guān)器件和左第四功率開關(guān)器件，右橋臂自上而下依次是右第一功率開關(guān)器件、右第二功率開關(guān)器件、右第三功率開關(guān)器件和右第四功率開關(guān)器件；其驅(qū)動(dòng)電路包括各有兩個(gè)副邊繞組的第一驅(qū)動(dòng)變壓器、第二驅(qū)動(dòng)變壓器、第三驅(qū)動(dòng)變壓器和第四驅(qū)動(dòng)變壓器，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)均互差180°，其特征在于所述第一驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第一功率開關(guān)器件和右第一功率開關(guān)器件，所述第四驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第四功率開關(guān)器件和右第四功率開關(guān)器件，所述第二驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第二功率開關(guān)器件和左第三功率開關(guān)器件，所述第三驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)右第二功率開關(guān)器件和右第三功率開關(guān)器件。
2.一種三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路，三電平全橋變換器包括分別設(shè)置在左橋臂和右橋 臂上的四個(gè)功率開關(guān)器件，其中左橋臂自上而下依次是左第一功率開關(guān)器件、左第二功率 開關(guān)器件、左第三功率開關(guān)器件和左第四功率開關(guān)器件，右橋臂自上而下依次是右第一功 率開關(guān)器件、右第二功率開關(guān)器件、右第三功率開關(guān)器件和右第四功率開關(guān)器件；其驅(qū)動(dòng)電 路包括各有兩個(gè)副邊繞組的第一驅(qū)動(dòng)變壓器、第二驅(qū)動(dòng)變壓器、第三驅(qū)動(dòng)變壓器和第四驅(qū) 動(dòng)變壓器，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)均互差180°，其特征 在于所述第一驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第一功率開關(guān) 器件和右第一功率開關(guān)器件，所述第四驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分 別驅(qū)動(dòng)左第四功率開關(guān)器件和右第四功率開關(guān)器件，所述第二驅(qū)動(dòng)變壓器的兩個(gè)副邊繞組 輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第二功率開關(guān)器件和右第二功率開關(guān)器件，所述第三驅(qū)動(dòng) 變壓器的兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)左第三功率開關(guān)器件和右第三功率 開關(guān)器件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述功率開關(guān)器件是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管、門極可關(guān)斷晶間管、絕緣柵雙極型 晶體管和集成門極換流晶閘管中的一種。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三電平全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路，三電平全橋變換器包括分別設(shè)置在左、右橋臂上的四個(gè)功率開關(guān)器件，其驅(qū)動(dòng)電路包括各有兩個(gè)副邊繞組的第一至第四驅(qū)動(dòng)變壓器，兩個(gè)副邊繞組輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別互差180°，第一驅(qū)動(dòng)變壓器驅(qū)動(dòng)左第一和右第一功率開關(guān)器件；第四驅(qū)動(dòng)變壓器驅(qū)動(dòng)左第四和右第四功率開關(guān)器件；第二驅(qū)動(dòng)變壓器驅(qū)動(dòng)左第二，和左第三或者是右第二功率開關(guān)器件；第三驅(qū)動(dòng)變壓器驅(qū)動(dòng)右第二，和右第三或者是左第三功率開關(guān)器件。本實(shí)用新型優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)電路對(duì)稱布局及PCB布線方式，顯著縮短主功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)線長(zhǎng)度，避免驅(qū)動(dòng)線與主功率流向平行，有效防止驅(qū)動(dòng)信號(hào)受到主功率的干擾。
文檔編號(hào)H02M1/08GK201656751SQ20092026202
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者許峰, 趙敬輝, 靳廣超, 馬超群, 駱昊 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司