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隔离型全桥直流电源设计

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-12 09:47    点击量:

    全桥结构在直流电源电路设计当中有着相当广泛的作用.本文介绍了一种基于全桥DC-DC的隔离直流电源设计.文中提及的半桥直流电源IGBT板为两组隔离的正负直流电源电压输出,这样做是为了能够成为直流电源IGBT的驱动及保护.并且在实践设计时,需要根据选择的直流电源IGBT开关管参数和工作频率,来确定驱动板直流电源功率.而后对原边共用全桥控制的DC-DC直流电源设计进行了介绍,给出了隔离变压器的选择方法.

隔离型全桥直流电源设计
    直流电源 IGBT半桥集成驱动板直流电源特点半桥直流电源IGBT的有效驱动和可靠保护都由半桥直流电源IGBT集成驱动板来实现.半桥直流电源IGBT 集成驱动板自身必须具备两路DC-DC隔离直流电源,该直流电源要求占用PCB面积小、体积紧凑、可靠性高,并且两组直流电源副边完全隔离.

    在大功率半桥直流电源IGBT集成驱动单元的项目中,针对驱动单元需要高效、可靠的隔离直流电源,设计了一种直流电源隔离变压器原边控制拓扑,即两组隔离直流电源隔离变压器原边共用一组全桥控制的思路,提高了直流电源功率密度和效率,节省了功率开关数量.全桥开关管巧妙搭配,无需隔离驱动,减少了占用集成驱动板上的PCB面积.

    半桥直流电源IGBT集成驱动板在两路驱动上表现出负载特性一致的原因是,因为上下半桥当中两个单元直流电源IGBT的性能参数一致,并且采用同体封装.因此在直流电源IGBT半桥集成驱动板的直流电源设计中,两组隔离的DC-DC直流电源原边完全可以共用一组控制直流电源电路.

    直流电源IGBT半桥集成驱动板一般镶嵌在直流电源IGBT功率模块上,它对驱动板的要求有两个:第一是半桥集成驱动板对PCB面积、体积要求很高,要求尽可能减小PCB面积和体积;第二因为驱动直流电源IGBT需要的功率较大,对板上直流电源的功率密度、效率要求也较高.

    原边共用全桥控制的DC-DC直流电源设计本设计采用了两个隔离变压器原边共用,也就是全桥直流电源电路控制DC-DC直流电源隔离变压器.正常模式下两个全桥变换拓扑需要两组全桥开关,同时全桥开关的脉冲驱动直流电源电路也为两组共8路PWM脉冲.采用共用全桥拓扑节省了控制直流电源电路和全桥开关,简化了DC-DC隔离直流电源直流电源电路.

    由于该直流电源是给半桥直流电源IGBT驱动直流电源电路供电,负载稳定且可计算,因此全桥DC-DC直流电源采用开环控制,满足最大功率需求即可.直流电源电路直流电源原理如图1所示,该直流电源由4部分组成:4路PWM脉冲产生直流电源电路、全桥驱动开关、直流电源隔离变压器及其副边整流滤波直流电源电路.DC-DC直流电源输入为单+15 V直流电源,输出为两组隔离的+15 V和-10 V双直流电源,采用负直流电源是为可靠地关断直流电源IGBT.

    原边共用全桥直流电源电路的DC-DC直流电源原理图图1 原边共用全桥直流电源电路的DC-DC直流电源原理图共用全桥开关的两组DC-DC隔离直流电源工作直流电源原理为:对角的开关管同时开通,另外一组对角已经关断,此时两组磁芯原边同时正反相激磁,副边耦合,再进行全波整流滤波后得到稳定的直流电源.设计全桥开关工作频率为360 kHz,同时采用全波整流,因此副边不需要很大的滤波、储能元件,有利于实现DC-DC直流电源小型化.

    全桥DC-DC直流电源参数为:输入+15 V、输出+15 V、-10 V、输出功率6 W、工作频率360 kHz.要求额定负载下动态特性、满足:+15 V波动<+1 V、-10 V波动<-2V、工作频率满足5%的偏差容限.其中工作频率由施密特触发器CD40106参数及RC数值决定.具体参数为:R=2.2kΩ、C=748 pF、VDD=15 V、VT+=8.8 V、VT-=5.8 V.根据式(1)计算出振荡频率为748.792 kHz,因为设计中多谐振荡器输出对2路RC充放电,充电电容容量增大一倍,因此振荡频率为上述计算频率的1/2,即374.396kHz.

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