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【剖析】隔离型全桥DC-DC电源的设计方案

导读: 全桥结构在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的隔离电源设计。

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

  1.IGBT半桥集成驱动板电源特点

  半桥IGBT的有效驱动和可靠保护都由半桥IGBT集成驱动板来实现。半桥IGBT 集成驱动板自身必须具备两路DC-DC隔离电源,该电源要求占用PCB面积小、体积紧凑、可靠性高,并且两组电源副边完全隔离。在大功率半桥IGBT集成驱动单元的项目中,针对驱动单元需要高效、可靠的隔离电源,设计了一种电源变压器原边控制拓扑,即两组隔离电源变压器原边共用一组全桥控制的思路,提高了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IGBT的性能参数一致,并且采用同体封装。因此在IGBT半桥集成驱动板的电源设计中,两组隔离的DC-DC电源原边完全可以共用一组控制电路。IGBT半桥集成驱动板一般镶嵌在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IGBT需要的功率较大,对板上电源的功率密度、效率要求也较高。

  2.原边共用全桥控制的DC-DC电源设计

  本设计采用了两个变压器原边共用,也就是全桥电路控制DC-DC电源变压器。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也为两组共8路PWM脉冲。采用共用全桥拓扑节省了控制电路和全桥开关,简化了DC-DC隔离电源电路。由于该电源是给半桥IGBT驱动电路供电,负载稳定且可计算,因此全桥DC-DC电源采用开环控制,满足最大功率需求即可。电路原理如图1所示,该电源由4部分组成:4路PWM脉冲产生电路、全桥驱动开关、电源变压器及其副边整流滤波电路。DC-DC电源输入为单+15 V电源,输出为两组隔离的+15 V和-10 V双电源,采用负电源是为可靠地关断IGBT。

  图1 原边共用全桥电路的DC-DC原理图

  共用全桥开关的两组DC-DC隔离电源工作原理为: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电源小型化。