《CN2011103940693A 栅极驱动电源系统和逆变器控制电路 1-16》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CN2011103940693A 栅极驱动电源系统和逆变器控制电路 1-16（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102545558 A(43)申请公布日 2012.07.04CN102545558A*CN102545558A*(21)申请号 201110394069.3(22)申请日 2011.11.222010-266874 2010.11.30 JPH02M 1/088(2006.01)H02M 7/48(2007.01)(71)申请人富士电机株式会社地址日本神奈川县(72)发明人天野功 寺泽德保(74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公司 31100代理人张鑫(54) 发明名称栅极驱动电源系统和逆变器控制电路(57) 摘要本发明公开了栅极驱动电源系统和逆变器控制电路。主
2、要电源输入分别经由各个变压器T1到T6从电源端子101和102供应给各个栅极驱动单元21到26。变压器T1到T6各自的初级绕组的一端通过电源线31和32连接到电源端子101。另外，初级绕组各自的另一端通过公共连接线33和34彼此连接，以进一步连接到MOSFET 27的漏极端子，以供控制在各个初级绕组中流动的电流。栅极电源控制电路28控制对MOSFET 27的导通-截止(on-off)控制的占空比，变压器T2的辅助绕组所检测到的输出电流被反馈回栅极电源控制电路28。由此，栅极驱动电源系统被设置成：针对各个电源电路的每个输出安排一个变压器，且各个控制电路被集成为一个控制电路，以由此减少部件的数量。
3、(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书7页 附图7页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 7 页1/1页21.一种用于逆变器的栅极驱动电源系统，具有受开关控制的多个功率晶体管，用以将控制电力供应给针对所述多个功率晶体管设置的多个栅极驱动单元，所述栅极驱动电源系统包括：各自将电力从其次级绕组供应给其自己的栅极驱动单元的多个回扫变压器；以及用于使多个回扫转换器按照公共的时序进行开关操作的栅极电源控制电路，所述多个回扫转换器由所述多个回扫变压器构成，各自具有初级绕组的多个回扫变压器通过公共连接线彼此连接。2.如权利要
4、求1所述的栅极驱动电源系统，其特征在于，所述多个回扫变压器设置成分布在排列有所述栅极驱动单元的电路衬底上。3.如权利要求1所述的栅极驱动电源系统，其特征在于，所述栅极电源控制电路对由所述多个回扫变压器公用的单个开关器件进行导通-截止控制，由此来进行所述多个回扫转换器的开关操作。4.如权利要求1所述的栅极驱动电源系统，其特征在于，所述多个开关器件针对各自的回扫变压器设置，所述开关器件的开关操作由所述栅极电源控制电路控制。5.如权利要求4所述的栅极驱动电源系统，其特征在于，所述多个开关器件经由各自的回扫变压器和电阻器电路彼此连接。6.一种控制逆变器的逆变器控制电路，所述逆变器具有受开关控制的多个功
5、率晶体管，所述逆变器控制电路包括：为所述多个功率晶体管产生栅极驱动信号的多个栅极驱动单元；各自将电力从其次级绕组供应给其自己的栅极驱动单元的多个回扫变压器；以及用于使多个回扫转换器按照公共的时序进行开关操作的栅极电源控制电路，所述多个回扫转换器由所述多个回扫变压器构成，各自具有初级绕组的多个回扫转换器通过公共连接线彼此连接。权 利 要 求 书CN 102545558 A1/7页3栅极驱动电源系统和逆变器控制电路技术领域0001 本发明涉及用于逆变器系统的栅极驱动电源系统和逆变器控制电路，该逆变器系统具有受开关控制的多个功率晶体管，用以将控制用电力供应给功率晶体管各自的栅极驱动电路。本发明具体涉
6、及在用诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)之类的功率晶体管构成的逆变器系统中，将电力供应给功率晶体管的栅极驱动电路的栅极驱动电源系统和逆变器控制电路。背景技术0002 在由诸如功率晶体管之类的半导体开关器件构成的逆变器系统中，使用将电力供应给功率晶体管的栅极驱动电路的栅极驱动电源系统。0003 图5是示出使用栅极驱动电源系统的相关逆变器系统的一个示例的电路图。栅极驱动电源系统是一种引入称为回扫(flyback)转换器系统的电源系统的系统。回扫转换器系统是逆变器系统的栅极驱动电源系统的最常用系统之一。0004 在图5中，电源连接到逆变器模块1，在电源中，
7、AC电源2的输出通过主电路整流器3和平滑电容器4转换成DC输出。顺便提及的是，逆变器模块1的电源不限于此，而可以是诸如汽车电池之类的DC电源。逆变器模块1由六个功率晶体管11到16构成，这六个功率晶体管11到16形成三相AC的U-相、V-相和W-相中的三个臂以通过U-相、V-相和W-相中臂各自的控制输入产生期望的AC输出，每个臂具有两个功率晶体管，并且逆变器模块1将所产生的AC输出供应给连接到逆变器模块1的感应电动机(M)5作为其负载。逆变器控制电路100连接到功率晶体管11到16，逆变器控制电路100设置有分别控制功率晶体管11到16的栅电压的栅极驱动单元(GDU)21到26。栅极驱动单元2
8、1到26通过对逆变器模块1中的各个功率晶体管11到16进行导通-截止控制，能够以适当的速度进行对感应电动机(M)5的驱动控制，而不管AC电源2中的电力变化和其负载中的变化如何。0005 在这种逆变器系统中，栅极驱动单元21到26的基准电位彼此不同，栅极驱动单元21到26分别将电力供应给功率晶体管11到16。因此，为了形成栅极驱动电源20，一般使用以下方法：多绕组变压器T设置在输出到栅极驱动单元21到26各自的电源和输入到逆变器控制电路100的主电源输入之间(如图5所示)，以使输出到栅极驱动单元21到26各自的电源与输入到逆变器控制电路100的主电源输入隔离。在该方法中，多绕组变压器T的初级绕组
9、Np中的电流通过MOSFET 27受导通-截止控制，并且辅助绕组Nc所检测到的输出电压被反馈回栅极电源控制电路28以控制次级绕组Ns1到Ns6的每一个输出。0006 当逆变器模块1被形成为三相逆变器时，针对六个栅极驱动单元21到26设置以下四种电源。即，到U-相中上臂的电源、到V-相中上臂的电源、到W-相中的上臂的电源、以及到其U-相、V-相和W-相中每个下臂的电源。为了形成这种电源系统，在栅极驱动电源20中，需要彼此隔离的四个或六个电源输出。即，在到其各个相中下臂的电源为公共的情况下，四个电源输出变成是必要的。而，在到其各个相中每一个下臂的电源独立地设置成防止噪声经由接地线进入的情况下，六个
10、电源输出变成是必要的。然而，各自具有被进一步说 明 书CN 102545558 A2/7页4隔离的下臂的电源系统通常用于容量相对较大(几万瓦或更多)的逆变器。在图5中，示出栅极驱动电源20，其配置为彼此隔离的六个输出。0007 在JP-A-2006-81232中，公开了一种将电力从彼此独立设置的变压器供应给多个功率晶体管11到16的驱动单元的栅极驱动系统。栅极驱动电源系统是一种每个变压器简单进行AC到AC转换的系统，这使得控制对每个变压器的操作不是必要的。因此，可使用彼此独立的变压器。0008 与此相比，在由图5所示的回扫转换器系统的上述电源供应电力的情况下，对每一个回扫转换器的开关操作的控制
11、是必要的，这些回扫转换器将电力供应给栅极驱动电路21到26。关于此，存在以下思路：提供一种像图5所示系统的系统，在该系统中一个反馈用辅助绕组Nc和栅极电源控制电路28被设置成用于表示多个回扫转换器，以由此同时控制所有开关操作。作为替代，与稍后将解释的图7所示的逆变器控制电路200相像地，可针对每个变压器设置反馈电路和控制电路以便于形成各个电源电路。0009 也通过隔离如以上所解释的其下臂，图5所示的栅极驱动电源20防止噪声电流经由接地线进入，从而变成一种防止逆变器模块1因噪声发生故障的系统。如JP-A-9-135574中所公开的，为了将隔离的电源输出供应给每个臂，在前已使用图5所示的多绕组变压
12、器T。0010 接着，将参考以下作出解释：在图6的基础上的以上所解释的栅极驱动电源20的工作原理，示出MOSFET中的操作信号的时序图，图5所示电路中U-相、V-相和W-相各自的上臂变压器的初级侧操作信号和次级侧操作信号。0011 在此，为了简化解释，关于多绕组变压器T的隔离输出，只示出三个上臂(Itu到Itw)的隔离输出。0012 在图6中，在时刻t1，从栅极电源控制电路28传送到MOSFET 27的栅极脉冲变成栅极脉冲指令导通。此时，激励电流It1开始在多绕组变压器T的初级绕组Np中流动。激励电流It1从0逐渐增加，由此激励能量被存储在变压器T的激励电感器中。0013 此后，在时刻t2，传
13、送到MOSFET 27的栅极脉冲变成栅极脉冲指令截止。此时，电流Itu、Itv和Itw分别在多绕组变压器T的次级绕组Ns1、Ns3和Ns5中以释放存储在多绕组变压器T中的能量的方向流动。0014 二极管D串联连接到多绕组变压器T的次级绕组Ns1到Ns6中的每一个。由此，进行增大连接到每一个隔离输出的负载以降低平滑电容器C的充电电压(即输出电压)的动作，以使电流优选流入具有降低输出电压的相(W相)中的部分。通过这种动作，对到栅极驱动单元21、23和25的输出电压进行校平。此外，通过使用辅助绕组Nc，检测输出电压，该输出电压被反馈回栅极电源控制电路28。以此方式，通过调节MOSFET 27的占空比
14、，可控制输出电压以达到指定值。0015 图7是示出具有针对每个隔离输出设置的各个电源控制电路的相关逆变器控制电路的电路图。0016 此处，通过省略图5所示的逆变器模块1，只示出逆变器控制电路200。采用一种各个栅极驱动单元21到26分别具有由独立变压器T1到T6隔离的相应主电源输入的方法。变压器T1到T6分别设置有栅极电源控制电路281到286，每一个变压器与开关器件和反馈用辅助绕组Nc一起形成各个电源控制电路。说 明 书CN 102545558 A3/7页50017 另外，图5所示的逆变器控制电路或图7所示的逆变器控制电路200被排列在逆变器模块1的单个控制电路衬底上。0018 专利文献1J
15、P-A-2006-812320019 专利文献2JP-A-9-1355740020 在包括栅极驱动单元21到26的逆变器控制电路100中，上面所解释的多绕组变压器T是部件尺寸比其他电子部件的部件尺寸大和重量比其他电子部件的重量重的部件。具体而言，如在图5所示的电路中，形成有一个多绕组变压器T的多输出电源导致部件的不均匀设置，其中在控制电路衬底上重量较重。由此，将这种逆变器控制电路100用于车载(car-mounted)逆变器因系统重心的偏移会引起对振动的耐受力降低的问题。0021 因此，为了改进对逆变器的振动的耐受力，存在一种以下思路：将变压器一分为六以在六个位置设置(可在四个位置设置)作为图
16、7所示的逆变器控制电路200中的变压器T1到T6，从而单独获得电源输出。此时，为了进行四种或六种输出电压控制操作，变压器T1到T6的每一个需要如图7所示的它自己的栅极电源控制电路，这引起部件数量增加的问题，从而不利地影响系统的成本和尺寸。0022 鉴于这些观点已作出本发明，其中目的在于，提供栅极驱动电源系统和逆变器控制电路，在栅极驱动电源系统和逆变器控制电路中针对各个电源电路各自的输出安排一个变压器，且此外，其各个电源电路的控制电路被集成为一个控制电路，以由此减少部件的数量。发明内容0023 在本发明中，为了解决上述问题，提供了一种用于逆变器的栅极驱动电源系统，该逆变器具有受开关控制的多个功率晶体管，用以将控制电力供应给针对多个功率晶体管设置的多个栅极驱动单元。栅极驱动电源系统包括：各自将电力从其次级绕组供应给其自己的栅极驱动单元的多个回扫变压器；以及用于使多个回扫转换器按照公共的时序进行开关操作的栅极电源控制电路，多个回
