三、平衡桥电路
一、电路结构
由于平衡桥后要连接双T型桥逆变电路并联,这里采用平衡桥电路来稳定母线和中线的电压平衡,使正母线电压BUS+和负母线电压BUS-相对于中线的电压大小相等,极性相反,如+50V=BUS+,-50=BUS-。
平衡桥电路由两个电容串联在母线之间,同时利用两个IGBT和一个电感连接在电容的中心点,利用电感的充放电实现电容分压的平衡,具体电路如下:
二、驱动电路
平衡桥电路的两个IGBT组成半桥结构,这里采用的驱动芯片是ACPL-W340-500E,其为单路输出的IGBT驱动芯片,其引脚结构与分布如下:
引脚号 | 引脚名称 | 功能描述 |
---|---|---|
1 | VCC | 输出侧电源正极(工作电压范围:15V~30V) |
2 | VO | 门极驱动输出(轨到轨输出,峰值电流1.0A) |
3 | DESAT | 去饱和检测输入(用于IGBT过流保护) |
4 | VEE | 输出侧电源负极(接地) |
5 | ANODE | 输入侧LED阳极(需串联限流电阻)PWM信号正 |
6 | CATHODE | 输入侧LED阴极(控制信号接地端)PWM信号负,或接地 |
平衡桥驱动电路与上一篇文章中驱动电路类似,电容作用主要是为了稳压、滤波、加速IGBT开通、消除栅极电压尖峰等作用。
栅极和射极之间电阻的作用是为了防止在栅极悬空时集电极有高压接通,因为IGBT由米勒电容,会导致IGBT误导通,有烧坏IGBT的风险。此时在GE之间加一个几十k的电阻,可以为米勒电容提供放电回路,防止误导通。
其他电阻电容的作用可以看上篇文章,《二、PV升压电路》,这里不再赘述。
三、驱动供电电路
从平衡桥的驱动电路可以看出,其并没有为半桥驱动电路设计自举电路,而驱动芯片本身也并不是半桥驱动,此处使用驱动电源的特殊设计来实现上下桥的驱动。其驱动供电电路与PV升压电路中的boost驱动供电电路设计在一起,下面就具体分析一下。
1.电路拓扑
驱动供电使用的是反激变换器,其主绕组及原边回路相同,此时PV boost驱动电源和平衡桥驱动电源都从辅助绕组的12V输出引脚引出引出,在副边绕组侧进行整流稳压,从而得到需要的驱动供电电压。
2.副边电路分析
由于两个驱动供电电路的原边绕组相同,接下来就分析一下副边绕组的设计。
1.PV BOOST驱动供电电路
从原理图可以看出,从反激变换器副边12V绕组引过来的变化的交流电(不是正弦,参考反激变换器副边电压波形),首先经过D1、C1以及后续电容组成的滤波电路组成的整流电路,变为相对稳定的直流电;其中R1和R2组成放电电路,当下电时为电容提供续流回路,消耗电容能量。
之后为了得到-5V的负压,以GND为参考电位(此点接到IGBT的射极),正向电压15V,负压-5V,这是通过C2、C3、D2、D3和R3组成一个简易的“平衡桥”电路;通过稳压二极管D3(1SMA5929BT3G)可以调节电容柜C2和C3的电压,实现两个电容电压保持稳定,同时后续的C4~C9负责稳定C3和C2的电压,供给驱动电路稳定和干净的电压。
利用二极管D3将电容C2和C3中点与+15之间的电压稳定在15V,此时以GND为参考电位,绕组输出的两端母线电压分别为15v和-5V,母线之间电压为20V。
电阻R3为限流电阻,为稳压二极管D3提供合适的反向电流,防止电流过大,损坏稳压管。快恢复二极管D2是为了保护器件的栅极,起到钳位作用(D2功能不确定,仅供参考)。
D3的参数如下:
属性 | 参数值 |
---|---|
二极管配置 | 独立式 |
稳压值(标称值) | 15V |
反向电流(Ir) | 0.5uA@11.4V |
稳压值(范围) | 14.25V~15.75V |
耗散功率(Pd) | - |
阻抗(Zzt) | 2Ω |
此电路配合PV的所使用的单路驱动器,实现了对IGBT的驱动。如果有多路开关管要使用此电源供电,则需要多路电源供电,这是因为有负压驱动的存在,需要各个开关管的射极(源极)作为参看电位,因此使用过程中要进行思考是否需要负压关断功能。
2.平衡桥驱动电路供电
该驱动供电电路与上述BOOST驱动供电电路一致,都是利用IGBT的射极作为参考电位实现了负压关断,并没有涉及到自举驱动,负压更加稳定。