CN114296502B - 稳压电路、装置及功率器件驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳压电路、装置及功率器件驱动系统，该稳压电路通过稳压模块在所述负载的驱动电压异常时，输出状态调整信号至推挽输出模块；推挽输出模块在接收到所述状态调整信号时，根据所述状态调整信号调整推挽输出模块中三极管的状态；电压支撑模块根据三极管的状态对负载的驱动电压进行稳压。本发明通过在负载的驱动电压值异常时，对推挽输出模块与电压支撑模块组成的负载供电回路中三极管的状态进行调节，从而在负载两端电压值异常时，实现负载两端电压的精确稳压。

Description

稳压电路、装置及功率器件驱动系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种稳压电路、装置及功率器件驱动系统。

背景技术

中大功率变频器使用的功率器件(IGBT)通常需要用到驱动正负压来驱动，向功率器件施加驱动正压可使其开通，施加驱动负压可使其可靠关断，常见的驱动稳压电路使用稳压管等实现，参照图1，图1为本领域常用的稳压电路结构图。该驱动稳压电路无法实现稳压值的精准调节；且稳压电路的带载范围较窄，设计成较宽负载范围容易引起稳压值波动，使得其在中大功率变频器驱动中使用受限。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种稳压电路、装置及功率器件驱动系统，旨在解决现有技术中无法对稳压值精确调节的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种稳压电路，所述稳压电路包括：稳压模块、推挽输出模块、电压支撑模块和稳压检测模块；

所述稳压模块分别与电源以及所述推挽输出模块连接，所述电压支撑模块分别与所述推挽输出模块以及负载连接；所述稳压检测模块与所述稳压模块和负载连接；

所述稳压检测模块，用于对所述负载的驱动电压值进行检测，并在所述负载的驱动电压值异常时，输出所述电压值异常信号至所述稳压模块；

所述稳压模块，用于根据所述稳压检测模块反馈的电压值异常信号，输出状态调整信号至所述推挽输出模块；

所述推挽输出模块，用于在接收到所述状态调整信号时，根据所述状态调整信号调整所述推挽输出模块中三极管的状态；

所述电压支撑模块，用于根据所述三极管的状态对所述负载的驱动电压进行稳压。

可选地，所述稳压电路还包括：限流模块；其中，所述限流模块分别与所述稳压检测模块、所述稳压模块以及所述推挽输出模块连接；所述限流模块，用于与所述稳压模块共同承担所述电源的电压降，并限制流过所述稳压模块上的电流。

可选地，所述电压支撑模块包括：第一电容、第二电容以及第一电阻；

其中，所述第一电容的第一端与所述推挽输出模块连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端以及所述负载的负极连接，所述第一电容的第一端与所述电源正极连接，所述第二电容的第二端与所述电源负极连接。

可选地，所述推挽输出模块包括：第一三极管和第二三极管；

其中，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极端、所述稳压模块、所述稳压检测模块以及所述限流模块连接，所述第一三极管的集电极与所述电源以及所述第一电容的第一端连接，所述第一三极管的发射极与所述第一电阻的第一端以及所述第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的集电极与所述电源负极连接。

可选地，所述稳压检测模块包括：第二电阻和第三电阻；

其中，所述第二电阻的第一端分别与所述电源、所述第一三极管的集电极以及所述第一电容的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端以及所述稳压模块连接，所述第三电阻的第二端与所述第一三极管的基极、所述第二三极管的基极、所述稳压模块以及所述限流模块连接。

可选地，所述稳压模块包括：第一比较器、第三三极管以及第一二极管；

其中，所述第一比较器的第一输入端分别与所述第二电阻的第二端以及第三电阻的第一端连接，所述第一比较器的第二输入端与参考电源正极连接，所述参考电源负极与所述第三电阻的第二端、所述第一三极管的基极、第二三极管的基极、第三三极管的发射极、第一二极管的第一端以及所述限流模块连接，所述第一比较器的输出端与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极分别与所述电源以及第一二极管的第二端连接。

可选地，所述限流模块包括：第四电阻；

其中，所述第四电阻的第一端与所述第一比较器的参考电源负极、所述第三三极管的发射极、所述第三电阻的第二端、所述第一三极管的基极以及所述第二三极管的基极连接，所述第四电阻的第二端与所述电源负极连接。

为实现上述目的，本发明还提出一种稳压装置，所述稳压装置包括上述稳压电路。

为实现上述目的，本发明还提出一种功率器件驱动系统，所述功率器件驱动系统包括上述稳压装置。

在本发明提供了一种稳压电路、装置及功率器件驱动系统，该稳压电路通过稳压模块在所述负载的驱动电压异常时，输出状态调整信号至推挽输出模块；推挽输出模块在接收到所述状态调整信号时，根据所述状态调整信号调整推挽输出模块中三极管的状态；电压支撑模块根据三极管的状态对负载的驱动电压进行稳压。在本发明中，通过在负载的驱动电压值异常时，对推挽输出模块与电压支撑模块组成的负载供电回路中三极管的状态进行调节，从而在负载两端电压值异常时，实现负载两端电压的精确稳压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本领域常用的稳压、驱动电路结构图；

图2为本发明实施例提出的稳压电路第一实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例提出的稳压电路第一实施例的电路图；

图4为本发明实施例提出的稳压电路第一实施例中稳压模块的电路图；

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	稳压模块	R1～R5	第一至第五电阻
20	推挽输出模块	C1～C4	第一至第四电容
				30	电压支撑模块	D1	第一二极管
40	稳压检测模块	Q1～Q5	第一至第五三极管
				50	限流模块	VCC	电源正极
OUT	稳压模块的输出端	VEE	电源负极
				REF	稳压模块的输入端	H+、H-	高压电源的正极、负极
IGBT	IGBT晶体管

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图2，图2为发明提出的稳压电路第一实施例的结构示意图。基于图1，提出本发明稳压电路的第一实施例。

在本实施例中，所述稳压电路包括：稳压模块10、推挽输出模块20和电压支撑模块30和稳压检测模块40；

所述稳压模块10分别与电源VCC以及所述推挽输出模块20连接，所述电压支撑模块30分别与所述推挽输出模块20以及负载连接。

需要说明的是，负载主要是指中大功率变频器使用的功率器件，例如IGBT。不同的负载接入驱动电路正常驱动时，由于负载的具体参数并不相同，负载的开关过程可能会导致负载的驱动电压发生波动。

应理解的是，稳压模块10是用于对驱动电压进行稳定的模块。稳压模块10可以是可控精密稳压源TL431或TL432等。推挽输出模块20是用于调节驱动正压和驱动负压的模块。推挽输出模块20包括两个不同时导通的功率管，该功率管可以对输入信号进行放大。推挽输出模块20内部的功率管与电源VCC以及电压支撑电路之间形成完整的回路，控制电压支撑模块30中的电压。电压支撑模块30是用于对驱动电压波动进行平缓稳压的模块。在驱动电压过高时，可以通过电压支撑模块30与推挽输出模块20中一个功率管对驱动电压的过高电压进行释放；在驱动电压过低时，可以通过电压支撑模块30与推挽输出模块20中的另一个功率管对驱动电压进行电压补偿。

在本实施例中，所述稳压模块10可以在所述驱动电压异常时，输出状态调整信号至所述推挽输出模块20；所述推挽输出模块20可以在接收到所述状态调整信号时，根据所述状态调整信号调整所述推挽输出模块20中三极管的状态；所述电压支撑模块30可以根据所述三极管的状态对所述驱动电压进行稳压。例如在驱动电压增大时，状态调整信号可以控制推挽输出模块20中的一个三极管导通，对过高的电压进行释放制止驱动电压稳定。

其中，状态调整信号是对推挽输出模块20中的三极管的状态进行调节的信号。三极管的状态指输入或输出三极管的电流状态。例如在输出电流变大时，经过三极管放大得到的输出电流同样变大；在输入三极管的电流变小时，经过三极管放大得到的输出电流同样减小。

本实施例提供一种稳压电路，该稳压电路通过稳压模块在所述驱动电压异常时，输出状态调整信号至推挽输出模块；推挽输出模块在接收到所述状态调整信号时，根据所述状态调整信号调整推挽输出模块中三极管的状态；电压支撑模块根据三极管的状态对驱动电压进行稳压。在本实施例中，通过在驱动电压值异常时，对推挽输出模块与电压支撑模块组成的负载供电回路中三极管的状态进行调节，从而在驱动电压值异常时，实现精确稳压。

在本实施例中，所述驱动电压异常是由所述稳压检测模块40进行检测，所述稳压检测模块40分别与所述稳压模块10、所述推挽输出模块20以及负载连接。

需要说明的是，为了实现精准稳压还需要设置稳压检测模块40。稳压检测模块40可以实时的对电源VCC提供至驱动电压进行检测。在具体实施中，稳压检测模块40可以在电源VCC提供至负载的驱动电压产生波动的不稳定异常时，输出电压值异常信号至所述稳压模块10，稳压模块10在接收到所述电压值异常信号时，输出状态调整信号至所述推挽输出模块20。例如，在负载的驱动电压升高时，会直接导致稳压检测模块40中的部分元件的电压值升高，而与稳压模块10中的电压并未升高，此时稳压检测模块40可以向稳压模块10输出异常信号。

在本实施例中，所述稳压电路还包括：限流模块50；其中，所述限流模块分别与所述稳压检测模块、所述稳压模块以及所述推挽输出模块连接；所述限流模块与所述稳压模块共同承担所述电源的电压降，并限制流过所述稳压模块上的电流。

需要说明的是，在为负载进行驱动供电时，电源VCC输出的电源电压也可能存在一定的波动，从而导致输入至负载的驱动电压根据电源电压的波动进行波动。限流模块50可用于对所述稳压模块10进行限流，以确保负载的驱动电压值稳定。例如驱动负载的驱动正压电压为16V，而电源VCC提供的电压为20V，限流模块50会将多余的4V电压进行分压，当电源电压发生波动变为21V时，此时限流模块50会将多余的5V电压进行分压，以确定负载的驱动电压为16V。

在具体实施中，在电源电压发生波动时，导致负载的驱动电压值变化，所述限流模块50可以对所述稳压模块10进行限流，配合所述稳压模块10调节负载的驱动电压值，从而实现负载的驱动电压稳压。

参照图3，在本实施例中，所述电压支撑模块30包括：第一电容C1、第二电容C2以及第一电阻R1；

其中，所述第一电容C1的第一端与所述推挽输出模块20连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一电容C1的第二端、所述第二电容C2的第一端以及所述负载的负极连接，所述第一电容C1的第一端与所述电源正极VCC连接，所述第二电容C2的第二端所述电源负极VEE。

需要说明的是，第一电容C1和第二电容C2均为支撑电容。支撑电容不仅可以对流经的电压进行滤波，还可以输出短暂的大电流维持输出的稳定。第一电容C1两端的电压为电源VCC为所述负载提供的驱动电压。

在本实施例中，所述推挽输出模块20包括：第一三极管Q1和第二三极管Q2；

其中，所述第一三极管Q1的基极与所述第二三极管Q2的基极端、所述稳压模块10、所述稳压检测模块40以及所述限流模块50连接，所述第一三极管Q1的集电极与所述电源VCC以及所述第一电容C1的第一端连接，所述第一三极管Q1的发射极与所述第一电阻R1的第一端以及所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第二三极管Q2的集电极所述电源负极VEE。

需要说明的是，第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管。第一三极管Q1主要起对基极输入的电流进行放大作用，第一三极管Q1的基极输入的电流越大，发射极输出的电流越大，同理第一三极管Q1的基极电流越小，发射极输出的电流也就越小。第二三极管Q2工作原理与第一三极管Q1的工作原理相同。第二电极管Q2从发射极输入电流，基极与集电极输出电流。

在具体实施中，在第一电容C1两端的电压降低时，由于电源VCC提供的电源电压不变，第二电容C2两端的电压升高；稳压检测模块40检测到第一电容两端的电压降低，输出电压降低的异常信号至稳压模块10，稳压模块10控制输入第一三极管Q1的基极电流降低，通过第一三极管Q1为第二电容C2的充电电路内的电流降低，使第二电容C2的两端电压降低，从而使第一电容C1的两端电压升高实现稳压。在第一电容C1两端的电压升高时，稳压检测模块40检测到第一电容两端的电压升高，输出电压升高的异常信号至稳压模块10，稳压模块10根据该异常信号控制第二三极管Q2的基极电流增加，此时第一电容C1可以通过第四电阻R4以及第二三极管Q2形成的回路对多余的电流进行释放。

在本实施例中，所述稳压检测模块40包括：第二电阻R2和第三电阻R3；

其中，所述第二电阻R2的第一端分别与所述电源VCC、所述第一三极管Q1的集电极以及所述第一电容C1的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第三电阻R3的第一端以及所述稳压模块10连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第一三极管Q1的基极、所述第二三极管Q2的基极、所述稳压模块10以及所述限流模块50连接。

需要说明的是，第三电阻R3两端的电压便是输入稳压模块10的电压。第三电阻R3与第二电阻R2串联组成的支路的电压与第一电容C1上的电压相差一个第一三极管Q1的Vbe，即第一电容C1两端的电压发生变化时，第二电阻R2和第三电阻R3两端的电压均发生变化，实现对驱动电压值变化进行检测。

应理解的是，第三电阻R3两端的电压为输入稳压模块10的电压。第三电阻R3两端的电压越大稳压模块10控制第二三极管Q2的基极电流越大。当然第三电阻R3两端电压保持正常的稳定状态时，第三电阻R3两端的电流并不会流入稳压模块。

参照图4，在本实施例中，所述稳压模块10包括：第一比较器A1、第三三极管Q3以及第一二极管D1；

其中，所述第一比较器A1的第一输入端分别与所述第二电阻R2的第二端以及第三电阻R3的第一端连接，所述第一比较器A1的第二输入端与参考电源正极连接，所述参考电源负极分别与所述第三电阻R3的第二端、所述第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的基极、第三三极管Q3的发射极、第一二极管D1的第一端以及所述限流模块50连接，所述第一比较器A1的输出端与所述第三三极管Q3的基极连接，所述第三三极管Q3的集电极分别与所述电源VCC以及第一二极管D1的第二端连接。

需要说明的是，第一比较器A1的第一输入端与第三电阻R3的第一端连接，在第三电阻R3的两端电压低于第一比较器A1第二输入端的电压时，第一比较器A1减小输出电流信号至第三三极管Q3的基极。当第三电阻R3两端的电压大于第一比较器A1的第二输入端输入的电压时，第一比较器A1增大输出电流信号至第三三极管Q3的基极，并且第三电阻R3两端的电压值越大，第一比较器A1输出端会线性地调节所连接的第三三极管Q3的基极电流，从而使第三三极管Q3的集电极电流增大。参考电源REF是用于为第一比较器A1的第二输入端提供参考电压的电源，该参考电源REF可以输出是2.5V的参考电压。当然参考电压的具体值可以根据具体情况进行设置，此处不做具体限定。

应理解的是，当电源电压异常时，稳压模块10并不工作，当稳压模块10第一输入端的输入电压小于设定的工作电压时，此时稳压模通过电阻的分压关系始终保证负压存在，开关管类型的负载可以稳定的关断。

在本实施例中，所述限流模块50包括：第四电阻R4；

其中，所述第四电阻R4的第一端与所述第一比较器A1的参考电源负极、所述第三三极管Q3的发射极、所述第三电阻R3的第二端、所述第一三极管Q1的基极以及所述第二三极管Q2的基极连接，所述第四电阻R4的第二端与所述电源负极连接。

需要说明的是，在本实施例中，可以通过稳压模块10控制流经第四电阻R4的电流，改变第四电阻R4两端的电压，从而使第一电容C1两端的电压值稳定。

在具体实施中，以电源电压为20V进行距离说明。通过控制第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4的阻值大小，使得当电源电压为20V时，第三电阻R3上的压降恰好为2.5V。电源电压略低于20V时，稳压模块10的输入电压低于参考电压2.5V，稳压模块10不工作，第二电阻R2与第三电阻R3上的压降由分压产生，略低于15.5V，第四电阻R4上的电压略低于8.5V。当电源电压大于20V时，第三电阻R3上的电压由于分压关系大于2.5V，稳压模块10开始工作，将R2和R3上的压降稳压在15.5V，R1上的压降为8.5V。当电源电压大于20V且继续增大时，由稳压模块10中的第一比较器A1、第三三极管Q3可知，第一比较器A1的输出端会调节三极管的基极电流使得流过第三三极管Q3的电流会快速增大，反之会快速减小，从而达到稳定第二电阻R2与第三电阻R3之间压降在15.5V，多余的压降由第四电阻R4承担。

在本实施例中，通过控制三极管相关电极的输入电流，使三极管的输出电流发生改变从而控制第一电容以及第二电容两端的电压值保持稳定。通过三极管的放大作用，即使在电压值波动很小的情况下，也可以实现对精密的对负载的驱动电压进行稳压。

为实现上述目的，本发明还提出一种稳压装置，所述稳压装置包括如上述的稳压电路。该稳压电路的具体结构参照上述实施例，由于本稳压装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

为实现上述目的，本发明还提供了一种功率器件驱动系统，所述稳压装置包括如上述的稳压装置。该稳压装置的具体结构参照上述实施例，由于本功率器件驱动系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种稳压电路，其特征在于，所述稳压电路包括：稳压模块、推挽输出模块、电压支撑模块和稳压检测模块；

所述稳压模块分别与电源以及所述推挽输出模块连接，所述电压支撑模块分别与所述推挽输出模块以及负载连接；所述稳压检测模块与所述稳压模块和负载连接；

所述稳压检测模块，用于对所述负载的驱动电压值进行检测，并在所述负载的驱动电压值异常时，输出所述电压值异常信号至所述稳压模块；

所述稳压模块，用于根据所述稳压检测模块反馈的电压值异常信号，输出状态调整信号至所述推挽输出模块；

所述推挽输出模块，用于在接收到所述状态调整信号时，根据所述状态调整信号调整所述推挽输出模块中三极管的状态；

所述电压支撑模块，用于根据所述三极管的状态对所述负载的驱动电压进行稳压；

所述电压支撑模块包括：第一电容、第二电容以及第一电阻；

其中，所述第一电容的第一端与所述推挽输出模块连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端以及所述负载的负极连接，所述第一电容的第一端与所述电源正极连接，所述第二电容的第二端与所述电源负极连接。

2.如权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，所述稳压电路还包括：限流模块；

其中，所述限流模块分别与所述稳压检测模块、所述稳压模块以及所述推挽输出模块连接；

所述限流模块，用于与所述稳压模块共同承担所述电源的电压降，并限制流过所述稳压模块上的电流。

3.如权利要求2所述的稳压电路，其特征在于，所述推挽输出模块包括：第一三极管和第二三极管；

其中，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极端、所述稳压模块、所述稳压检测模块以及所述限流模块连接，所述第一三极管的集电极与所述电源以及所述第一电容的第一端连接，所述第一三极管的发射极与所述第一电阻的第一端以及所述第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的集电极与所述电源负极连接。

4.如权利要求3所述的稳压电路，其特征在于，所述稳压检测模块包括：第二电阻和第三电阻；

其中，所述第二电阻的第一端分别与所述电源、所述第一三极管的集电极以及所述第一电容的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端以及所述稳压模块连接，所述第三电阻的第二端与所述第一三极管的基极、所述第二三极管的基极、所述稳压模块以及所述限流模块连接。

5.如权利要求4所述的稳压电路，其特征在于，所述稳压模块包括：第一比较器、第三三极管以及第一二极管；

其中，所述第一比较器的第一输入端分别与所述第二电阻的第二端以及第三电阻的第一端连接，所述第一比较器的第二输入端与参考电源正极连接，参考电源负极与所述第三电阻的第二端、所述第一三极管的基极、第二三极管的基极、第三三极管的发射极、第一二极管的第一端以及所述限流模块连接，所述第一比较器的输出端与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极分别与所述电源以及第一二极管的第二端连接。

6.如权利要求5所述的稳压电路，其特征在于，所述限流模块包括：第四电阻；

其中，所述第四电阻的第一端与所述第一比较器的参考电源负极、所述第三三极管的发射极、所述第三电阻的第二端、所述第一三极管的基极以及所述第二三极管的基极连接，所述第四电阻的第二端与所述电源负极连接。

7.一种稳压装置，其特征在于，所述稳压装置包括权利要求1-6任一项所述的稳压电路。

8.一种功率器件驱动系统，其特征在于，所述功率器件驱动系统包括权利要求7所述的稳压装置。

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