[发明专利]一种用于多电平拓扑的阵列自举驱动电路

说明书

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种用于多电平拓扑的阵列自举驱动电路，包括两路辅助供电电源、自举驱动芯片、自举电容、主自举二极管和辅助自举二极管；主自举二极管采用级联连接结构，阳极连接低一级驱动芯片供电电源，阴极连接于所驱动的高端驱动芯片自举电容；辅助自举二极管采用直连结构，阳极连接至辅助供电电源，阴极连接至所驱动的高端驱动芯片自举电容；每级驱动芯片的主自举二极管和辅助自举二极管采用共阴极接法，构成阵列自举二极管网络。该阵列自举驱动电路无需增加额外的辅助供电电源，仅通过增加辅助自举二极管实现对自举电容的多回路供电，从而缓解高端驱动芯片电压跌落现象，实现对高端驱动芯片的可靠供电。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种用于多电平拓扑的阵列自举驱动电路。

背景技术

多电平拓扑电路可以减小功率开关管的电压应力、提高输出电流波形质量、减小无源器件体积，被广泛应用于高压大功率场合，如光伏发电、直流输电、高压直挂储能系统等。近年来，多电平拓扑被进一步用于低压领域，因为该拓扑可以显著减小滤波电感等无源器件体积，优化主回路开关管器件的选型，从而大幅提高变换器的效率和功率密度。然而，实现多电平输出所需要的功率开关管大部分均为浮动开关，即驱动电压没有固定的参考地电位，需要根据功率开关管的开关状态进行电位偏移，因此限制了多电平技术的发展。

针对多电平拓扑的驱动问题，目前国内外的解决方案主要分为两种：一是采用隔离电源供电，为每一个功率开关管提供一路隔离电源，这种方法供电可靠，但需要额外的供电电源，且效率较低、成本高昂，因而并不实用；另一种方法是采用级联自举驱动方案，该方案是传统自举驱动方案的改进，各驱动电路采用级联连接，由低一级自举电容为高端驱动芯片供电，该方法虽然减少了辅助电源需求，但由于自举二极管级联，每一级自举电路均会产生一定的电压损失，从而造成高端驱动芯片供电电压跌落的现象，当供电电压低于驱动芯片的欠压保护阈值时，驱动芯片将停止工作。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种多电平拓扑的栅极自举驱动电路。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于多电平拓扑的阵列自举驱动电路，包括N电平电路、两路辅助供电电源、2(N-1)个自举驱动芯片、2(N-1)个自举电容、2(N-2)个主自举二极管和2(N-3)个辅助自举二极管，N为正整数；

2(N-2)个主自举二极管采用级联连接结构，阳极连接低一级驱动芯片供电电源，阴极连接于所驱动的高端驱动芯片自举电容；

2(N-3)个辅助自举二极管采用直连结构，阳极连接至辅助供电电源，阴极连接至所驱动的高端驱动芯片自举电容；

每级驱动芯片的主自举二极管和辅助自举二极管采用共阴极接法，构成阵列自举二极管网络。

在上述用于多电平拓扑的阵列自举驱动电路中，阵列自举二极管网络根据主回路工作状态切换驱动供电回路；

所驱动开关管低一级的开关管开通，主自举二极管工作，低一级驱动芯片的自举电容向高端自举电容供电；

所驱动开关管至最低端开关管全部开通，辅助自举二极管工作，辅助供电电源向高端自举电容供电。

在上述用于多电平拓扑的阵列自举驱动电路中，N电平电路包括上桥臂和下桥臂，上桥臂包括N-1个功率开关管，下桥臂包括N-1个功率开关管；两路辅助电源的其中一路辅助电源连接于阵列自举电路直流侧负极，即主回路下桥臂最低端功率开关管，经阵列自举二极管网络，实现对下桥臂所有驱动芯片供电；另一路辅助电源连接至桥臂输出节点，即主回路上桥臂最低端功率开关管，经阵列自举二极管网络，实现对上桥臂所有驱动芯片供电。