CN101064466A - 开关电源驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源驱动电路，包括开通电阻和快速关断支路，所述开通电阻的一端连接输入正端，另一端耦合到输出正端，所述快速关断支路并联在输出正端与输入负端之间，所述快速关断支路包括第二开关管和第一二极管，所述第二开关管的控制极耦合到输入正端，第一主电流导通极耦合到输出正端，第二主电流导通极连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极耦合到输入负端。本发明进一步加快了电路的关断速度，提高了电路的可靠性。

Description

开关电源驱动电路

【技术领域】

本发明涉及开关电源，尤其涉及开关电源的驱动电路。

【背景技术】

驱动电路作为开关电源中最重要的组成部分之一，对其快速、可靠、强驱动能力的要求是越来越高。所以作为驱动电路，必须满足以下几个基本要求：(1)输出的驱动波形必须满足要求；(2)具有一定的驱动能力；(3)尽可能快的开关速度；(4)可靠性高。为满足这些要求，现有的驱动技术也是采取了各种措施，包括直接驱动式，耦合驱动式，混合驱动式，以及专用芯片驱动电路。如图1所示为最传统的驱动电路，电阻R1为开通电阻，决定开关管S1的开通速度，电阻R2为关断电阻，决定开关管S1的关断速度。为提高图1所示驱动电路的关断速度，电路中增加一快速三极管S2，如图2所示，快速三极管S2在驱动波形为负向脉冲时，基极电平为低，射极电平为高，快速三极管S2迅速导通，通过电阻R3将开关管S1的基极电压拉低，使开关管S1快速关断。为提高驱动电路的抗干扰能力，避免开关管S1的误导，电路如图3所示，通过一个稳压二极管D2给开关管S1的基极电路提供一个负压，二极管D3的作用是阻断稳压二极管D2的放电回路，使稳压二极管D2保持稳压值。在关断时稳压二极管D2为开关管S1的基极电路提供一个负压，使开关管S1在很短的时间内迅速的退出导通状态，进入截止状态，缩短状态转换过程中的上升时间和下降时间，达到降低开关管S1集电极功耗的目的。但这种电路的缺点是：在关断时，开关管S1的基极被箝位在稳压二极管D2的负极电压上，在现实应用中，一般稳压二极管的箝位电压比较小，从而开关管S1的基极被箝位在一个比较小的负压上，一般为3V-5V，而实际应用中驱动波形中会有一些干扰，存在一些尖峰，这些尖峰的电压在高频时有可能超过稳压二极管的电压，很容易在关断时使开关管S1的基极为高电平，使开关管被误导通，影响开关管S1的可靠关断。所以这种电路的可靠性还有待改善。

【发明内容】

本发明的主要目的就是为了解决现有技术的问题，提供一种关断速度快、可靠性高的驱动电路，并且具有很强的实用性。

为实现上述目的，本发明公开了一种开关电源驱动电路，包括开通电阻和快速关断支路，所述开通电阻的一端连接输入正端，另一端耦合到输出正端，所述快速关断支路并联在输出正端与输入负端之间，所述快速关断支路包括第二开关管和第一二极管，所述第二开关管的控制极耦合到输入正端，第一主电流导通极耦合到输出正端，第二主电流导通极连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极耦合到输入负端。

本发明的优选方案是还包括并联在输出正端与输出负端之间的关断支路，所述关断支路包括第二电阻或还包括与第二电阻串联的第二二极管，所述第二二极管的阳极耦合到输出正端、阴极耦合到输入负端。

本发明的进一步改进是：还包括连接在输入正端和输出正端之间的第四电阻。

本发明的更进一步改进是：还包括连接在输入负端和输出负端之间的稳压二极管，所述稳压二极管的阳极连接输入负端，阴极连接输出负端。

本发明的有益效果是：1)通过在快速关断支路中加入一二极管，更提高了第一开关管的基极电路的负向电压，提高驱动电路的抗干扰能力，从而提高了驱动电路的可靠性。2)在输入正端和第一开关管的控制极之间增加一电阻作为第一开关管的放电回路，避免快速关断支路作为第一开关管的放电回路，保护了快速关断支路中的开关管。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是传统的驱动电路结构图；

图2是增加快速关断设计的驱动电路结构图；

图3是增加稳压管的驱动电路结构图；

图4是本发明一种实施例的电路原理图；

图5是本发明一种实施例中增加快速二极管的电路原理图；

图6、图7是本发明另两种实施例的电路结构图；

图8、图9、图10是本发明另外实施例的电路结构图；

图11是驱动波形图；

图12是本发明在开关电源中的连接图；

图13是本发明在多路驱动开关电源中的连接图。

【具体实施方式】

第二开关管S2可以为三极管或MOS管，当开关管为三极管时，其控制极是指三极管的基极，第一、二主电流导通极分别指三极管的发射极和集电极。当开关管为MOS管时，其控制极是指MOS管的栅极，第一、二主电流导通极分别指MOS管的源极和漏极。三极管可以为PNP型三极管，也可以为NPN型三极管，MOS管可以为N沟道MOS管，也可以为P沟道的MOS管，下面实施例中以第二开关管S2为PNP型三极管为例进行说明。

具体实施例一、如图4所示，开通电阻的一端连接输入正端IN+，另一端耦合到输出正端OUT+，为后续开关电路提供开通电压。快速关断支路2并联在输出正端OUT+和输入负端IN-之间，提高驱动电路的关断速度。快速关断支路2包括串联的第二开关管S2和第一二极管D4，第二开关管S2的基极耦合到输入正端IN+，发射极耦合到输出正端OUT+，集电极连接第一二极管D4的阳极，第一二极管D4的阴极连接输入负端IN-。在第二开关管S2基极和输入正端IN+之间也可以加一个电阻，用于限制第二开关管S2的基极回路电流。

为提高驱动电路的开通速度，可以增加一快速二极管，由开通电阻R1与快速二极管D1的阳极连接，组成开通支路，开通电阻R1连接输入正端IN+，快速二极管D1的阴极与输出正端OUT+连接，如图5所示。

本发明驱动电路的输出端可以连接变压器，也可以连接一开关电路，例如第一开关管S1，开关管可以为三极管或MOS管。本实施例的工作原理和下面的实施例以驱动电路的输出端连接第一开关管S1、第一开关管S1为一N沟道的MOS管为例进行说明，第一开关管S1的栅极连接驱动电路的输出正端OUT+，源极连接驱动电路的输出负端OUT-。

本实施例的工作原理是：如图11所示，上面的波形是驱动电路输入正端对输入负端的电压波形，下面的波形是驱动电路输出正端对输出负端的电压波形，当驱动波形为正向脉冲时，驱动电压通过开通电阻R1、快速二极管D1开通第一开关管S1；第二开关管S2反向偏置，处于关断状态；当驱动波形为负向脉冲时，下拉第二开关管S2的基极电平为低，射极电平为高，射基极PN结正偏，因此第二开关管S2能够迅速开通，将第一开关管S1的基极拉低为负电平，而第一二极管D4在关断时给第一开关管S1的基极电路提供一个负压，不但使第一开关管S1在很短的时间内迅速的关断，并且提高了第一开关管S1的基极电路负向电压，如果没有第一二极管D4，当驱动脉冲为负向脉冲时，下拉第二开关管S2的基极电平为低，射极电平为高，射基极PN结正偏，因此第二开关管S2能够迅速开通，将第一开关管S1的基极拉低为零电平。增加第一二极管D4，就可以发挥其正向导通，反向截止的功能，将第一开关管S1的基极在负向驱动脉冲时拉低为负电平，从而给第一开关管S1的基极电路提供一个负压，从而使当驱动波形中存在尖峰时，第一开关管S1的基极电路负向电压不容易被抵消掉，可以提高驱动电路的可靠性和抗干扰能力。

具体实施例二、如图6所示，在实施例一的基础上，快速关断支路2还包括第三电阻R3，第三电阻R3的一端连接输出正端OUT+，即第一开关管S1的栅极，另一端连接第二开关管S2的发射极。第二开关管S2在快速关断过程中，可能产生较大的尖峰电流，通过增加第三电阻R3，可以有效的减小该尖峰电流值，从而保护第二开关管S2不被损坏。

具体实施例三、在实施例一、二的基础上，增加了第一开关管S1的放电回路，该放电回路包括第四电阻R4，如图7所示，第四电阻R4连接在输入正端IN+和输出正端OUT+(即第一开关管S1的栅极)之间，即第四电阻R4与开通电阻R1和快速二极管D1的串联支路并联。调节第四电阻R4的阻值，可以改变向第一开关管S1的基极电路提供负压的速度，同时避免第二开关管S2开通时存在过大的开通尖峰电流，导致器件损坏。当驱动波形为正向脉冲时，由于开通电阻R1的阻值比第四电阻R4小很多，所以第一开关管S1的开通速度主要由开通电阻R1决定，驱动电压通过开通电阻R1、快速二极管D1及第四电阻R4开通第一开关管S1；第二开关管S2反向偏置，处于关断状态；当驱动波形为负向脉冲时，下拉第二开关管S2的基极电平为低，射极电平为高，射基极PN结正偏，因此第二开关管S2能够迅速开通，将第一开关管S1的基极拉低为负电平，可靠的关断开关管。而第四电阻R4能够给第一开关管S1的基极电荷提供一个放电回路，如果没有第四电阻R4，则第一开关管S1的基极电荷通过第二开关管S2的开通放电，第二开关管S2开通时就有可能存在过大的开通尖峰电流，而开关管一般耐尖峰电流的能力较差，所以导致器件容易损坏。所以增加第四电阻R4不但可以调节向第一开关管S1的基极电路提供负压的速度，同时保护了第二开关管S2。

第四电阻R4的取值应适中，因为如果第四电阻R4过小，其与开通电阻R1并联，使得开通电阻较小，影响了第一开关管S1的开通速度，同时也给第一开关管S1的基极提供了很小阻值的放电回路，影响了第二开关管S2的开通速度，即快速关断的功能。如果第四电阻R4过大，第一开关管S1关断时，其基极电荷主要通过第二开关管S2的开通放电，对第二开关管S2不利。

具体实施例四、在上述实施例的基础上，增加了关断支路1，关断支路1并联在输出正端OUT+和输出负端OUT-之间，即并联在第一开关管S1的栅极和源极之间，为第一开关管S1提供关断电压。关断支路1可以只是一个电阻，如图8、9中的第二电阻R2。关断支路1优选为包括串联的第二电阻R2和第二二极管D3，第二二极管D3的阳极与第二电阻R2相连，阴极接输出负端OUT-(即第一开关管S1的源极)；另外，第二二极管D3的阳极也可以与输出正端OUT+(即第一开关管S1的栅极)相连，阴极与第二电阻R2相连。关断支路主要有两个作用：第一，给第一开关管S1提供一个基极关断放电回路，避免第二开关管S2关断时出现大的尖峰电流；第二，可与下面实施例五中的稳压二极管D2配合，实现提供关断负压的功能，增强电路可靠性。

具体实施例五、在上述实施例的基础上增加了稳压二极管D2，如图10所示，稳压二极管D2的阴极与输出负端OUT-连接，在图10中是与第二二极管D3的阴极连接，阳极连接输入负端IN-。上述实施例已经可以使驱动电路有很好的可靠性，但在实际应用中，第一开关管S1作为一个有源开关器件，在关断时有一个基极电荷放电的过程，该过程会在关断后期引起一个基极电压平台，虽然该电压平台的电压值已经低于开关管最小开通电压，但如果在该电压平台的基础上出现一个干扰脉冲，就很容易引起开关管的误导通，因此增加一个稳压二极管D2，给第一开关管S1的关断提供一个固定的负压，去掉该关断电压平台，有效的防止干扰脉冲的影响，进一步提高电路可靠性。并且在驱动电路关断过程中，稳压二极管D2提供的负电压也可以起到加速关断第一开关管S1的作用。

上述实施例中，第一开关管S1为P沟道MOS管、第二开关管S2为NPN型三极管的工作原理相同，只是电路连接不同，第一开关管S1为P沟道MOS管时，其源极接后续电路的高电平端，漏极接输入负端。第二开关管S2为NPN型三极管时，其发射极接输入负端，集电极耦合到第一开关管S1的栅极。

如图12所示，为本发明应用在单路驱动电路的结构框图，脉冲发生器产生正负驱动脉冲，单路驱动电路(即本发明的驱动电路)将脉冲发生器的输出正负驱动脉冲转换成满足要求的开关管驱动脉冲。该驱动电路结构可以应用于单端正激，反激等直流变换电路中。

如图13所示，为本发明应用在为多路驱动电路的结构框图，脉冲发生器产生正负驱动脉冲，隔离驱动变压器将脉冲发生器输出的正负驱动脉冲转换成多路隔离的驱动脉冲，多路驱动电路中的每一路(即本发明的驱动电路)又将相互隔离的正负驱动脉冲转换成满足要求的开关管驱动脉冲。该驱动电路结构可以应用于半桥，全桥等直流变换电路中。

Claims (9)

1.一种开关电源驱动电路，包括开通电阻和快速关断支路，所述开通电阻的一端连接输入正端，另一端耦合到输出正端，所述快速关断支路并联在输出正端与输入负端之间，其特征在于：所述快速关断支路包括第二开关管和第一二极管，所述第二开关管的控制极耦合到输入正端，第一主电流导通极耦合到输出正端，第二主电流导通极连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极耦合到输入负端。

2.如权利要求1所述的开关电源驱动电路，其特征在于：所述第二开关管为PNP三极管，所述第一二极管的阳极与第二开关管的集电极相连，阴极与输入负端相连。

3.如权利要求2所述的开关电源驱动电路，其特征在于：所述快速关断支路还包括串联在第二开关管的发射极和输出正端之间的第三电阻。

4.如权利要求1所述的开关电源驱动电路，其特征在于：还包括并联在输出正端与输出负端之间的关断支路，所述关断支路包括第二电阻。

5.如权利要求4所述的开关电源驱动电路，其特征在于：所述关断支路还包括与第二电阻串联的第二二极管，所述第二二极管的阳极耦合到输出正端、阴极耦合到输入负端。

6.如权利要求1所述的开关电源驱动电路，其特征在于：还包括串联在开通电阻与输出正端之间的快速二极管，所述快速二极管的阳极接开通电阻，阴极连接输出正端。

7.如权利要求1至6中任一项所述的开关电源驱动电路，其特征在于：还包括连接在输入正端和输出正端之间的第四电阻。

8.如权利要求1至6中任一项所述的开关电源驱动电路，其特征在于：还包括连接在输入负端和输出负端之间的稳压二极管，所述稳压二极管的阳极连接输入负端，阴极连接输出负端。

9.如权利要求7所述的开关电源驱动电路，其特征在于：还包括连接在输入负端和输出负端之间的稳压二极管，所述稳压二极管的阳极连接输入负端，阴极连接输出负端。

Images