CN101651421B - 电源驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电源驱动电路，包括：脉冲变压电路、LC谐振回路、以及用于在LC谐振回路的谐振时控制开关管同频率开闭的同步控制电路、设于变压器次级的直流取样和分压取样回路；同步控制电路包括：单片机、PWM信号产生电路和与门电路；PWM信号产生电路与LC谐振回路并联，以产生与LC谐振回路的振荡频率相同的PWM信号；该PWM信号控制开关管反复在LC谐振回路的振荡波形中的正弦波的正半波上升沿的零电压时刻开启，并在该正半波下降沿的零电压时刻关闭，从而使开关管工作在接近零电压开启或关闭状态，大大减少了开关管的开关损耗和发热，节约了电能，且确保了其开关特性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源驱动电路，具体涉及采用电压共振的方法，产生可控驱动电流和电压，以作为电瓶充电、直流驱动的灯具等的电源驱动电路。
背景技术
中国专利ZL200610087237.3公开了一种蓄电池充电器，其通过单片机驱动VMOS开关管进行开关通断，将整流电路输出的直流高压变换为脉冲电压，变压器的次级得到较低的脉冲电压，经整流滤波后，向蓄电池充电。
上述现有技术的不足之处在于：VMOS开关管的通断直接由单片机输出的矩形波控制，从而使开关管在开启或关闭时的开启电压或关闭电压往往较高，导致开关损耗并使开关管发热严重，不仅浪费了电能，且能影响其开关特性和使用寿命，进而影响了整个充电器的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效降低开关管的开关损耗的电源驱动电路。
为解决上述技术问题，本发明的电源驱动电路包括：由整流电路、开关管和变压器构成的脉冲变压电路、由变压器的初级线圈及与其并联的谐振电容构成的LC谐振回路、以及用于在LC谐振回路的谐振时控制所述开关管同频率开闭的同步控制电路、设于所述变压器次级的直流取样和分压取样回路、以及设于所述变压器次级的波形整流滤波电路；同步控制电路包括：与直流取样和分压取样回路相连的单片机、PWM信号产生电路、以及与门电路；单片机具有与PWM信号产生电路相连的PWM脉宽控制端，用于根据由直流取样和分压取样回路测得的直流取样信号和电压分压取样信号控制所述PWM信号产生电路输出的PWM信号的占空比，以调整变压器次级回路中的电流和电压；PWM信号产生电路的输出端与所述与门电路的第一输入端相连，单片机还具有与所述与门电路的第二输入端相连的与门控制输出端，与门电路的输出端与开关管的栅极相连；PWM信号产生电路与所述LC谐振回路并联，以产生与LC谐振回路的振荡频率相同的PWM信号；该PWM信号控制开关管反复在所述LC谐振回路的振荡波形中的正弦波的正半波上升沿的零电压时刻开启，并在该正半波下降沿的零电压时刻关闭。
进一步，所述PWM信号产生电路包括：由第二电容、第二二极管、第九电阻和第一比较器构成的锯齿波发生电路、以及输出端与所述与门电路的第一输入端相连的第二比较器；第一比较器的两个输入端分别通过第一分压电路和第二分压电路并联于谐振电容两端，第二二极管的阴极与直流电源相连，第二二极管的阳极接第二比较器的反向输入端，第一比较器的输出端串接第二电容后接第二比较器的反向输入端，第九电阻与第二二极管并联，第二比较器的同向输入端与所述单片机的PWM脉宽控制端相连。
进一步，所述单片机的与门控制输出端经过第十四电阻串接第三二极管的阴极，第三二极管的阳极与所述与门电路的第二输入端相连，且与门电路的第二输入端与所述直流电源相连；第三二极管的阴极经第六电容与第一比较器的反向输入端相连。
进一步，所述电源驱动电路上电时，所述与门控制输出端产生一个电平由低到高的脉冲，经过第十四电阻和第六电容后产生一个高电平脉冲，使得第一比较器的反向输入端的电位抬高，从而使第二比较器的反向输入端的电位降低，并低于所述PWM脉宽控制端的电位，使第二比较器输出高电平，此时与门控制输出端呈高电平，使所述与门电路驱动开关管打开，使LC谐振回路开始振荡。
进一步，第一比较器的两输入端的电平随所述LC谐振回路的振荡而同频率变化，并不停地开关所述开关管(开关频率与LC谐振回路的振荡频率相同)，以使调整变压器的次级回路产生正常的驱动电压。
进一步，在所述与门控制输出端输出高电平供电一段时间后，与门控制输出端产生一定宽度的低电平，则所述LC谐振回路停止振荡，如此反复进行以产生蓄电池充电用停歇脉冲充电波形，从而将本电源驱动电路用作充电器。
本发明具有积极的效果：(1)本发明的同步控制电路，将LC谐振回路的谐振电压波形的正半波取出，以分别在正半波上升沿和下降沿的零电压时刻开闭开关管，从而使开关管工作在接近零电压开启或关闭状态，大大减少了开关管的开关损耗和发热，节约了电能，且确保了其开关特性和使用寿命；(2)本发明的PWM信号产生电路包括锯齿波产生电路，与PWM脉宽控制端D/A输出的模拟量比较后产生PWM波形，该波形经过与门电路驱动VMOS开关管给LC谐振回路提供能量；(3)本发明的直流取样和分压取样回路的分压值经过单片机采样后作为编程控制PWM脉宽控制端输出模拟量、改变第二比较器输出PWM占空比的依据；同时直流取样和分压取样回路通过第一电阻取样电流大小，经过运放放大后供单片机的模数转换端口采集，以编程控制PWM脉宽控制端的输出模拟量，并通过改变第二比较器输出的PWM信号的占空比来改变电流大小。
附图说明
图1为实施例中的电源驱动电路的结构框图；
图2为实施例中的电源驱动电路的电路原理图；
图3为实施例中的单片机工作时的程序框图；
图4为实施例中的单片机的与门控制输出端P1.0输出的电压波形、PWM信号产生电路输出的PWM信号的电压波形和开关管栅极的电压波形的关系图；
图5为实施例中的开关管栅极的电压波形和开关管漏极的电压波形的关系图。
具体实施方式
见图1-5，本发明的电源驱动电路包括：由整流电路1、开关管VMOS和变压器T构成的脉冲变压电路2、由变压器T的初级线圈及与其并联的谐振电容C3构成的LC谐振回路、以及用于在LC谐振回路的谐振时控制所述开关管VMOS同频率开闭的同步控制电路5、设于所述变压器T次级的直流取样和分压取样回路3、以及设于所述变压器T次级的波形整流滤波电路4。
波形整流滤波电路4的输出端(包括正极端X3和负极端X4)即为电源驱动电路的直流电源输出端。
同步控制电路5包括：与直流取样和分压取样回路3相连的单片机IC4、PWM信号产生电路、以及与门电路IC5；单片机IC4具有与PWM信号产生电路相连的PWM脉宽控制端D/A，用于根据由直流取样和分压取样回路3测得的直流取样信号和电压分压取样信号控制所述PWM信号产生电路输出的PWM信号的占空比，以调整变压器T次级回路中的电流和电压；PWM信号产生电路的输出端(即第二比较器IC2的输出端)与所述与门电路IC5的第一输入端相连，单片机IC4还具有与所述与门电路IC5的第二输入端相连的与门控制输出端P1.0，与门电路IC5的输出端与开关管VMOS的栅极相连；PWM信号产生电路与所述LC谐振回路并联，以产生与LC谐振回路的振荡频率相同的PWM信号；该PWM信号控制开关管VMOS反复在所述LC谐振回路的振荡波形中的正弦波的正半波上升沿的零电压时刻开启，并在该正半波下降沿的零电压时刻关闭。所述开关管可使用IGBT等元件。
所述PWM信号产生电路包括：由第二电容C2、第二二极管D2、第九电阻R9和第一比较器IC1构成的锯齿波发生电路、以及输出端与所述与门电路IC5的第一输入端相连的第二比较器IC2；第一比较器IC1的两个输入端分别通过第一分压电路(包括电阻R4、R5)和第二分压电路(包括电阻R6、R7)并联于谐振电容C3两端，第二二极管D2的阴极与直流电源VCC相连，第二二极管D2的阳极接第二比较器IC2的反向输入端，第一比较器IC1的输出端串接第二电容C2后接第二比较器IC2的反向输入端，第九电阻R9与第二二极管D2并联，第二比较器IC2的同向输入端与所述单片机IC4的PWM脉宽控制端D/A相连。
所述单片机IC4的与门控制输出端P1.0经过第十四电阻R14串接第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极与所述与门电路IC5的第二输入端相连，且与门电路IC5的第二输入端与所述直流电源VCC相连；第三二极管D3的阴极经第六电容C6与第一比较器IC1的反向输入端相连。
所述电源驱动电路上电时，所述与门控制输出端P1.0产生一个电平由低到高的脉冲，经过第十四电阻R14和第六电容C6后产生一个高电平脉冲，使得第一比较器IC1的反向输入端的电位抬高，从而使第二比较器IC2的反向输入端的电位降低，并低于所述PWM脉宽控制端D/A的电位，使第二比较器IC2输出高电平，此时与门控制输出端P1.0呈高电平，使所述与门电路IC5驱动开关管VMOS打开，使LC谐振回路开始振荡。
第一比较器IC1的两输入端的电平随所述LC谐振回路的振荡而同频率变化，并不停地开关所述开关管VMOS，以使调整变压器T的次级回路产生正常的驱动电压。
在所述与门控制输出端P1.0输出高电平供电一段时间后，与门控制输出端P1.0产生一定宽度的低电平，则所述LC谐振回路停止振荡，如此反复进行以产生蓄电池充电用停歇脉冲充电波形。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种电源驱动电路，其特征在于包括：由整流电路（1）、开关管（VMOS）和变压器（T）构成的脉冲变压电路（2）、由变压器（T）的初级线圈及与其并联的谐振电容（C3）构成的LC谐振回路、以及用于在LC谐振回路的谐振时控制所述开关管（VMOS）同频率开闭的同步控制电路（5）、设于所述变压器（T）次级的直流取样和分压取样回路（3）、以及设于所述变压器（T）次级的波形整流滤波电路（4）；
同步控制电路（5）包括：与直流取样和分压取样回路（3）相连的单片机（IC4）、PWM信号产生电路、以及与门电路（IC5）；
单片机（IC4）具有与PWM信号产生电路相连的PWM脉宽控制端（D/A），用于根据由直流取样和分压取样回路（3）测得的直流取样信号和电压分压取样信号控制所述PWM信号产生电路输出的PWM信号的占空比，以调整变压器（T）次级回路中的电流和电压；
PWM信号产生电路的输出端与所述与门电路（IC5）的第一输入端相连，单片机（IC4）还具有与所述与门电路（IC5）的第二输入端相连的与门控制输出端（P1.0），与门电路（IC5）的输出端与开关管（VMOS）的栅极相连；
PWM信号产生电路与所述LC谐振回路并联，以产生与LC谐振回路的振荡频率相同的PWM信号；该PWM信号控制开关管（VMOS）反复在所述LC谐振回路的振荡波形中的正弦波的正半波上升沿的零电压时刻开启，并在该正半波下降沿的零电压时刻关闭；
所述PWM信号产生电路包括：由第二电容（C2）、第二二极管（D2）、第九电阻（R9）和第一比较器（IC1）构成的锯齿波发生电路、第一分压电路、第二分压电路、以及输出端与所述与门电路（IC5）的第一输入端相连的第二比较器（IC2）；第一比较器（IC1）的两个输入端分别通过第一分压电路和第二分压电路并联于谐振电容（C3）两端，第二二极管（D2）的阴极与直流电源（VCC）相连，第二二极管（D2）的阳极接第二比较器（IC2）的反向输入端，第一比较器（IC1）的输出端串接第二电容（C2）后接第二比较器（IC2）的反向输入端，第九电阻（R9）与第二二极管（D2）并联，第二比较器（IC2）的同向输入端与所述单片机（IC4）的PWM脉宽控制端（D/A）相连。
2.根据权利要求1所述的电源驱动电路，其特征在于：所述单片机（IC4）的与门控制输出端（P1.0）经过第十四电阻（R14）串接第三二极管（D3）的阴极，第三二极管（D3）的阳极与所述与门电路（IC5）的第二输入端相连，且与门电路（IC5）的第二输入端与所述直流电源（VCC）相连；第三二极管（D3）的阴极经第六电容（C6）与第一比较器（IC1）的反向输入端相连。
3.根据权利要求2所述的电源驱动电路，其特征在于：所述电源驱动电路上电时，所述与门控制输出端（P1.0）产生一个电平由低到高的脉冲，经过第十四电阻（R14）和第六电容（C6）后产生一个高电平脉冲，使得第一比较器（IC1）的反向输入端的电位抬高，从而使第二比较器（IC2）的反向输入端的电位降低，并低于所述PWM脉宽控制端（D/A）的电位，使第二比较器（IC2）输出高电平，此时与门控制输出端（P1.0）呈高电平，使所述与门电路（IC5）驱动开关管（VMOS）打开，使LC谐振回路开始振荡。
4.根据权利要求1－3之一所述的电源驱动电路，其特征在于：第一比较器（IC1）的两输入端的电平随所述LC谐振回路的振荡而同频率变化，并不停地开关所述开关管（VMOS），以使调整变压器（T）的次级回路产生正常的驱动电压。
5.根据权利要求4所述的电源驱动电路，其特征在于：在所述与门控制输出端（P1.0）输出高电平供电一段时间后，与门控制输出端（P1.0）产生一定宽度的低电平，则所述LC谐振回路停止振荡，如此反复进行以产生蓄电池充电用停歇脉冲充电波形。
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