CN101771335B - 一种直流变换器隔离驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直流变换器隔离驱动电路,涉及电路驱动技术领域。所述直流变换器隔离驱动电路包括:一隔离变压器、原边绕组、原边绕组驱动电路、同名端相反的第一副边绕组和第二副边绕组,以及第一开关管和第二开关管;第一副边绕组异名端与第一开关管源极相连,同名端经第一电阻与第一开关管漏极相连,第一副边绕组异名端经第一二极管与第一开关管栅极相连;第一副边绕组异名端连接第一二极管的阳极;第二副边绕组同名端与第二开关管源极相连,异名端经第二电阻与第二开关管漏极相连,第二副边绕组同名端经第二二极管与第二开关管栅极相连;第二副边绕组同名端连接第二二极管的阳极。整个电路拓扑简单,可靠性高,可以灵活的应用在多种场合。
Description
技术领域
本发明涉及电路驱动技术领域,特别涉及一种直流变换器隔离驱动电路。
背景技术
目前,半桥或全桥直流变换器的隔离驱动电路拓扑形式有很多,随着半桥或全桥直流变换器电路应用的进一步发展,对于隔离驱动电路提出了新的要求,其中既可以调频又可以调脉宽的隔离驱动电路越来越受到关注。
在实施本发明的过程中,发明人发现目前能够实现既可以调频又可以调脉宽的隔离驱动电路拓扑形式比较有限,其对驱动信号的抗干扰和控制时序要求通常很高,从而导致现有直流变换器隔离驱动电路可靠性低。因此,急需对现有既可以调频又可以调脉宽的隔离驱动电路进行改进,以提高其可靠性高,以适应不断提高的应用需求。
发明内容
本发明提供一种直流变换器隔离驱动电路,以提高直流变换器隔离驱动电路的可靠性和驱动能力。
一种直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,包括:一隔离变压器(T1)、原边绕组、原边绕组驱动电路、同名端相反的第一副边绕组和第二副边绕组,以及第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2);
所述第一副边绕组异名端与第一开关管源极相连,其同名端经第一电阻(R1)与第一开关管漏极相连,且第一副边绕组异名端经第一二极管(D1)与第一开关管栅极相连;其中第一副边绕组异名端连接第一二极管的阳极;
所述第二副边绕组同名端与第二开关管源极相连,其异名端经第二电阻(R5)与第二开关管漏极相连,且第二副边绕组同名端经第二二极管(D3)与第二开关管栅极相连;其中第二副边绕组同名端连接第二二极管的阳极。
优选的,还包括第三电阻(R3)和第四电阻(R7),
所述第三电阻连接于第一副边绕组异名端和第一开关管栅极之间,且与第一二极管并联;
所述第四电阻连接于第二副边绕组同名端和第二开关管栅极之间,且与第二二极管并联。
优选的,所述第三电阻和第四电阻均为可调电阻,通过调节第三电阻和第四电阻的阻值,来调节第一开关管和第二开关管的关断速度。
优选的,所述原边绕组驱动电路具体为原边绕组驱动芯片(U1)或推挽式原边绕组驱动电路。
优选的,所述第一开关管包括:第一N沟道MOS管,以及并联在第一N沟道MOS管漏极和源极的第三二极管(D2);
所述第二开关管包括:第二N沟道MOS管,以及并联在第二N沟道MOS管漏极和源极的第四二极管(D4)。
优选的,所述第一开关管和第二开关管设置于半桥或全桥直流变换器同一桥壁上。
优选的,还包括第五电阻(R4)和第六电阻(R8),所述第五电阻并联在第一副边绕组同名端和异名端之间,所述第六电阻并联在第二副边绕组同名端和异名端之间。
优选的,还包括并联连接的第一稳压管(DZ2)和第一电容(C1),以及并联连接的第二稳压管(DZ4)和第二电容(C2);
所述第一开关管的源极经所述第一稳压管和第一电容的并联电路接地;
所述第二开关管的源极经所述第二稳压管和第二电容的并联电路接地。
优选的,还包括并联在第一开关管漏极和地之间的第七电阻(R2),和并联在第二开关管漏极和地之间的第八电阻(R6)。
优选的,还包括与原边绕组串联连接的第三电容(C3)。
本发明提供的直流变换器隔离驱动电路,整个电路拓扑简单,可靠性高,可以灵活的应用在多种场合。进一步的,由于可以通过第三电阻R3和第四电阻R7的阻值,实现对第一开关管和第二开关管关断速度进行控制,因此,本发明还可以进一步提高反向关断电路的关断速度,进一步提高驱动能力。
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获得其他的附图。
图1为一种直流变换器隔离驱动电路图;
图2为本发明实施例提供的一种直流变换器隔离驱动电路图;
图3为本发明实施例提供的直流变换器隔离驱动电路工作波形图。
具体实施方式
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做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。
参见图1,为一种半桥或全桥直流变换器隔离驱动电路,其既可以调频又可以调脉宽,采用两个独立的驱动变压器T1和T2构成,驱动变压器原边由驱动芯片驱动或推挽电路构成,驱动信号和主电路隔离。原边驱动芯片输入信号GA和GB默认高电平,驱动芯片输出OUTA和OUTB也为高电平,同时为电容C1和C2充电,驱动变压器副边驱动电路Q1和Q2开通,两路驱动信号为低电平。当输入信号GA或GB为低电平时,对应的驱动信号输出为高电平。由于半桥或全桥电路同一桥臂两只开关管在任何时刻都不能直通,否则会损坏开关管,所以同一桥臂上下两只开关管的两个驱动波形必须有一定的死区时间。图1所示驱动电路的驱动信号受干扰或控制时序错乱同时为低电平,就会导致同一桥臂上下两只开关管直通,所以该驱动电路对驱动信号的抗干扰和控制时序要求非常高,从而导致其可靠性很低。
参见图2,本发明实施例提供一种直流变换器隔离驱动电路,包括:一隔离变压器T1、原边绕组、原边绕组驱动电路、同名端相反的第一副边绕组和第二副边绕组,以及第一开关管Q1和第二开关管Q2;
所述第一副边绕组异名端与第一开关管源极相连,其同名端经第一电阻R1与第一开关管漏极相连,且第一副边绕组异名端经第一二极管D1与第一开关管栅极相连;其中第一副边绕组异名端连接第一二极管的阳极;
所述第二副边绕组同名端与第二开关管源极相连,其异名端经第二电阻R5与第二开关管漏极相连,且第二副边绕组同名端经第二二极管D3与第二开关管栅极相连;其中第二副边绕组同名端连接第二二极管的阳极。
本发明实施例提供的半桥或全桥直流变换器隔离驱动电路,第一开关管和第二开关管设置于半桥或全桥直流变换器同一桥壁上。原边绕组驱动电路具体可以是原边绕组驱动芯片U1或推挽式原边绕组驱动电路(图2中仅示出以原边绕组驱动芯片作为原边绕组驱动电路的电路图)。隔离变压器T1副边由同名端相反的两个绕组(第一绕组和第二绕组)组成,分别控制同一桥臂的上下两个开关管的驱动信号DRA和DRB。
其中,第一开关管包括:第一N沟道MOS管,以及并联在第一N沟道MOS管漏极和源极的第三二极管(D2)。
所述第二开关管包括:第二N沟道MOS管,以及并联在第二N沟道MOS管漏极和源极的第四二极管(D4)。
B1为驱动芯片U1的供电电源;与原边绕组串联连接的电容C3为隔直电容,防止驱动变压器由于偏磁而饱和。
作为本发明实施例的可选器件,还包括第五电阻R4和第六电阻R8,R4并联在第一副边绕组同名端和异名端之间,R8并联在第二副边绕组同名端和异名端之间,R4和R8用来给隔离变压器T1中的剩余能量提供泄放通道。另外,还可以包括并联在第一开关管漏极和地之间的第七电阻R2,和并联在第二开关管漏极和地之间的第八电阻R6,电阻R2和R6用来确保半桥或全桥直流变换器一个桥臂的上下两个开关管上电工作前处于关断状态。
进一步的,本发明实施例提供的直流变换器隔离驱动电路还包括第三电阻(R3)和第四电阻(R7):
所述第三电阻连接于第一副边绕组异名端和第一开关管栅极之间,且与第一二极管并联;
所述第四电阻连接于第二副边绕组同名端和第二开关管栅极之间,且与第二二极管并联。
二极管D1和R3,D3和R7用来保证Q1和Q2开通速度比关断速度快,当Q1的栅极(G极)为高电平时,通过D1直接驱动,开通Q1;当Q1的栅极(G极)为低电平时,通过R3为Q1的驱动提供泄放通路。可以通过第三电阻R3和第四电阻R7的阻值,实现对第一开关管和第二开关管关断速度进行控制,R3的阻值越大,第一开关管的关断速度越快,同理,R7的阻值越大,第二开关管的关断速度越快。如果采用三极管实现反向关断的话,由于三极管的关断驱动能力不强,会导致关断速度不够快,比如在开关频率高于200KHz,直流变换器整机功率大于2KW应用时,关断损耗会很大,容易损坏。因此,本发明实施例采用开关管实现反向关断,尤其可以采用电阻R3和R7调整反向关断的速度,使得驱动能力大幅增强,经发明人试验可知,本发明实施例的驱动频率可关于500KHz,直流变换器整机功率可以超过10KW。
再进一步的,第三电阻和第四电阻均为可调电阻,通过调节第三电阻和第四电阻的阻值,来调节第一开关管和第二开关管的关断速度。通过调节电阻R3和R7的阻值,就可以调节Q1和Q2的关断时间。
参见图3,为本发明实施例提供的直流变换器隔离驱动电路的工作波形,其中:通道1为原边绕组驱动电路的输入信号GA的波形,通道2为原边绕组驱动电路的输入信号GB的波形,通道3为DRA的输出波形,通道4为DRB的输出波形。
该电路的基本工作原理如下:
(1)当驱动芯片U1输入信号GA为高电平,输入信号GB为低电平时,U1输出OUTA为高电平,U1输出OUTB为低电平,驱动变压器T1副边绕组同名端输出高电平经R1为半桥或全桥开关管提供正向驱动信号DRA,驱动变压器T1副边绕组同名端输出高电平经D3开通Q2,为半桥或全桥开关管提供负向关断信号DRB。
(2)当驱动芯片U1输入信号GA为低电平,输入信号GB为高电平时,U1输出OUTA为低电平,U1输出OUTB为高电平,驱动变压器T1副边绕组同名端输出高电平经R5为半桥或全桥开关管提供正向驱动信号DRB,驱动变压器T1副边绕组同名端输出高电平经D1开通Q1,为半桥或全桥开关管提供负向关断信号DRA。
(3)当驱动芯片U1输入信号GA和GB同时为低电平时,U1输出OUTA和OUTB都为低电平,驱动变压器T1不向副边传送能量,T1副边绕组同名端和异名端输出都为低电平,电容C1上存储的电荷经半桥或全桥开关管寄生电容、R1和D1为Q1提供正向驱动信号,Q1导通,DRA为低电平,半桥或全桥开关管关断,并维持关断状态,直至驱动芯片U1输入信号GA变为高电平。另一路驱动信号DRB工作原理相同。
(4)当驱动芯片U1输入信号GA和GB同时为高电平时,U1输出OUTA和OUTB输出都为低电平,驱动变压器T1不向副边传送能量,T1副边绕组同名端和异名端输出都为低电平,工作原理同(3)相同,半桥或全桥开关管处于关断状态,保证电路在异常工作时不损坏。
可见,本发明提供的直流变换器隔离驱动电路,既可以调频又可以调脉宽,并且整个电路拓扑简单,可靠性高,可以灵活的应用在多种场合。进一步的,由于可以通过第三电阻R3和第四电阻R7的阻值,实现对第一开关管和第二开关管关断速度进行控制,因此,本发明还可以进一步提高反向关断电路的关断速度,进一步提高驱动能力。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个......”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域普通技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,包括若干指令用以执行本发明各个实施例所述的方法。这里所述的存储介质,如:ROM/RAM、磁碟、光盘等。
本发明不局限于上述实施方式,任何人在本发明专利的启示下得出的其他任何与本发明专利相同或相近似的产品,均落在本发明专利的保护范围之内,比如箝位管的驱动电路可以增加稳压管等保护电路。
Claims (9)
1.一种直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,包括:一隔离变压器(T1)、原边绕组、原边绕组驱动电路、同名端相反的第一副边绕组和第二副边绕组,以及第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2);
所述第一副边绕组异名端与第一开关管源极相连,其同名端经第一电阻(R1)与第一开关管漏极相连,且第一副边绕组异名端经第一二极管(D1)与第一开关管栅极相连;其中第一副边绕组异名端连接第一二极管的阳极;
所述第二副边绕组同名端与第二开关管源极相连,其异名端经第二电阻(R5)与第二开关管漏极相连,且第二副边绕组同名端经第二二极管(D3)与第二开关管栅极相连;其中第二副边绕组同名端连接第二二极管的阳极;
还包括并联在第一开关管漏极和地DRA_GND之间的第七电阻(R2),和并联在第二开关管漏极和地DRB_GND之间的第八电阻(R6)。
2.根据权利要求1所述的直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,还包括第三电阻(R3)和第四电阻(R7),
所述第三电阻连接于第一副边绕组异名端和第一开关管栅极之间,且与第一二极管并联;
所述第四电阻连接于第二副边绕组同名端和第二开关管栅极之间,且与第二二极管并联。
3.根据权利要求2所述的直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,所述第三电阻和第四电阻均为可调电阻,通过调节第三电阻和第四电阻的阻值,来调节第一开关管和第二开关管的关断速度。
4.根据权利要求1所述的直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,所述原边绕组驱动电路具体为原边绕组驱动芯片(U1)或推挽式原边绕组驱动电路。
5.根据权利要求1所述的直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,所述第一开关管包括:第一N沟道MOS管,以及并联在第一N沟道MOS管漏极和源极的第三二极管(D2);
所述第二开关管包括:第二N沟道MOS管,以及并联在第二N沟道 MOS管漏极和源极的第四二极管(D4)。
6.根据权利要求1所述的直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,所述第一开关管和第二开关管设置于半桥或全桥直流变换器同一桥臂上。
7.根据权利要求1所述的直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,还包括第五电阻(R4)和第六电阻(R8),所述第五电阻并联在第一副边绕组同名端和异名端之间,所述第六电阻并联在第二副边绕组同名端和异名端之间。
8.根据权利要求1所述的直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,还包括并联连接的第一稳压管(DZ2)和第一电容(C1),以及并联连接的第二稳压管(DZ4)和第二电容(C2);
所述第一开关管的源极经所述第一稳压管和第一电容的并联电路接地DRA_GND;
所述第二开关管的源极经所述第二稳压管和第二电容的并联电路接地DRB_GND。
9.根据权利要求1所述的直流变换器隔离驱动电路,其特征在于,还包括与原边绕组串联连接的第三电容(C3)。
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