CN102045048A - 开关管驱动信号调节方法和装置、开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关管驱动信号调节方法，包括以下步骤：a.对流经开关管的电流进行采样；b.根据采样值对所述开关管的驱动信号电平进行相应的调整。还提供了一种开关管驱动信号调节装置，包括：电流采样单元，用于对流经开关管的电流进行采样；和驱动调整单元，用于根据采样值对所述开关管的驱动信号电平进行相应的调整，以达到最佳的电路工作效率。还提供了一种具有该调节装置的开关电源。本发明能最大化地降低开关电路的总体损耗，有效提高电路工作效率。

Description

开关管驱动信号调节方法和装置、开关电源

技术领域

本发明涉及开关电路，特别是涉及一种开关管驱动信号调节方法和装置，以及具有该调节装置的开关电源。

背景技术

现有的开关电源，广泛使用各种MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等开关管器件，这些开关器件工作在高频开关状态，需要一定的驱动电压，来开通这些开关器件。现有技术一般都是固定的驱动电压。在不同的驱动电压情况下，这些器件导通电阻或者导通压降不同。对于三极管来说，需要一定的基极电流来进行驱动，不同的基极电流下会有不同的源极电流。对于MOSFET同样如此。一个典型的MOSFET及其驱动电路如图1所示，包括MOSFETQ1和栅极驱动电阻R1。该电路典型的驱动电压如图2所示，图中Vdrv为驱动的平台电压。在每个开关周期，驱动电路都会产生一定的损耗，这个驱动损耗与驱动电压Vdrv相关：Vdrv越高，驱动损耗越大。一个典型的MOSFET驱动电压、MOSFET电阻的曲线如图3所示。从图中可以看出，驱动电压越高，则MOSFET电阻越小，在电路中工作时，主电路产生的损耗越小。可以看到，驱动本身的损耗和电路的工作损耗之间存在一定矛盾：驱动损耗增加，可能会导致电路工作损耗减小；驱动损耗减小，可能导致电路工作损耗增加。如何最大化地降低开关电路的损耗，提高电路的工作效率，是传统技术所面临的问题。

发明内容

本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种开关管驱动信号调节方法和装置，能获得最佳的电路工作效率。

本发明的另一目的是提供一种能达到开关电路最佳工作效率的开关电源。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种开关管驱动信号调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.对流经开关管的电流进行采样；

b.根据采样值对所述开关管的驱动信号电平进行相应的调整。

所述开关管可以为MOSFET，所述步骤a中，采样所述MOSFET的源极或漏极电流，所述步骤b中，当所述MOSFET的源极或漏极电流增大时，提高所述MOSFET的栅极驱动电压；当所述MOSFET的源极或漏极电流减小时，降低所述MOSFET的栅极驱动电压。

所述开关管可以为IGBT，所述步骤a中，采样所述IGBT的集电极或发射极电流，所述步骤b中，当所述IGBT的集电极或发射极电流增大时，提高所述IGBT的栅极驱动电压；当所述IGBT的集电极或发射极电流减小时，降低所述IGBT的栅极驱动电压。

所述开关管可以为三极管，所述步骤a中，采样所述三极管的集电极或发射极电流，所述步骤b中，当所述三极管的集电极或发射极电流增大时，提高所述三极管的基极驱动电流；当所述三极管的集电极或发射极电流减小时，降低所述三极管的基极驱动电流。

一种开关管驱动信号调节装置，其特征在于，包括：

电流采样单元，用于对流经开关管的电流进行采样；和

驱动调整单元，用于根据采样值对所述开关管的驱动信号电平进行相应的调整。

所述开关管可以为MOSFET，所述电流采样单元采样所述MOSFET的源极或漏极电流，所述驱动调整单元在所述MOSFET的源极或漏极电流增大时提高所述MOSFET的栅极驱动电压，在所述MOSFET的源极或漏极电流减小时降低所述MOSFET的栅极驱动电压。

所述开关管可以为IGBT，所述电流采样单元采样所述IGBT的集电极或发射极电流，所述驱动调整单元在所述IGBT的集电极或发射极电流增大时提高所述IGBT的栅极驱动电压，在所述IGBT的集电极或发射极电流减小时降低所述IGBT的栅极驱动电压。

优选地，所述驱动调整单元包括压控电压源和驱动电路，所述压控电压源用于根据来自电流采样单元的电流信号产生相应的电压信号，所述驱动电路用于根据所述电压信号调整所述栅极驱动电压。

所述开关管可以为三极管，所述电流采样单元采样所述三极管的集电极或发射极电流，所述驱动调整单元在所述三极管的集电极或发射极电流增大时提高所述三极管的基极驱动电流，在所述三极管的集电极或发射极电流减小时降低所述三极管的基极驱动电流。

优选地，所述驱动调整单元包括压控电压源和驱动电路，所述压控电压源用于根据来自电流采样单元的电流信号产生相应的电压信号，所述驱动电路用于根据所述电压信号调整所述基极驱动电流。

一种开关电源，包括开关管驱动信号调节装置，其包括：电流采样单元，用于对流经开关管的电流进行采样；和驱动调整单元，用于根据采样值对所述开关管的驱动信号电平进行相应的调整。

本发明有益的技术效果是：

根据本发明，在开关管工作时，对流经开关管的电流进行采样，并根据采样值对开关管的驱动信号电平进行相应的调整，这样可以将驱动信号电平调整到适当的大小，使得主电路产生的工作损耗和开关管的驱动损耗达到最优的配置关系，从而将不同工作电流下电路的总损耗降至最低，获得最佳的电路工作效率。

附图说明

图1为典型的MOSFET电路驱动示意图；

图2为典型的MOSFET电压波形图；

图3为典型的MOSFET驱动电压、MOSFET电阻曲线图；

图4为本发明的开关管驱动信号调节方法的流程图；

图5为开关管为MOSFET的实施例的流程图；

图6为MOSFET驱动电压的波形调节示意图；

图7为开关管为IGBT的实施例的流程图；

图8为开关管为三极管的实施例的流程图；

图9为本发明的开关管驱动信号调节装置的结构示意图；

图10为开关管为MOSFET或IGBT的实施例的调节装置的电路框图；

图11为开关管为三极管的实施例的调节装置的电路框图。

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。

具体实施方式

开关电源一般有不同的输出状态，在不同的工作状态下，开关管的工作电流不同。在特定的开关管工作电流下，如能相应地调整开关管的驱动信号，则可以使驱动损耗和工作损耗达到一个最优的关系，从而得到该工作状态下的一个最佳的电路工作效率。

请参考图4，本发明的开关管驱动信号调节方法包括以下步骤：

步骤a：对流经开关管的电流进行采样；

步骤b：根据采样值对开关管的驱动信号进行相应的调整，以达到最佳的电路工作效率。

在一些实施例中，开关管是MOSFET。请参考图5，步骤a1中，采样MOSFET的源极电流；步骤b1中，当MOSFET的源极电流增大时，提高MOSFET的栅极驱动电压，当MOSFET的源极电流减小时，降低MOSFET的栅极驱动电压。

图6展示了MOSFET的栅极驱动电压的调节波形，Vdrv、Vdrv1和Vdrv2分别为三个调节值，其中Vdrv代表获得最佳电路工作效率时所提供的栅极驱动电压。

在另一些实施例中，开关管是IGBT。请参考图7，步骤a2中，采样IGBT的集电极电流；步骤b2中，当IGBT的集电极电流增大时，提高IGBT的栅极驱动电压，当IGBT的集电极电流减小时，降低IGBT的栅极驱动电压。

在又一些实施例中，开关管是三极管。请参考图8，步骤a3中，采样三极管的集电极电流；步骤b3中，当三极管的集电极电流增大时，提高三极管的基极驱动电流，当三极管的集电极电流减小时，降低三极管的基极驱动电流。

在本发明的另一方面，还提供一种开关管驱动信号调节装置。如图9所示，该调节装置包括电流采样单元和驱动调整单元，其中，电流采样单元对流经开关管的电流进行采样，驱动调整单元则根据采样值对开关管的驱动信号进行相应的调整，以达到最佳的电路工作效率。

在开关管为MOSFET的实施例中，电流采样单元采样MOSFET的源极电流，驱动调整单元在MOSFET的源极电流增大时提高MOSFET的栅极驱动电压，在MOSFET的源极电流减小时降低MOSFET的栅极驱动电压。

在开关管为IGBT的实施例中，电流采样单元采样IGBT的集电极电流，驱动调整单元在IGBT的集电极电流增大时提高IGBT的栅极驱动电压，在IGBT的集电极电流减小时降低IGBT的栅极驱动电压。

如图10所示，优选地，驱动调整单元包括压控电压源和驱动电路，工作时，电流采样单元(即图示的电流采样电路)采集流经开关管Q1的电流，产生一电流信号并提供给压控电压源，压控电压源根据该电流信号产生相应的电压信号至驱动电路，驱动电路根据该电压信号对开关管Q1的栅极驱动电压进行相应调整。

在开关管为三极管的实施例中，电流采样单元采样三极管的集电极电流，驱动调整单元在三极管的集电极电流增大时提高三极管的基极驱动电流，在三极管的集电极电流减小时降低三极管的基极驱动电流。

如图11所示，优选地，驱动调整单元包括压控电压源和驱动电路，工作时，电流采样单元采集流经三极管Q2的电流，产生一电流信号并提供给压控电压源，压控电压源根据该电流信号产生相应的电压信号至驱动电路，驱动电路根据该电压信号对三极管Q2的基极驱动电流进行相应调整。

前述实施例中的压控电压源可以采用比较简单的模拟控制电路，也可以采用数字控制的根据某一策略变化的电压源。

在本发明的另一方面，还提供一种开关电源，其包括根据本发明的开关管驱动信号调节装置。具体在不同的实施例中，该开关电源的开关管驱动信号调节装置可以按照前述实施例的结构特点来设置。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种开关管驱动信号调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.对流经开关管的电流进行采样；

b.根据采样值对所述开关管的驱动信号电平进行相应的调整。

2.如权利要求1所述的调节方法，其特征在于，所述开关管为MOSFET，所述步骤a中，采样所述MOSFET的源极或漏极电流，所述步骤b中，当所述MOSFET的源极或漏极电流增大时，提高所述MOSFET的栅极驱动电压；当所述MOSFET的源极或漏极电流减小时，降低所述MOSFET的栅极驱动电压。

3.如权利要求1所述的调节方法，其特征在于，所述开关管为IGBT，所述步骤a中，采样所述IGBT的集电极或发射极电流，所述步骤b中，当所述IGBT的集电极或发射极电流增大时，提高所述IGBT的栅极驱动电压；当所述IGBT的集电极电流或发射极减小时，降低所述IGBT的栅极驱动电压。

4.如权利要求1所述的调节方法，其特征在于，所述开关管为三极管，所述步骤a中，采样所述三极管的集电极或发射极电流，所述步骤b中，当所述三极管的集电极或发射极电流增大时，提高所述三极管的基极驱动电流；当所述三极管的集电极或发射极电流减小时，降低所述三极管的基极驱动电流。

5.一种开关管驱动信号调节装置，其特征在于，包括：

电流采样单元，用于对流经开关管的电流进行采样；和

驱动调整单元，用于根据采样值对所述开关管的驱动信号电平进行相应的调整。

6.如权利要求5所述的调节装置，其特征在于，所述开关管为MOSFET，所述电流采样单元采样所述MOSFET的源极或漏极电流，所述驱动调整单元在所述MOSFET的源极或漏极电流增大时提高所述MOSFET的栅极驱动电压，在所述MOSFET的源极或漏极电流减小时降低所述MOSFET的栅极驱动电压。

7.如权利要求5所述的调节装置，其特征在于，所述开关管为IGBT，所述电流采样单元采样所述IGBT的集电极或发射极电流，所述驱动调整单元在所述IGBT的集电极或发射极电流增大时提高所述IGBT的栅极驱动电压，在所述IGBT的集电极或发射极电流减小时降低所述IGBT的栅极驱动电压。

8.如权利要求6或7所述的调节装置，其特征在于，所述驱动调整单元包括压控电压源和驱动电路，所述压控电压源用于根据来自电流采样单元的电流信号产生相应的电压信号，所述驱动电路用于根据所述电压信号调整所述栅极驱动电压。

9.如权利要求5所述的调节装置，其特征在于，所述开关管为三极管，所述电流采样单元采样所述三极管的集电极或发射极电流，所述驱动调整单元在所述三极管的集电极或发射极电流增大时提高所述三极管的基极驱动电流，在所述三极管的集电极或发射极电流减小时降低所述三极管的基极驱动电流。

10.如权利要求9所述的调节装置，其特征在于，所述驱动调整单元包括压控电压源和驱动电路，所述压控电压源用于根据来自电流采样单元的电流信号产生相应的电压信号，所述驱动电路用于根据所述电压信号调整所述基极驱动电流。

11.一种开关电源，其特征在于，包括开关管驱动信号调节装置，其包括：电流采样单元，用于对流经开关管的电流进行采样；和驱动调整单元，用于根据采样值对所述开关管的驱动信号电平进行相应的调整。

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