CN102307003A - 一种功率开关管的隔离驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电气开关及开关电源领域，提供了一种功率开关管的隔离驱动电路。在本发明中，在现有的功率开关管的隔离驱动电路的基础上，通过增加功率开关管门级滤波电容及相应的加速关断放电通路，以此提高隔离驱动电路导通和关断时的可靠性和稳定性。加速关断放电通路是在门级滤波电容比较大时起作用的，在关断时让门级滤波电容迅速放电，避免门级电压下降缓慢引起MOSFET开关振荡的现象。门级滤波电容比较大时，门级电压会非常稳定，这对MOSFET是有好处的。并且，在输入信号为关闭状态时，通过加速关断放电通路，始终给MOSFET门级进行放电，使得门级电压不能累积，避免了需要关断的功率开关管误导通。

Description

一种功率开关管的隔离驱动电路

技术领域

本发明属于电气开关及开关电源领域，尤其涉及一种功率开关管的隔离驱动电路，具体涉及一种带加速关断通路的隔离驱动电路。

背景技术

对于用功率开关管进行电路开关的场合，由于应用场合要求或是出于电路安全考虑，需要对来自控制电路的驱动与功率开关管进行隔离。在保证长时间可靠开通关断的前提下，需要其驱动电路具有一定的开关速率。

现有技术中的功率开关管长时间开通关断的隔离型驱动电路结构如图1所示，包括：振荡器，驱动芯片或电路、原边隔直电容C1，原边限流电阻R1，驱动变压器T1，副边隔直电容C2，副边整流二极管D1、D2，滤波电容C3，电阻R2和R3。

在开关信号为打开功率开关管的信号时，所述振荡器发出的脉冲方波信号经过所述驱动芯片或电路、原边隔直电容C1和隔离驱动变压器T1传送到副边，再经过所述副边隔直电容C2和所述整流二极管D1、D2，滤波电容C3将方波整流成幅值近乎等于驱动器方波幅值的直流，从而使功率开关管M1导通。在开关信号为关闭功率开关管的信号时，驱动芯片或电路停止发出脉冲方波信号，变压器T1停止工作，滤波电容C3和功率开关管M1的门级寄生电容通过电阻R3放电，当M1门级电压降到开启阈值电平以下时，功率开关管关闭。

所述电阻R1用来调节变压器的驱动电流，防止因变压器原边电流过大引起变压器饱和；所述电阻R2的阻值很小，用来抑制线路等效电感产生的振荡；所述电阻R3的阻值很大，用来防止MOSFET门级因静电累积而误导通。

这种隔离驱动电路存在的技术问题是：振荡器产生的载波信号经过驱动芯片或电路、隔离变压器输出到副边后，由滤波电容C3和功率开关管的门级寄生电容进行滤波。如果总的滤波电容比较小，则门级驱动电压存在很大的纹波；如果加大总的滤波电容值，虽然门级驱动电压的纹波变小了，但由于在关断时只能通过电阻R2和电阻R3放电，而通常电阻R2的电阻值较大，门级电压下降非常缓慢，不仅使关断过程变慢，而且会引起功率开关管的电压或是电流振荡，从而增加故障发生的可能性。由于关断过程变慢，使得该驱动电路的开关速率也不能提到很高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种功率开关管的隔离驱动电路，旨在解决现有技术存在的功率开关管的关断过程较慢，容易发生故障的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种功率开关管的隔离驱动电路，所述电路包括产生载波信号的振荡器，与所述振荡器相连的逻辑选择电路，所述逻辑选择电路还分别与加速关断放电电路、开通隔离驱动电路相连，

所述开关信号经过逻辑选择电路，由逻辑选择电路同时控制开通隔离驱动电路和加速关断放电电路，当开关信号为开启功率开关管时，所述开通隔离驱动电路工作，输出高电平使得功率开关管开通，加速关断驱动电路关闭，所述隔离驱动电路的输入信号为关闭功率开关管时，所述开通隔离驱动电路停止工作，加速关断电路工作使得功率开关管门级电容迅速放电，使所述被驱动功率开关管迅速关闭。

进一步地，所述逻辑选择电路包括：非门、第一与门以及第二与门，所述非门的输入端接开关信号，所述第一与门的一个输入端与振荡器的输出端相连，另一输入端接非门的输出端，其输出端接开通隔离驱动电路，所述第二与门的一个输入端接振荡器的输出端，另一个输入端接开关信号，而第二与门的输出端接加速关断驱动电路。

进一步地，所述逻辑选择电路包括：

反相器、第一与门以及第二与门，所述反相器的输入端接开关信号，所述第一与门的一个输入端与振荡器的输出端相连，另一输入端接开关信号，其输出端接开通隔离驱动电路，所述第二与门的一个输入端接振荡器的输出端，另一个输入端接反相器的输出端，而第二与门的输出端接加速关断驱动电路。

进一步地，所述加速关断驱动电路包括：第二驱动芯片或电路、隔直电容C4、限流电阻R5、变压器T2，整流二极管D3、限流电阻R6、电阻R7、放电功率管Q1以及放电限流电阻R4，

所述变压器T2的原边接第二驱动芯片或电路，隔直电容C4，限流电阻R5，并且第二驱动芯片或电路接到第二与门的输出端，所述变压器T2的副边通过整流二极管D3，限流电阻R6 驱动所述放电功率管Q1，所述放电功率管Q1和放电限流电阻R4串联后接到所述副边滤波电容C3两端，电阻R7接放电功率管Q1的门级。

进一步地，所述加速关断驱动电路包括：

第二驱动芯片或电路、隔直电容C4、限流电阻R5、变压器T2，电容C5、整流二极管D3、电阻R7、放电功率管Q1以及放电限流电阻R4，

所述变压器T2的原边接第二驱动芯片或电路，隔直电容C4，限流电阻R5，并且第二驱动芯片或电路接到第二与门的输出端，所述变压器T2的副边通过电容C5及整流二极管D3驱动所述放电功率管Q1，所述放电功率管Q1和放电限流电阻R4串联后接到所述副边滤波电容C3两端，电阻R7接放电功率管Q1的门级。

进一步地，所述开通隔离驱动电路包括：第一驱动芯片或电路、电容C1、电阻R1、变压器T1、电容C2、二极管D1、二极管D2、电容C3、电阻R2以及电阻R3，

所述变压器T1的原边分别接电阻R1、电容C1以及第一驱动芯片或电路，所述第一驱动芯片或电路与第一与门的输出端相连，所述变压器T1的副边接二极管D1、电容C3、电阻R3，所述C2的一端接D1的输出端，另一端接T1的副边，所述D2的输入端接D1的输出端，所述D2的输出端接R2的一端，R2的另一端接R3。

在本发明的实施例中，在现有的功率开关管的隔离驱动电路的基础上，通过增加功率开关管门级滤波电容及相应的加速关断放电通路，以此提高隔离驱动电路导通和关断时的可靠性和稳定性。加速关断放电通路是在门级滤波电容比较大时起作用的，在关断时让门级滤波电容迅速放电，避免门级电压下降缓慢引起MOSFET开关振荡的现象。门级滤波电容比较大时，门级电压会非常稳定，这对MOSFET是有好处的。如果门级电容非常小，门级电压纹波会非常大，引起MOSFET开关不稳定的现象发生。并且，在输入信号为关闭状态时，通过加速关断放电通路，始终给MOSFET门级进行放电，使得门级电压不能累积，进而避免了需要关断的功率开关管误导通。

附图说明

图1是现有技术提供的功率开关管的隔离驱动电路的电路图；

图2是本发明实施例提供的功率开关管的隔离驱动电路的结构框图；

图3是本发明第一实施例提供的功率开关管的隔离驱动电路的电路图；

图4是本发明第二实施例提供的功率开关管的隔离驱动电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2-3，示出了本发明实施例提供的功率开关管的隔离驱动电路，外部的控制电路将控制功率开关管M1开通或关断的开关信号输出到本隔离驱动电路的输入端。

该功率开关管的隔离驱动电路包括产生载波信号的振荡器，与所述振荡器相连的逻辑选择电路，所述逻辑选择电路还分别与加速关断放电电路、开通隔离驱动电路相连。

所述开关信号经过逻辑选择电路，由逻辑选择电路同时控制开通隔离驱动电路和加速关断放电电路，当开关信号为开启功率开关管时，所述开通隔离驱动电路工作，输出高电平使得功率开关管开通，加速关断驱动电路关闭，所述隔离驱动电路的输入信号为关闭功率开关管时，所述开通隔离驱动电路停止工作，加速关断电路工作使得功率开关管门级电容迅速放电，使所述被驱动功率开关管迅速关闭。

参阅图3，该逻辑选择电路包括非门，第一与门、第二与门。非门的输入端接开关信号。第一与门的一个输入端与振荡器的输出端相连，另一输入端接非门的输出端，其输出端接开通隔离驱动电路。第二与门的一个输入端接振荡器的输出端，另一个输入端接开关信号，而第二与门的输出端接加速关断驱动电路。

作为本发明的实施例，该加速关断驱动电路包括：第二驱动芯片或电路、隔直电容C4、限流电阻R5、变压器T2，整流二极管D3、限流电阻R6、电阻R7、放电功率管Q1以及放电限流电阻R4。放电功率管Q1由变压器T2驱动。

所述变压器T2的原边接第二驱动芯片或电路，隔直电容C4，限流电阻R5，并且第二驱动芯片或电路接到第二与门的输出端。所述变压器T2的副边通过整流二极管D3，限流电阻R6 驱动所述放电功率管Q1。所述放电功率管Q1和放电限流电阻R4串联后接到所述副边滤波电容C3两端，电阻R7接放电功率管Q1的门级，防止因静电累积使得放电功率管Q1误导通。

所述开通隔离驱动电路包括：第一驱动芯片或电路、电容C1、电阻R1、变压器T1、电容C2、二极管D1、二极管D2、电容C3、电阻R2以及电阻R3，

在本发明的实施例中，所述变压器T1的原边分别接电阻R1、电容C1以及第一驱动芯片或电路。所述第一驱动芯片或电路与第一与门的输出端相连，所述变压器T1的副边接二极管D1、电容C3、电阻R3。所述C2的一端接D1的输出端，另一端接T1的副边，所述D2的输入端接D1的输出端，所述D2的输出端接R2的一端，R2的另一端接R3。

参阅图4，在本发明的另一实施例中，所述逻辑选择电路包括：反相器、第一与门以及第二与门。所述反相器的输入端接开关信号，所述第一与门的一个输入端与振荡器的输出端相连，另一输入端接开关信号，其输出端接开通隔离驱动电路，所述第二与门的一个输入端接振荡器的输出端，另一个输入端接反相器的输出端，而第二与门的输出端接加速关断驱动电路。

在该实施例中，所述加速关断驱动电路包括：第二驱动芯片或电路、隔直电容C4、限流电阻R5、变压器T2，电容C5、整流二极管D3、电阻R7、放电功率管Q1以及放电限流电阻R4。

所述变压器T2的原边接第二驱动芯片或电路，隔直电容C4，限流电阻R5，并且第二驱动芯片或电路接到第二与门的输出端，所述变压器T2的副边通过电容C5及整流二极管D3驱动所述放电功率管Q1，所述放电功率管Q1和放电限流电阻R4串联后接到所述副边滤波电容C3两端，电阻R7接放电功率管Q1的门级。

本发明所述带加速关断通路的隔离驱动电路的工作原理如下：

以图4为例，假定所述开关信号为高电平时代表开启功率开关管M1，而低电平代表关闭功率开关管M1。当所述输入开关信号为高电平时，振荡器的输出波形经过与门传递到第一驱动芯片或电路，第一驱动芯片或电路通过隔直电容C1，限流电阻R1驱动变压器T1传递电压信号，变压器T1副边绕组通过隔直电容C2，整流二极管D1，D2，滤波电容C3产生一个直流电压加在功率开关管M1的门级，使得M1开通。此时，开关信号经过非门后为低电平，载波信号不能通过第二与门接到第二驱动芯片或电路上，加速关断驱动电路不能工作，放电功率管C3截止。

    当所述开关信号为低电平时，振荡器的输出波形不能经过第一与门传递到第一驱动芯片或电路，开通隔离驱动电路停止工作。此时，非门输出为高电平，载波信号通过第二驱动芯片或电路，隔直电容C4，限流电阻R5，驱动变压器T2传递电压信号，变压器T2副边绕组通过二极管D3，电容C5驱动放电功率管Q1，所述放电功率管Q1支路导通，滤波电容C3及功率开关管M1的门级寄生电容所储存的电荷通过电阻R3，电阻R2以及Q1支路迅速放电，从而使得功率开关管M1迅速关断。因为开通隔离驱动电路和加速关断驱动电路完全是互补的工作方式，这样使得整个驱动电路可以做到很高的开关速率。

   图3和图4的逻辑选择单元为反逻辑，即开通和关断信号的有效电平相反，但其原理是一样的。

使用本发明的驱动电路后，驱动关断波形有了明显改善，当开关信号的频率由小到大循环变化时，驱动电路的输出波形很好的跟随了输入开关信号的脉冲波形。

在本发明的实施例中，在现有的功率开关管的隔离驱动电路的基础上，通过增加功率开关管门级滤波电容及相应的加速关断放电通路，以此提高隔离驱动电路导通和关断时的可靠性和稳定性。加速关断放电通路是在门级滤波电容比较大时起作用的，在关断时让门级滤波电容迅速放电，避免门级电压下降缓慢引起MOSFET开关振荡的现象。门级滤波电容比较大时，门级电压会非常稳定，这对MOSFET是有好处的。如果门级电容非常小，门级电压纹波会非常大，引起MOSFET开关不稳定的现象发生。并且，在输入信号为关闭状态时，通过加速关断放电通路，始终给MOSFET门级进行放电，使得门级电压不能累积，进而避免了需要关断的功率开关管误导通。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种功率开关管的隔离驱动电路，其特征在于，所述电路包括产生载波信号的振荡器，与所述振荡器相连的逻辑选择电路，所述逻辑选择电路还分别与加速关断放电电路、开通隔离驱动电路相连，

所述开关信号经过逻辑选择电路，由逻辑选择电路同时控制开通隔离驱动电路和加速关断放电电路，当开关信号为开启功率开关管时，所述开通隔离驱动电路工作，输出高电平使得功率开关管开通，加速关断驱动电路关闭，所述隔离驱动电路的输入信号为关闭功率开关管时，所述开通隔离驱动电路停止工作，加速关断电路工作使得功率开关管门级电容迅速放电，使所述被驱动功率开关管迅速关闭。

2.根据权利要求1所述的功率开关管的隔离驱动电路，其特征在于，所述逻辑选择电路包括：非门、第一与门以及第二与门，所述非门的输入端接开关信号，所述第一与门的一个输入端与振荡器的输出端相连，另一输入端接非门的输出端，其输出端接开通隔离驱动电路，所述第二与门的一个输入端接振荡器的输出端，另一个输入端接开关信号，而第二与门的输出端接加速关断驱动电路。

3.根据权利要求1所述的功率开关管的隔离驱动电路，其特征在于，所述逻辑选择电路包括：

反相器、第一与门以及第二与门，所述反相器的输入端接开关信号，所述第一与门的一个输入端与振荡器的输出端相连，另一输入端接开关信号，其输出端接开通隔离驱动电路，所述第二与门的一个输入端接振荡器的输出端，另一个输入端接反相器的输出端，而第二与门的输出端接加速关断驱动电路。

4.根据权利要求1所述的功率开关管的隔离驱动电路，其特征在于，所述加速关断驱动电路包括：第二驱动芯片或电路、隔直电容C4、限流电阻R5、变压器T2，整流二极管D3、限流电阻R6、电阻R7、放电功率管Q1以及放电限流电阻R4，

所述变压器T2的原边接第二驱动芯片或电路，隔直电容C4，限流电阻R5，并且第二驱动芯片或电路接到第二与门的输出端，所述变压器T2的副边通过整流二极管D3，限流电阻R6 驱动所述放电功率管Q1，所述放电功率管Q1和放电限流电阻R4串联后接到所述副边滤波电容C3两端，电阻R7接放电功率管Q1的门级。

5.根据权利要求1所述的功率开关管的隔离驱动电路，其特征在于，所述加速关断驱动电路包括：

第二驱动芯片或电路、隔直电容C4、限流电阻R5、变压器T2，电容C5、整流二极管D3、电阻R7、放电功率管Q1以及放电限流电阻R4，

所述变压器T2的原边接第二驱动芯片或电路，隔直电容C4，限流电阻R5，并且第二驱动芯片或电路接到第二与门的输出端，所述变压器T2的副边通过电容C5及整流二极管D3驱动所述放电功率管Q1，所述放电功率管Q1和放电限流电阻R4串联后接到所述副边滤波电容C3两端，电阻R7接放电功率管Q1的门级。

6.根据权利要求1所述的功率开关管的隔离驱动电路，其特征在于，所述开通隔离驱动电路包括：第一驱动芯片或电路、电容C1、电阻R1、变压器T1、电容C2、二极管D1、二极管D2、电容C3、电阻R2以及电阻R3，

所述变压器T1的原边分别接电阻R1、电容C1以及第一驱动芯片或电路，所述第一驱动芯片或电路与第一与门的输出端相连，所述变压器T1的副边接二极管D1、电容C3、电阻R3，所述C2的一端接D1的输出端，另一端接T1的副边，所述D2的输入端接D1的输出端，所述D2的输出端接R2的一端，R2的另一端接R3。

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