CN102983752B - 快速启动栅极驱动装置及其控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种快速启动栅极驱动装置及其控制模块，该栅极驱动装置包括：控制电路，具有电源端口并经由第一电容接地，根据所述电源端口电压的检测结果产生开关切换信号；变压器，其初级绕组的同名端接收输入信号，其辅助绕组的异名端经由第一二极管连接至电源端口，其辅助绕组的同名端接地，其中第一二极管的正极连接辅助绕组的异名端，第一二极管的负极连接电源端口；开关管，其输入端连接初级绕组的异名端；开关电路，在开关切换信号的控制下，将开关管的控制端切换为接收输入信号或者接收控制电路输出的驱动信号，将开关管的输出端切换为连接控制电路的片选端口或连接控制电路的电源端口。本发明能够缩短栅极驱动装置的启动时间。

Description

快速启动栅极驱动装置及其控制模块

技术领域

本发明涉及一种快速启动栅极驱动装置及其控制模块。

背景技术

图1为传统的栅极驱动控制系统，包括电阻R1、电容C1、二极管D1、电阻R2、电阻R3、变压器T1（包括原边绕组，副边绕组及辅助绕组）、MOS管M1、电阻R4，二极管D2、输出电容C2、LED灯以及控制电路11。其中，电阻R1的一端接输入电压Vin，R1的另一端与电容C1的一端、二极管D1的一端以及控制电路的电源端口VCC相连。电容C1的另一端接地，二极管D1的另一端接变压器T1的辅助绕组以及电阻R2的一端，变压器T1的辅助绕组的另一端接地，电阻R2的另一端接控制电路11的反馈端口FB，并且与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地。变压器T1的原边绕组一端接输入电压Vin，另一端接MOS管M1的漏端，MOS管M1的栅端接控制电路11的驱动信号输出端口DRV，MOS管M1的源端接控制电路11的片选端口CS，并且与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端接地。变压器T1的副边绕组的一端接二极管D2的正极，二极管D2的负极接输出电容C2的一端，并且与负载LED灯的一端相连，电容C2的另一端与负载LED灯的另端接在一起，共地。

图1所示的恒流驱动控制系统，由于需要给控制电路11及驱动电路供电，因此电容C1的电容值通常比较大，使得系统在启动时启动时间较长，特别是在90V下启动时，启动时间往往会大于1S。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种快速启动栅极驱动装置及其控制模块，能够缩短启动时间。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种快速启动栅极驱动装置，包括：

控制电路，所述控制电路具有电源端口，所述电源端口经由第一电容接地；

变压器，其初级绕组的同名端接收输入信号，其辅助绕组的异名端经由第一二极管连接至所述电源端口，其辅助绕组的同名端接地，其中第一二极管的正极连接所述辅助绕组的异名端，所述第一二极管的负极连接所述电源端口；

开关管，其输入端连接所述初级绕组的异名端；

其中，所述控制电路还检测所述电源端口的电压，并根据检测结果产生开关切换信号；所述快速启动栅极驱动装置还包括：

开关电路，在所述开关切换信号的控制下，将所述开关管的控制端切换为接收所述输入信号或者接收所述控制电路输出的驱动信号，将所述开关管的输出端切换为连接所述控制电路的片选端口或连接所述控制电路的电源端口。

根据本发明的一个实施例，在所述电源端口的电压小于预设的启动电压时，所述开关切换信号控制所述开关电路将所述开关管的控制端切换为接收所述输入信号，并将所述开关管的输出端切换为连接所述控制电路的电源端口；在所述电源端口的电压达到所述启动电压时，所述开关切换信号控制所述开关电路将所述开关管的控制端切换为接收所述控制电路输出的驱动信号，并将所述开关管的输出端切换为连接所述控制电路的片选端口。

根据本发明的一个实施例，所述快速启动栅极驱动装置还包括：

第一电阻，其第一端接收所述输入信号；

第二二极管，其负极连接所述第一电阻的第二端，其正极接地；

根据本发明的一个实施例，所述开关电路包括：

第一开关，其第一端连接所述第一电阻的第二端，其第二端连接所述开关管的控制端，其控制端接收所述开关切换信号；

第二开关，其第一端接收所述驱动信号，其第二端连接所述开关管的控制端，其控制端接收所述开关切换信号；

第三开关，其第一端连接所述开关管的输出端，其第二端连接所述电源端口，其控制端接收所述开关切换信号；

第四开关，其第一端连接所述开关管的输出端，其第二端连接所述片选端口，其控制端接收所述开关切换信号。

根据本发明的一个实施例，所述开关电路包括：

第一开关，其第一端连接所述第一电阻的第二端，其第二端连接所述开关管的控制端，其控制端接收所述开关切换信号；

第二开关，其第一端接收所述驱动信号，其第二端连接所述开关管的控制端，其控制端接收所述开关切换信号；

第三开关，其第一端连接所述开关管的输出端，其第二端经由第四电阻连接所述电源端口，其控制端接收所述开关切换信号；

第四开关，其第一端连接所述开关管的输出端，其第二端连接所述片选端口，其控制端接收所述开关切换信号。

根据本发明的一个实施例，在所述电源端口的电压上升到预设的启动电压之前，所述开关切换信号控制所述第一开关开通、第二开关断开、第三开关开通、第四开关断开，开关管M1导通，所述输入信号通过所述变压器的初级绕组、开关管和第三开关给所述电源端口充电；当所述电源端口的电压充电至启动电压时，所述开关切换信号控制所述第一开关断开、第二开关导通、第三开关断开、第四开关K4导通，所述快速启动栅极驱动装置完成启动并开始正常工作。

根据本发明的一个实施例，所述快速启动栅极驱动装置还包括：

第二电阻，其第一端连接所述辅助绕组的异名端，其第二端连接所述控制电路的反馈端口；

第三电阻，其第一端连接所述第二电阻的第二端，其第二端接地。

根据本发明的一个实施例，所述片选端口经由第四电阻接地。

根据本发明的一个实施例，所述快速启动栅极驱动装置还包括：

输出二极管，其正极连接所述变压器的副边绕组的异名端，所述副边绕组的同名端接地；

输出电容，其一端连接所述输出二极管的负极，其第二端接地，所述输出电容配置为与负载并联。

本发明还提供了一种快速启动栅极驱动装置的控制模块，包括以上任一项所述的控制电路和开关电路。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的快速启动栅极驱动装置中，采用开关电路来切换电源端口的充电过程，在初始上电时通过变压器的初级绕组和开关管对电源端口进行充电，充电电流较大，因此启动速度很快，并且在正常工作时可以实现与常规的栅极驱动电路相同的功能。经过验证，本发明实施例的快速启动栅极驱动装置的启动时间可以减小到200mS以下，能够满足快速启动要求。

附图说明

图1是现有技术中的一种栅极驱动装置的电路图；

图2是本发明的一个实施例的快速启动栅极驱动装置的电路图；

图3是本发明的另一个实施例的快速启动栅极驱动装置的电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参考图2，本实施例的快速启动栅极驱动装置主要包括：控制模块20、变压器T、开关管M1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D2、第二二极管D1、输出二极管D3、输出电容C2以及负载23。控制模块20包括控制电路21和开关电路22。其中，控制电路21包括电源端口（图中未标示）、驱动信号输出端口DRI1、片选端口cs、反馈端口fb、开关切换信号输出端口UVLO。其中，控制电路21的电源端口与控制模块20的电源端口VCC相连，控制电路21的驱动信号输出端口DRI1、开关切换信号输出端口UVLO与开关电路22相连，控制电路21的片选端口cs与控制模块20的片选端口CS相连，控制电路21的反馈端口fb和控制模块20的反馈端口FB相连。需要说明的是，为了简化，在图2中控制模块20的电源端口VCC并未与控制电路21相连，但本领域技术人员应当理解，控制电路21的电源端口与控制模块20的电源端口VCC之间是电连接的。

其中，控制电路21的电源端口、驱动信号输出端口DRI1、片选端口cs、反馈端口fb以及与这些端口相关的内部电路与现有技术中的控制电路相同。与现有技术类似地，控制电路21产生驱动信号并通过驱动信号输出端口DRI1输出，控制电路21的片选端口cs和控制模块20的片选端口CS经由第四电阻Rs接地，电源端口VCC经由第一电容C1接地。

本实施例中，控制电路21还检测电源端口（也即控制模块的电源端口VCC）的电压，并根据检测结果产生开关切换信号，该开关切换信号经由开关切换信号输出端口UVLO输出，用于控制开关电路22中各个开关状态的切换。例如，控制电路21中可以包括比较器，用于检测电源端口VCC的电压，当VCC电压高于第一设定值时，开关切换信号输出端口UVLO输出一个预设的信号，当VCC电压低于第二设定值时，开关切换信号输出端口UVLO输出的信号发生翻转，其中，第一设定值要高于第二设定值。

此外，本实施例中的控制模块20还包括端口VST和端口COMP，分别连接至控制电路21的端口vst和端口comp，其中端口VST经由第一电阻R1接收输入信号Vin，并经由第二电容D1接地，其中端口VST连接第二电容D1的负极，第二电容D1的正极接地。端口COMP经由电容C3接地，用于环路补偿。

变压器T的初级绕组L1的同名端接收输入信号Vin，初级绕组L1的异名端连接开关管M1的输入端。该开关管M1例如可以是MOS晶体管。

变压器T的副边绕组L2的同名端接地，副边绕组L2的异名端连接输出二极管D3的正极，输出二极管D3的负极连接输出电容C2的一端，输出电容C2的另一端接地，输出电容C2配置为与负载23并联。该负载例如可以是LED灯等。

变压器T的辅助绕组L3的异名端经由第一二极管D2连接至电源端口VCC，辅助绕组L3的同名端接地，其中第一二极管D2的正极连接辅助绕组L3的异名端，第一二极管D2的负极连接电源端口VCC。另外，辅助绕组L3的异名端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端接地。此外，反馈端口FB连接第三电阻的第一端。

开关电路22在开关切换信号的控制下，将开关管M1的控制端DRI切换为接收输入信号Vin或者接收控制电路21输出的驱动信号，以及将开关管M1的输出端切换为连接控制模块20的片选端口CS（也即控制电路21的片选端口cs）或者连接控制模块20的电源端口VCC（也即控制电路21的电源端口）。

更加具体而言，在电源端口VCC的电压小于预设的启动电压时（即刚上电时），开关切换信号控制开关电路22将开关管M1的控制端DRI切换为接收输入信号Vin，并将开关管M1的输出端SW切换为连接控制模块20的电源端口VCC（也即控制电路21的电源端口），通过初级绕组L1和开关管M1对电源端口VCC的第一电容C1进行充电；在电源端口VCC的电压达到该启动电压时，开关切换信号控制开关电路22将开关管M1的控制端DRI切换为接收控制电路21输出的驱动信号，并将开关管M1的输出端SW切换为连接控制电路21的片选端口cs，整个栅极驱动装置恢复常规工作状态。

作为一个非限制性的例子，开关电路22可以包括：第一开关K1，其第一端连接第一电阻R1的第二端，其第二端连接开关管M1的控制端DRI，其控制端接收开关切换信号（即连接开关切换信号输出端UVLO）；第二开关K2，其第一端接收驱动信号（即连接驱动信号输出端DRI1），其第二端连接开关管M1的控制端DRI，其控制端接收开关切换信号（即连接开关切换信号输出端UVLO）；第三开关K3，其第一端连接开关管M1的输出端SW，其第二端连接电源端口VCC，其控制端接收开关切换信号（即连接开关切换信号输出端UVLO）；第四开关K4，其第一端连接开关管M1的输出端SW，其第二端连接片选端口CS（也即控制电路21的片选端口cs），其控制端接收开关切换信号（即连接开关切换信号输出端UVLO）。

如图3所示，开关电路还可以为另外一种电路结构，与图2所示的开关电路不同之处在于，第三开关K3，其第一端连接开关管M1的输出端SW，其第二端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接电源端口VCC，其控制端接收开关切换信号（即连接开关切换信号输出端UVLO）。

本领域技术人员应当理解，开关电路22还可以采用其他任何适当的具体电路结构，只要能够实现以下功能即可：在开关切换信号的控制下，将开关管M1的控制端DRI切换为接收输入信号Vin或者接收控制电路21输出的驱动信号，将开关管M1的输出端SW切换为连接控制电路21的片选端口cs或连接控制电路21的电源端口。

图2所示的快速启动栅极驱动装置的工作原理如下：当系统初始上电时，第一电阻R1流过电流，通过第二二极管D1进行稳压，控制电路21检测电源端口VCC的电压，在电源端口VCC的电压上升到预设的启动电压之前，开关切换信号控制第一开关K1开通、第二开关K2断开、第三开关K3开通、第四开关K4断开，开关管M1导通，输入信号Vin通过变压器T的初级绕组L1、开关管M1和第三开关K3给电源端口VCC快速充电，当电源端口VCC的电压充电至启动电压时，开关切换信号控制第一开关K1断开、第二开关K2导通、第三开关K3断开、第四开关K4导通，控制电路21接收反馈端口FB和片选端口CS的信号，并且通过端口COMP的电容C3进行环路补偿。至此，该快速启动栅极驱动装置完成启动过程，开始正常工作。

综上，本实施例的快速启动栅极驱动装置在初始上电时，连接在电源端口VCC的电容C1通过变压器初级绕组L1和开关管M1充电，充电电流可以设置较大，启动速度很快，而在正常工作时又与常规的栅极驱动装置一样。因此可以得到很快的启动时间，启动时间可以减小到200mS以下，可以满足快速启动要求。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种快速启动栅极驱动装置，包括：

控制电路，所述控制电路具有电源端口，所述电源端口经由第一电容接地；

变压器，其初级绕组的同名端接收输入信号，其辅助绕组的异名端经由第一二极管连接至所述电源端口，其辅助绕组的同名端接地，其中第一二极管的正极连接所述辅助绕组的异名端，所述第一二极管的负极连接所述电源端口；

开关管，其输入端连接所述初级绕组的异名端；

其特征在于，所述控制电路还检测所述电源端口的电压，并根据检测结果产生开关切换信号；所述快速启动栅极驱动装置还包括：

开关电路，在所述开关切换信号的控制下，将所述开关管的控制端切换为接收所述输入信号或者接收所述控制电路输出的驱动信号，将所述开关管的输出端切换为连接所述控制电路的片选端口或连接所述控制电路的电源端口。

2.根据权利要求1所述的快速启动栅极驱动装置，其特征在于，在所述电源端口的电压小于预设的启动电压时，所述开关切换信号控制所述开关电路将所述开关管的控制端切换为接收所述输入信号，并将所述开关管的输出端切换为连接所述控制电路的电源端口；在所述电源端口的电压达到所述启动电压时，所述开关切换信号控制所述开关电路将所述开关管的控制端切换为接收所述控制电路输出的驱动信号，并将所述开关管的输出端切换为连接所述控制电路的片选端口。

3.根据权利要求1所述的快速启动栅极驱动装置，其特征在于，还包括：

第一电阻，其第一端接收所述输入信号；

第二二极管，其负极连接所述第一电阻的第二端，其正极接地。

4.根据权利要求3所述的快速启动栅极驱动装置，其特征在于，所述开关电路包括：

第一开关，其第一端连接所述第一电阻的第二端，其第二端连接所述开关管的控制端，其控制端接收所述开关切换信号；

第二开关，其第一端接收所述驱动信号，其第二端连接所述开关管的控制端，其控制端接收所述开关切换信号；

第三开关，其第一端连接所述开关管的输出端，其第二端连接所述电源端口，其控制端接收所述开关切换信号；

第四开关，其第一端连接所述开关管的输出端，其第二端连接所述片选端口，其控制端接收所述开关切换信号。

5.根据权利要求3所述的快速启动栅极驱动装置，其特征在于，所述开关电路包括：

第一开关，其第一端连接所述第一电阻的第二端，其第二端连接所述开关管的控制端，其控制端接收所述开关切换信号；

第二开关，其第一端接收所述驱动信号，其第二端连接所述开关管的控制端，其控制端接收所述开关切换信号；

第三开关，其第一端连接所述开关管的输出端，其第二端经由第四电阻连接所述电源端口，其控制端接收所述开关切换信号；

第四开关，其第一端连接所述开关管的输出端，其第二端连接所述片选端口，其控制端接收所述开关切换信号。

6.根据权利要求4或5所述的快速启动栅极驱动装置，其特征在于，在所述电源端口的电压上升到预设的启动电压之前，所述开关切换信号控制所述第一开关开通、第二开关断开、第三开关开通、第四开关断开，开关管M1导通，所述输入信号通过所述变压器的初级绕组、开关管和第三开关给所述电源端口充电；当所述电源端口的电压充电至启动电压时，所述开关切换信号控制所述第一开关断开、第二开关导通、第三开关断开、第四开关K4导通，所述快速启动栅极驱动装置完成启动并开始正常工作。

7.根据权利要求1所述的快速启动栅极驱动装置，其特征在于，还包括：第二电阻，其第一端连接所述辅助绕组的异名端，其第二端连接所述控制电路的反馈端口；

第三电阻，其第一端连接所述第二电阻的第二端，其第二端接地。

8.根据权利要求1所述的快速启动栅极驱动装置，其特征在于，所述片选端口经由第四电阻接地。

9.根据权利要求1所述的快速启动栅极驱动装置，其特征在于，还包括：

输出二极管，其正极连接所述变压器的副边绕组的异名端，所述副边绕组的同名端接地；

输出电容，其一端连接所述输出二极管的负极，其第二端接地，所述输出电容配置为与负载并联。

10.一种快速启动栅极驱动装置的控制模块，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的控制电路和开关电路。