CN103595226B - 变压器隔离对称互补驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变压器隔离对称互补驱动电路，包括对称设置的驱动电路一和驱动电路二，所述驱动电路一包括绕组N2、二极管D1、电阻R2、电阻R5、三极管Q1、电阻R4、mos管Q3、电阻R6、电阻R7、绕组N4，该种变压器隔离对称互补驱动电路，有效地避免了传统的利用驱动变压器组成的对称互补隔离驱动电路，在死区时间内，因驱动变压器原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，严重挠乱了开关管的正常关断，并可能导致功率开关管误开通的问题，具有很强的实用价值。

Description

变压器隔离对称互补驱动电路

技术领域

本发明涉及一种变压器隔离对称互补驱动电路。

背景技术

随着电子工业的不断发展，电子设备对电源的要求也越来越高，要满足大功率，高效率，小体积等要求，因此出现了半桥、全桥、等拓扑结构的开关电源，而这些开关电源都带有功率开关管：其驱动电压的参考点与低压控制电路的地电位之间存在较高电压。所以这些开关电源的上端功率开关的驱动，不能像单端反激式或推挽式那样，可以由地电平为参考点直接驱动，由于电路拓扑本身的需要或者是出于安全的需要，需要对功率开关管进行隔离驱动。由于这些拓扑至少有两个功率开关管，在某些应用场所需要对称互补驱动，利用脉冲变压器提供电气隔离的对称互补驱动得到了较为广泛的应用。

脉冲变压器隔离是MOSFET和IGBT等全控型器件驱动电路常用的一种隔离形式，由于它具有电路结构简单、不需要提供隔离电源、成本较低，对脉冲信号无传输延迟等优点，能够满足驱动电路电气隔离、快速性、较强驱动能力的要求，因而在隔离驱动电路中应用广泛。利用脉冲变压器组成的互补对称驱动广泛应用于半桥、全桥等拓扑中，为了防止上下管直通，在两个对称驱动波形中需增加一些死区，在死区时间内，变压器原边励磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，在驱动变压器原副边产生很高的振荡电压，如果震荡峰值达到一定值，会使开关管误导管；为了减少功率开关管的关断损耗，采用一个P型mos或者PNP型三极管来迅速拉低驱动电压来加速功率开关管关断，但P型mos或者PNP型三极管开通时门极和源极之间或者基极与发射极之间需要一定的电压，当驱动电压下降到很低时，此时功率开关管未完全判断，由于震荡的存在，P型mos或者PNP型三极管的并不能完全有效的将功率开关管关断。

现有技术方案一：图1是一种传统的对称隔离驱动方案。由于是对称驱动，以N2绕组对应的那项驱动为例进行说明：当A点高电平，B点低电平时，经过驱动变压器变换后，C点为高电平，功率开关管开通；当A变为低电平时，C点变为低电平，功率开关管关断。由于对称驱动，在两个驱动脉冲之间有一段死区，A为低电平，B为低电平，在这段时间内，隔直电容和驱动变压器激磁电感谐振，如果谐振峰值足够高，会使功率开关管误开通。图2中，C1为C点理想电压波形，C2为死区间有震荡的C点电压波形，E为驱动波形，F为副边电压参考点。由于这种驱动电路的驱动波形有很大的负压，不仅影响功率开关管的开通速度，同时还增加了系统的驱动损耗。关断时有一定的负压，可以保证功率开关管的可靠关断。为了减少负压，并加速关断，减小关断损耗，出现如图3的改进型驱动电路。

现有技术方案二：图3是一种改进型的对称互补隔离驱动方案。由于是对称驱动，以N2绕组对应的那项驱动为例进行说明：当开通驱动脉冲到来时，A点为高电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，C点为高电平，三极管Q1截止，驱动脉冲高电平加在功率开关管上，功率开关管导通；当关断驱动脉冲到来时，A点为低电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，C点为低电平，二极管D1截止，由于E点为高电平，三极管Q1导通，功率开关管的驱动电压被拉低，功率开关管关断，由于A、B两电压均为低电平，N2绕组两端电压未被嵌位住，驱动变压器原边激磁电感与隔直电容C1谐振，N2绕组两端电压并不为零，会有一个震荡。如果震荡很大，这个电压会关断三极管Q1，并通过D1、R2、R4将功率开关管开通；如果震荡不大，C点电位不是很高，但功率开关管的驱动脉冲下降得很低时，功率开关管未完成关断，三极管Q1基极电流很少，Q1处于放大工作区工作，此时驱动脉冲下降非常慢，由于C点震荡，这可能会引起三极管在截止区和放大工作震荡工作，严重挠乱了开关管的正常关断，各点波形如图4。其中，C1为理想C点波形，C1为有震荡时的C点波形。

图1和图3所示电路有一个共同的缺点是，在两个对称驱动波形的死区时间内，由于原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，会使功率开关管误通过。图1的驱动波形有很大的负压，不仅影响开通速度而且增加了系统的驱动损耗。图3所示驱动电路，减少了负压，提高了关断速度，但当驱动波形下降很低时，功率开关管未关断。由于原边激磁电感与隔直电容谐振，引起三极管基极电压震荡，这可能会引起三极管在截止区和放大工作震荡工作，严重挠乱了开关管的正常关断，可能导致误开通。

上述问题是在变压器驱动电路的设计与使用过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变压器隔离对称互补驱动电路解决现有技术中存在的在两个对称驱动波形的死区时间内，由于原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，会使功率开关管误通过的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种变压器隔离对称互补驱动电路，包括对称设置的驱动电路一和驱动电路二，所述驱动电路一包括绕组N2、二极管D1、电阻R2、电阻R5、三极管Q1、电阻R4、mos管Q3、电阻R6、电阻R7、绕组N4，所述绕组N2的一端连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极通过电阻R2分别连接电阻R5的一端和三极管Q1的发射极，所述电阻R5的另一端通过功率开关管连接所述绕组N2的另一端，所述三极管Q1的集电极连接在所述功率开关管与绕组N2的另一端的接线上，所述三极管Q1的基极通过电阻R4连接mos管Q3的漏极，所述mos管Q3的栅极通过电阻R6连接所述绕组N4的一端，所述mos管Q3的源极连接所述绕组N4的另一端，所述mos管Q3的栅极通过电阻R7连接所述mos管Q3的源极，所述mos管Q3的源极连接在所述功率开关管与绕组N2的另一端的接线上。

优选地，所述mos管Q3采用N沟道耗尽型mos管。

优选地，所述驱动电路一和驱动电路二的连接电路相同。

驱动电路二包括绕组N3、绕组N5，绕组N2、绕组N4、绕组N3、绕组N5均为驱动变压器的副边绕组，驱动变压器的原边绕组为绕组N1，绕组N1的一端连接有隔直电容C1的一端，隔直电容C1的另一端为与驱动脉冲的连接端，隔直电容C1并联有电阻R1，绕组N1的另一端连接有驱动脉冲。

优选地，在驱动电路一，当开通驱动脉冲到来时，A点为高电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，H为低电平，I为高电平，耗尽型mos管关断，三极管Q1截止，C点为高电平，驱动脉冲高电平加在功率开关管上，功率开关管导通。

优选地，在驱动电路一，当关断驱动脉冲到来时，A点为低电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，H为低电平，I为低电平，耗尽型mos管开通，将三极管Q1的基极电压箝在低电平，三极管Q1开通，关断功率开关管。

本发明一种变压器隔离对称互补驱动电路，通过双端激励驱动变压器，并利用驱动变压器副边四个绕组和耗尽型mos管，有效的解决了在对称互补驱动中，采用P型mos或者PNP型三极管加速开关管关断时，当关断驱动电压降得很低时，功率开关管未完全关断，由于原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，严重挠乱开关管的正常关断问题。

由于是对称驱动，以N2绕组对应的那相驱动为例进行说明：当来自控制电路的驱动脉冲加在A点和B点，以A点为高电平，B点为低电平为例进行说明：

当开通驱动脉冲到来时，A点为高电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，H为低电平,I为高电平,耗尽型mos管关断，三极管Q1截止；C点为高电平，驱动脉冲高电平加在功率开关管上，功率开关管导通。

当关断驱动脉冲到来时，A点为低电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，H为低电平，I为低电平，耗尽型mos管开通，在此期间如果驱动变压器激励电感与隔直谐振或者其它寄生参数引起的震荡，H、I两端电压也会有些震荡，由于耗尽型mos的关断电压为负电压，可以根据不同的震荡幅值，选择耗尽型mos的关断电压,这样可以保证在震荡期间，耗尽型mos是开通的，从而有效将三极管Q1基极电压箝在低电平，电压为耗尽型mos的导通压降，保证三极管Q1开通，快速有效的关断功率开关管，各点波形如图6，C1为理想C点波形，C1为有震荡时的C点波形。

本发明通过驱动变压器双端激磁，配合耗尽型mos管组成对称互补驱动，能够保证功率开关管可靠关断的电路。本发明中的或门可以采用集成的逻辑门电路，也可以采用由分立元件组成或门电路。本发明一种变压器隔离对称互补驱动电路，通过更改驱动变压器绕组结构，并利用耗尽型mos管负压关断的特性，有效的解决了对称隔离驱动中，在死区时间内，由于变压器原边励磁电感与隔直电容谐振而引起功率开关管的误导通问题，同时解决了采用P型mos或者PNP型三极管无法将功率开关管可靠关断的问题。

本发明的有益效果是：本发明一种变压器隔离对称互补驱动电路，通过双端激励驱动变压器，并利用驱动变压器副边四个绕组和耗尽型mos管，有效的解决了在对称互补驱动中，采用P型mos或者PNP型三极管加速开关管关断时，当关断驱动电压降得很低时，功率开关管未完全关断，由于原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，严重挠乱开关管的正常关断问题。该种变压器隔离对称互补驱动电路，有效地避免了传统的利用驱动变压器组成的对称互补隔离驱动电路，在死区时间内，因驱动变压器原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，严重挠乱了开关管的正常关断，并可能导致功率开关管误开通的问题，具有很强的实用价值。

附图说明

图1是现有技术方案一中传统的对称隔离驱动方案的电路示意图。

图2是图1中驱动电路的驱动波形示意图。

图3是现有技术方案二中一种改进型的对称互补隔离驱动方案的电路示意图。

图4是图3中驱动电路的驱动波形示意图。

图5是本发明实施例的电路示意图。

图6是本发明实施例的的驱动波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

如图5所示，本实施例提供一种变压器隔离对称互补驱动电路，包括对称设置的驱动电路一和驱动电路二，所述驱动电路一包括绕组N2、二极管D1、电阻R2、电阻R5、三极管Q1、电阻R4、mos管Q3、电阻R6、电阻R7、绕组N4，所述绕组N2的一端连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极通过电阻R2分别连接电阻R5的一端和三极管Q1的发射极，所述电阻R5的另一端通过功率开关管连接所述绕组N2的另一端，所述三极管Q1的集电极连接在所述功率开关管与绕组N2的另一端的接线上，所述三极管Q1的基极通过电阻R4连接mos管Q3的漏极，所述mos管Q3的栅极通过电阻R6连接所述绕组N4的一端，所述mos管Q3的源极连接所述绕组N4的另一端，所述mos管Q3的栅极通过电阻R7连接所述mos管Q3的源极，所述mos管Q3的源极连接在所述功率开关管与绕组N2的另一端的接线上。所述mos管Q3采用耗尽型mos管。所述驱动电路一和驱动电路二的连接电路相同。

在驱动电路一，当开通驱动脉冲到来时，A点为高电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，H为低电平，I为高电平，耗尽型mos管关断，三极管Q1截止，C点为高电平，驱动脉冲高电平加在功率开关管上，功率开关管导通。在驱动电路一，当关断驱动脉冲到来时，A点为低电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，H为低电平，I为低电平，耗尽型mos管开通，将三极管Q1的基极电压箝在低电平，三极管Q1开通，关断功率开关管。

本实施例一种变压器隔离对称互补驱动电路，通过双端激励驱动变压器，并利用驱动变压器副边四个绕组和耗尽型mos管，有效的解决了在对称互补驱动中，采用P型mos或者PNP型三极管加速开关管关断时，当关断驱动电压降得很低时，功率开关管未完全关断，由于原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，严重挠乱开关管的正常关断问题。

由于是对称驱动，以N2绕组对应的那相驱动为例进行说明：当来自控制电路的驱动脉冲加在A点和B点，以A点为高电平，B点为低电平为例进行说明：

当开通驱动脉冲到来时，A点为高电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，H为低电平,I为高电平,耗尽型mos管关断，三极管Q1截止；C点为高电平，驱动脉冲高电平加在功率开关管上，功率开关管导通。

当关断驱动脉冲到来时，A点为低电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，H为低电平，I为低电平，耗尽型mos管开通，在此期间如果驱动变压器激励电感与隔直谐振或者其它寄生参数引起的震荡，H、I两端电压也会有些震荡，由于耗尽型mos的关断电压为负电压，可以根据不同的震荡幅值，选择耗尽型mos的关断电压,这样可以保证在震荡期间，耗尽型mos是开通的，从而有效将三极管Q1基极电压箝在低电平，电压为耗尽型mos的导通压降，保证三极管Q1开通，快速有效的关断功率开关管，各点波形如图6，C1为理想C点波形，C1为有震荡时的C点波形。

本实施例通过驱动变压器双端激磁，配合耗尽型mos管组成对称互补驱动，能够保证功率开关管可靠关断的电路。本发明中的或门可以采用集成的逻辑门电路，也可以采用由分立元件组成或门电路。本发明一种变压器隔离对称互补驱动电路，通过更改驱动变压器绕组结构，并利用耗尽型mos管负压关断的特性，有效的解决了对称隔离驱动中，在死区时间内，由于变压器原边励磁电感与隔直电容谐振而引起功率开关管的误导通问题，同时解决了采用P型mos或者PNP型三极管无法将功率开关管可靠关断的问题。

本实施例的有益效果是：本实施例一种变压器隔离对称互补驱动电路，通过双端激励驱动变压器，并利用驱动变压器副边四个绕组和耗尽型mos管，有效的解决了在对称互补驱动中，采用P型mos或者PNP型三极管加速开关管关断时，当关断驱动电压降得很低时，功率开关管未完全关断，由于原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，严重挠乱开关管的正常关断问题。该种变压器隔离对称互补驱动电路，有效地避免了传统的利用驱动变压器组成的对称互补隔离驱动电路，在死区时间内，因驱动变压器原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，严重挠乱了开关管的正常关断，并可能导致功率开关管误开通的问题，具有很强的实用价值。

Claims (2)

1.一种变压器隔离对称互补驱动电路，其特征在于：包括对称设置的驱动电路一和驱动电路二，所述驱动电路一包括绕组N2、二极管D1、电阻R2、电阻R5、三极管Q1、电阻R4、mos管Q3、电阻R6、电阻R7、绕组N4，所述绕组N2的一端连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极通过电阻R2分别连接电阻R5的一端和三极管Q1的发射极，所述电阻R5的另一端通过功率开关管连接所述绕组N2的另一端，所述三极管Q1的集电极连接在所述功率开关管与绕组N2的另一端的接线上，所述三极管Q1的基极通过电阻R4连接mos管Q3的漏极，所述mos管Q3的栅极通过电阻R6连接所述绕组N4的一端，所述mos管Q3的源极连接所述绕组N4的另一端，所述mos管Q3的栅极通过电阻R7连接所述mos管Q3的源极，所述mos管Q3的源极连接在所述功率开关管与绕组N2的另一端的接线上；所述mos管Q3采用N沟道耗尽型mos管；

驱动电路二包括绕组N3、绕组N5，绕组N2、绕组N4、绕组N3、绕组N5均为驱动变压器的副边绕组，驱动变压器的原边绕组为绕组N1，绕组N1的一端连接有隔直电容C1的一端，隔直电容C1的另一端为与驱动脉冲的连接端，隔直电容C1并联有电阻R1，绕组N1的另一端连接有驱动脉冲，

在驱动电路一，当开通驱动脉冲到来时，隔直电容C1与驱动脉冲的连接端为高电平，绕组N1的另一端为低电平，经过驱动变压器变换后，绕组N4与电阻R6的连接端为低电平，绕组N4与mos管Q3的源极的连接端为高电平，mos管Q3关断，三极管Q1截止，绕组N2与二极管D1的阳极的连接端为高电平，驱动脉冲高电平加在功率开关管上，功率开关管导通；

在驱动电路一，当关断驱动脉冲到来时，隔直电容C1与驱动脉冲的连接端为低电平，绕组N1的另一端为低电平，经过驱动变压器变换后，绕组N4与电阻R6的连接端为低电平，绕组N4与mos管Q3的源极的连接端为低电平，mos管Q3开通，将三极管Q1的基极电压箝在低电平，三极管Q1开通，关断功率开关管。

2.如权利要求1所述的变压器隔离对称互补驱动电路，其特征在于：所述驱动电路一和驱动电路二的连接电路相同。