CN103817407B - 驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种驱动电路，包括脉冲方波发生器和至少一个驱动模块；所述脉冲方波发生器的输出端连接驱动模块的第一输入端，且该脉冲方波发生器向驱动模块第一输入端输入高频方波脉冲信号，所述驱动模块还具有用于输入低频驱动信号的第二输入端，该驱动模块包括信号转换电路单元和驱动电路单元，信号转换电路单元和驱动电路单元之间通过脉冲变压器相连接；在所述驱动模块的第二输入端为高电平时，所述信号转换电路单元将所述的低频驱动信号和高频方波脉冲信号转换为交流高频脉冲信号，脉冲变压器对该交流高频脉冲信号进行隔离变压后通过所述的驱动电路单元输出驱动电压信号。该驱动电路使用脉冲变压器来实现信号隔离，无需额外独立电源，从而能够节省电源。

Description

驱动电路
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及一种低频逆变驱动电路。
背景技术
氩弧焊由于在焊接有色金属及其合金、高温合金、钛及钛合金等材料上具有独特的优势，所以随着有色金属在当今工业的快速发展，铝镁及其合金、铜及其合金和钛及其合金等有色金属在工业生产中所占的比例越来越大，于是人们对氩弧焊电源尤其是交直流氩弧焊电源的需求也越来越高。而为了获得良好的交直流焊接性能和电源的工作稳定性，二次逆变的驱动电路就显得至关重要。在二次逆变驱动电路和焊接电源输出回路的隔离上由于二次逆变频率比较低的原因，常见的实现方式为采用光耦隔离，但此种方案每增加一路驱动就需要增加一组独立的电源。
发明内容
基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种驱动电路，该驱动电路使用脉冲变压器来实现信号隔离，无需额外独立电源，从而能够节省电源。
其技术方案如下：
一种驱动电路，包括脉冲方波发生器和至少一个驱动模块；
所述脉冲方波发生器的输出端连接驱动模块的第一输入端，且该脉冲方波发生器向驱动模块的第一输入端输入高频方波脉冲信号，所述驱动模块还具有用于输入低频驱动信号的第二输入端，该驱动模块包括信号转换电路单元和驱动电路单元，信号转换电路单元和驱动电路单元之间通过脉冲变压器相连接；
在所述驱动模块的第二输入端为高电平时，所述信号转换电路单元将所述的低频驱动信号和高频方波脉冲信号转换为交流高频脉冲信号，所述的脉冲变压器对该交流高频脉冲信号进行隔离变压后通过所述的驱动电路单元输出驱动电压信号。
进一步地，所述的驱动模块设为至少两个，每个驱动模块的第一输入端分别连接所述脉冲方波发生器的输出端，每个驱动模块的第二输入端分别用于输入相应的低频驱动信号。这表明该驱动电路具有易于扩展的特性。
上述的驱动电路适用于交直流氩弧焊电源交流输出的低频逆变驱动电路，但又不局限于交直流弧焊电源。该驱动电路通过整体电路设计而实现利用脉冲变压器来进行信号隔离，因而比起传统驱动电路采用光电耦合的信号隔离方式，本发明的驱动电路无需额外独立电源，从而能够节省电源，其工作稳定性较好。
附图说明
图1是本发明实施例一所述的驱动电路的结构示意图。
图2是本发明实施例二所述的驱动电路的结构示意图。
图3是本发明实施例三所述的驱动电路的结构示意图。
图4是本发明实施例一或二或三所述的驱动模块的电路结构图。
附图标记说明：
10、信号转换电路单元，11、与非门单元，12、全桥式逆变电路单元，20、驱动电路单元，21、全桥整流电路，22、输出电路。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行详细说明：
如图1所示，一种驱动电路，包括一个脉冲方波发生器MD1和一个驱动模块MD2；脉冲方波发生器MD1的输出端OUT连接驱动模块MD2的第一输入端IN1，驱动模块MD2还具有用于输入低频驱动信号DRIVEA的第二输入端IN2，该驱动模块包括信号转换电路单元10和驱动电路单元20，信号转换电路单元10和驱动电路单元20之间通过脉冲变压器T1相连接。
上述的信号转换电路单元10包括与非门单元11和全桥式逆变电路单元12，与非门单元11的两个输出端分别连接全桥式逆变电路单元12的两个输入端，脉冲变压器T1具有原边绕组和次级绕组，全桥式逆变电路单元12的两个输出端分别连接原边绕组的两个输入端，次级绕组的两个输出端分别与驱动电路单元20的两个输入端相连接；上述的驱动电路单元20包括全桥整流电路21和输出电路22，全桥整流电路21与脉冲变压器T1次级绕组的两个输出端相连接，该全桥整流电路21具有正极输出端和负极输出端，输出电路22与所述正极输出端和负极输出端相连接。
其中，上述的与非门单元11中，与非门器件UA的第一输入端即为驱动模块MD2的第一输入端IN1，该与非门器件UA的第二输入端连接与非门器件UB的第一输入端，与非门器件UB的第一输入端即为驱动模块MD2的第二输入端IN2，该与非门器件UB的第二输入端连接与非门器件UA的输出端。上述的全桥式逆变电路单元12中，门极电阻R1和门极电阻R3的一端分别与与非门器件UB的输出端相连接，门极电阻R1的另一端连接P沟道场效应管V1的门极，P沟道场效应管V1的源极连接限流电阻R5的一端，限流电阻R5的另一端连接电源VCC，电源VCC还与限流电阻R6相连接，该限流电阻R6的另一端连接P沟道场效应管V2的源极，P沟道场效应管V2的门极连接门极电阻R2，门极电阻R2的另一端连接与非门器件UA的输出端，该与非门器件UA的输出端还连接门极电阻R4，门极电阻R4的另一端连接N沟道场效应管V4的门极，该N沟道场效应管V4的源极连接电源地，门极电阻R3的另一端与N沟道场效应管V3的门极相连接，该N沟道场效应管V3的源极也连接电源地，P沟道场效应管V2的漏极和N沟道场效应管V4的漏极分别与脉冲变压器T1原边绕组的一端连接，P沟道场效应管V1的漏极和N沟道场效应管V3的漏极分别与脉冲变压器T1原边绕组的另一端相连接。
而上述的全桥整流电路21包括四个二极管D1、D2、D3、D4，脉冲变压器T1次级绕组的一端分别连接二极管D1的阳极和二极管D3的阴极，二极管D1的阴极连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极与二极管D4的阴极分别连接脉冲变压器T1次级绕组的另一端，二极管D4的阳极与二极管D3的阳极相连接，在该全桥整流电路21中，二极管D1或二极管D2的阳极即为上述的正极输出端，二极管D3或二极管D4的阴极即为上述的负极输出端。上述的输出电路22包括二极管D5、P沟道场效应管V5、电阻R7以及电阻R8，二极管D5的阳极连接上述的正极输出端、P沟道场效应管V5的门极以及电阻R7，电阻R7的另一端连接上述的负极输出端和P沟道场效应管V5的漏极，二极管D5的阴极连接P沟道场效应管V5的源极以及电阻R8，电阻R8的另一端G以及上述的负极输出端E之间形成驱动电压信号输出端。
上述的场效应管V1、V2、V3、V4和V5可为MOSFET。
该驱动电路，主要是驱动模块的工作原理为：由图1可知，驱动模块MD2的第一输入端IN1与脉冲方波发生器MD1的输出端OUT相连，驱动模块MD2的第二输入端IN2与外部低频驱动信号相连，通常情况下，脉冲方波发生器MD1输出的脉冲方波的频率范围为十几千赫兹到几十千赫兹，而与输入端IN2相连的外部低频驱动信号DRIVEA的频率范围在零点几赫兹到几百赫兹之间；
在驱动模块MD2的第二输入端IN2为高电平的条件下：当驱动模块MD2的第一输入端IN1为高电平时，与非门器件UA的输出脚为低电平，而与非门器件UB的输出脚则为高电平；当驱动模块MD2的第一输入端IN1为低电平时，与非门器件UA的输出脚为高电平，而与非门器件UB的输出脚则为低电平。所以在输入端IN2为高电平时，与非门器件UA和UB的输出脚输出两路频率和脉宽与所述第一输入端IN1相同的直流高频脉冲互补信号，这两路互补的信号通过门极电阻R1、R2、R3及R4驱动由P沟道场效应管V1、V2以及N沟道场效用管V3、V4所组成的全桥逆变电路，进而将直流高频脉冲信号逆变为交流高频脉冲信号，交流高频脉冲信号再经由脉冲变压器T1隔离变压，脉冲变压器T1输出的交流高频脉冲信号经二极管D1、D2、D3和D4组成的全桥整流电路21整流后，其正极输出端则有正电压输出，此时P沟道场效应管V5由于门极和源极电压相同而处于截止状态，所以此时在驱动电压信号输出端G和E上就有驱动电压，最终使所驱动的功率管导通；
在驱动模块MD2的第二输入端IN2为低电平的条件下：与非门器件UA和UB的输出脚都输出高电平，从而使逆变桥上的场效应管V3和V4导通，因而脉冲变压器T1原边绕组两端都与电源地相连而无电压，此时脉冲变压器T1输出端也没有电压，致使P沟道场效应管V5的门极和源极之间产生电压差而使其导通，使驱动电压信号输出端G与E通过R8导通，即G和E之间间失去电压，最终导致所驱动的功率管处于阻断状态。
总之，驱动电压信号输出端G和E之间输出的驱动电压信号跟随驱动模块MD2第二输入端IN2上的低频驱动信号，当该第二输入端IN2为高电平时，驱动模块的G和E上就有驱动信号，反之则无驱动信号，从而实现了驱动电路的目的。
实施例二
如图2所示，一种驱动电路，包括一个脉冲方波发生器MD1和两个驱动模块MD2、MD3；驱动模块MD2和MD3的第一输入端IN1分别连接脉冲方波发生器MD1的输出端OUT，驱动模块MD2的第二输入端IN2连接外部低频驱动信号DRIVEA，驱动模块MD3的第二输入端IN2则连接外部低频驱动信号DRIVEB。
该驱动电路能实现同时驱动两个功率管的目的，即当外部低频驱动信号DRIVEA和DRIVEB同相位时可以驱动两个并联的功率管，当外部低频驱动信号DRIVEA和DRIVEB互补时可以驱动一个桥臂上的功率管，实现半桥逆变电路功率管的驱动。
上述驱动电路中，各驱动模块的内部结构电路图以及工作原理均与实施例一中的一致，此处不再赘述。
实施例三
如图3所示，一种驱动电路，包括一个脉冲方波发生器MD1和四个驱动模块MD2、MD3、MD4和MD5；驱动模块MD2、MD3、MD4和MD5的第一输入端IN1分别连接脉冲方波发生器MD1的输出端OUT，驱动模块MD2的第二输入端IN2连接外部低频驱动信号DRIVEA，驱动模块MD3的第二输入端IN2连接外部低频驱动信号DRIVEB，驱动模块MD4的第二输入端IN2连接外部低频驱动信号DRIVEC，驱动模块MD5的第二输入端IN2连接外部低频驱动信号DRIVED。
上述驱动电路可同时驱动四个功率管。在该驱动电路中，各驱动模块的内部结构电路图以及工作原理均与实施例一中的一致，此处不再赘述。
以上各实施例的驱动电路适用于交直流氩弧焊电源交流输出的低频逆变驱动电路，但又不局限于交直流弧焊电源。且以上各实施例均具有以下优点：
驱动电路通过整体电路设计而实现利用脉冲变压器来进行信号隔离，比起传统驱动电路采用光电耦合的信号隔离方式，该驱动电路无需额外独立电源，从而能够节省电源，其工作稳定性较好，且易于扩展。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种驱动电路，其特征在于，包括脉冲方波发生器和至少一个驱动模块；
所述脉冲方波发生器的输出端连接驱动模块的第一输入端，且该脉冲方波发生器向驱动模块的第一输入端输入高频方波脉冲信号，所述驱动模块还具有用于输入低频驱动信号的第二输入端，该驱动模块包括信号转换电路单元和驱动电路单元，信号转换电路单元和驱动电路单元之间通过脉冲变压器相连接；
在所述驱动模块的第二输入端为高电平时，所述信号转换电路单元将所输入的低频驱动信号和高频方波脉冲信号转换为交流高频脉冲信号，所述的脉冲变压器对该交流高频脉冲信号进行隔离变压后通过所述的驱动电路单元输出驱动电压信号。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述的驱动模块设为至少两个，每个驱动模块的第一输入端分别连接所述脉冲方波发生器的输出端，每个驱动模块的第二输入端分别用于输入相应的低频驱动信号。
3.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其特征在于，所述的信号转换电路单元包括与非门单元和全桥式逆变电路单元，所述与非门单元的两个输出端分别连接所述全桥式逆变电路单元的两个输入端，所述脉冲变压器具有原边绕组和次级绕组，所述全桥式逆变电路单元的两个输出端分别连接所述原边绕组的两个输入端，所述次级绕组的两个输出端分别与所述驱动电路单元的两个输入端相连接；
在所述驱动模块的第二输入端为高电平时，所述的与非门单元将所述的低频驱动信号和高频方波脉冲信号转换为两路互补的直流高频脉冲信号，且该直流高频脉冲信号的频率和脉宽与所述的高频方波脉冲信号相同，所述的全桥式逆变电路单元将两路互补的直流高频脉冲信号逆变为交流高频脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述的与非门单元中，与非门器件UA的第一输入端即为所述驱动模块的第一输入端IN1，该与非门器件UA的第二输入端连接与非门器件UB的第一输入端，与非门器件UB的第一输入端即为所述驱动模块的第二输入端IN2，该与非门器件UB的第二输入端连接所述与非门器件UA的输出端。
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述的全桥式逆变电路单元中，门极电阻R1和门极电阻R3的一端分别与所述与非门器件UB的输出端相连接，门极电阻R1的另一端连接P沟道场效应管V1的门极，P沟道场效应管V1的源极连接限流电阻R5的一端，限流电阻R5的另一端连接电源VCC，电源VCC还与限流电阻R6相连接，该限流电阻R6的另一端连接P沟道场效应管V2的源极，P沟道场效应管V2的门极连接门极电阻R2，门极电阻R2的另一端连接所述与非门器件UA的输出端，该与非门器件UA的输出端还连接门极电阻R4，门极电阻R4的另一端连接N沟道场效应管V4的门极，该N沟道场效应管V4的源极连接电源地，门极电阻R3的另一端与N沟道场效应管V3的门极相连接，该N沟道场效应管V3的源极也连接电源地，所述P沟道场效应管V2的漏极和N沟道场效应管V4的漏极分别与所述脉冲变压器原边绕组的一端连接，所述P沟道场效应管V1的漏极和N沟道场效应管V3的漏极分别与所述脉冲变压器原边绕组的另一端相连接。
6.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述的驱动电路单元包括全桥整流电路和输出电路，全桥整流电路与所述脉冲变压器次级绕组的两个输出端相连接，该全桥整流电路具有正极输出端和负极输出端，所述的输出电路与所述正极输出端和负极输出端相连接；
在所述驱动模块的第二输入端为高电平时，所述的全桥整流电路对所述的交流高频脉冲信号进行整流后通过所述的输出电路输出驱动电压信号。
7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述的全桥整流电路包括四个二极管D1、D2、D3、D4，所述脉冲变压器次级绕组的一端分别连接二极管D1的阳极和二极管D3的阴极，二极管D1的阴极连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极与二极管D4的阴极分别连接所述脉冲变压器次级绕组的另一端，二极管D4的阳极与所述二极管D3的阳极相连接，在该全桥整流电路中，所述二极管D1或二极管D2的阳极即为所述的正极输出端，所述二极管D3或二极管D4的阴极即为所述的负极输出端。
8.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述的输出电路包括二极管D5、P沟道场效应管V5、电阻R7以及电阻R8，二极管D5的阳极连接所述的正极输出端、P沟道场效应管V5的门极以及电阻R7，电阻R7的另一端连接所述的负极输出端和所述P沟道场效应管V5的漏极，二极管D5的阴极连接所述的P沟道场效应管V5的源极以及电阻R8，所述电阻R8的另一端以及所述负极输出端之间形成驱动电压信号输出端。
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