CN104022643A - 简易脉冲开关电源pwm发生电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简易脉冲开关电源PWM发生电路及方法，该PWM发生电路包括谐振模块、死区时间设置模块和整形反向模块；死区时间设置模块电连接在谐振模块与整形反向模块之间，谐振模块自激震荡产生方波信号，该方波信号依次经过死区时间设置模块和整形反向模块后，得到用于对应驱动脉冲开关电源不同桥壁的MOS管的第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号，该第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号占空比相等且具有设定死区。本发明电路简单、性价比高、电路全硬件实现，整个处理过程不需要CPU等控制电路的介入，可靠性高，有效解决了传统技术中芯片体积大引脚多的缺陷；且本电路的外围电路只有谐振模块和死区时间设置模块，使得脉冲开关电源体积达到最小化。

Description

简易脉冲开关电源PWM发生电路及方法

 

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种简易脉冲开关电源PWM发生电路及方法。

 

背景技术

       随着电力电子的迅速发展，电力电子装置的PWM整形侧和逆变输出侧常使用隔离脉冲开关电源做驱动电源，技术要求逐步变得苛刻。目前隔离脉冲开关电源的PWM发生器大多数使用集成控制芯片，如SG3525、TL494等，此类芯片稳定性好，同时市场上容易购买；携带多个反馈环控制、故障保护功能，对于脉冲开关电源的设计常采用开环的方式。此类芯片体积大引脚较多，外围电路复杂，不利于脉冲开关电源小体积化发展。同时此类芯片的功耗相对较高，性价比较差。

 

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种简易脉冲开关电源PWM发生电路及方法, 该电路具有结构简单、性价比高、可靠性高及体积小等优势。

为实现上述目的，本发明提供一种简易脉冲开关电源PWM发生电路，包括谐振模块、死区时间设置模块和整形反向模块；所述死区时间设置模块电连接在谐振模块与整形反向模块之间，所述谐振模块自激震荡产生方波信号，该方波信号依次经过死区时间设置模块和整形反向模块后，得到用于对应驱动脉冲开关电源不同桥壁的MOS管的第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号，该第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号占空比相等且具有设定死区。

其中，所述谐振模块包括第一电阻、第一电容和第一非门比较器；所述第一非门比较器上设有第一引脚和第二引脚，所述第一电阻并联在第一非门比较器的第一引脚和第二引脚之间，且所述第一非门比较器的第一引脚和第一电阻的公共端与第一电容的一端电连接，所述第一电容的另一端接地，且所述第一非门比较器的第二引脚与死区时间设置模块电连接。

其中，所述死区时间设置模块包括串联的第二电阻与第三电阻、串联的第二电容与第三电容和串联的第一二极管与第二二极管；所述第二电阻和第二电容的一端分别与第一二极管的正极电连接，所述第三电阻和第三电容的一端分别与第二二极管的负极电连接，所述第二电阻和第三电阻所形成的公共端及第一二极管的负极与第二二极管的正极电连接后形成的公共端均与第一非门比较器的第二引脚电连接，所述第二电容和第三电容形成的公共端接地，且所述第二电容和第三电容的一端均还与整形反向模块电连接。

其中，所述整形反向模块包括第二非门比较器、第三非门比较器和第四非门比较器；所述第二非门比较器、第三非门比较器和第四非门比较器上均设有第一引脚和第二引脚；所述第二电容的一端与第三非门比较器的第一引脚电连接，所述第三电容的一端与第三非门比较器的第一引脚电连接，所述第三非门比较器的第二引脚与第四非门比较器的第一引脚电连接，且所述第四非门比较器的第二引脚输出第一PWM脉冲信号，所述第二非门比较器的第二引脚输出第二PWM脉冲信号。

其中，所述第一二极管与第二二极管均为快恢复二极管。

为实现上述目的，本发明还提供一种简易脉冲开关电源PWM发生方法，包括以下步骤：

步骤a、产生方波信号：谐振模块自激震荡产生方波信号；

步骤b、方波信号分路：该方波信号经死区时间设置模块处理，并输出第一方波信号和第二方波信号，且该第一方波信号和第二方波信号均具有设定死区；

步骤c、得到两路PWM脉冲信号：第一方波信号经整形反向模块处理后得到第一PWM脉冲信号，第二方波信号经整形反向模块处理后得到第二PWM脉冲信号，且该第一PWM脉冲信号和第二方波信号的占空比相等；

步骤d、PWM脉冲信号驱动：第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号分别对应驱动脉冲开关电源不同桥壁的MOS管。

其中，所述步骤c中第一方波信号转为第一PWM脉冲信号的具体步骤为：第一方波信号经过整形反向模块的整形—首次反向—再次反向—电流放大后得到第一PWM脉冲信号。

其中，所述步骤c中第二方波信号转为第二PWM脉冲信号的具体步骤为：第二方波信号经过整形反向模块的整形—反向—电流放大后得到第二PWM脉冲信号。

其中，所述步骤a中方波信号的占空比为50%。

其中，所述步骤c中第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号的占空比均小于50%。

与现有技术相比，本发明提供的简易脉冲开关电源PWM发生电路及方法，具有以下有益效果：

1）该电路巧妙运用谐振模块自激震荡产生方波，该方波信号依次经过死区时间设置模块和整形反向模块后得到两路占空比相等且具有设定死区的PWM脉冲信号，通过这两路PWM脉冲信号的作用，能快速得到所需的电源电压；

2）该电路简单、性价比高、电路全硬件实现，整个处理过程不需要CPU等控制电路的介入，可靠性高，有效解决了传统技术中芯片体积大引脚多的缺陷；

3）本电路的外围电路只有谐振模块和死区时间设置模块，器件利用率高，整个电路占用体积小，这两个外围电路设置简便，使得脉冲开关电源体积达到最小化；

4）本电路方法最终得到的两路PWM脉冲信号占空比相等且具有设定死区，利用两路PWM脉冲信号分别驱动脉冲开关电源不同桥壁的MOS管，可有效避免脉冲开关电源上MOS管出现同时导通的现象；

5）本发明具有结构简单、设计合理、体积小、可靠性高及性价比高等特点。

 

附图说明

图1为本发明的简易脉冲开关电源PWM发生电路的工作原理图；

图2为本发明的简易脉冲开关电源PWM发生方法的工作流程图；

图3为本发明具体应用例中两个PWM脉冲信号上升及下降沿的波形图；

图4为本发明具体应用例中两个PWM脉冲信号的PWM波形图。

主要元件符号说明如下：

10、谐振模块                       11、死区时间设置模块

12、整形反向模块

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

请参阅图1，本发明的简易脉冲开关电源PWM发生电路，包括谐振模块10、死区时间设置模块11和整形反向模块12；死区时间设置模块11电连接在谐振模块10与整形反向模块12之间，谐振模块10自激震荡产生方波信号，该方波信号依次经过死区时间设置模块11和整形反向模块12后，得到用于对应驱动脉冲开关电源不同桥壁的MOS管的第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2，该第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2占空比相等且具有设定死区。

在本实施例中，第一电阻R1、第一电容C1包括第一电阻R1、第一电容C1和第一非门比较器U1；第一非门比较器U1上设有第一引脚和第二引脚，第一电阻R1并联在第一非门比较器U1的第一引脚和第二引脚之间，且第一非门比较器U1的第一引脚和第一电阻R1的公共端与第一电容C1的一端电连接，第一电容C1的另一端接地，且第一非门比较器U1的第二引脚与死区时间设置模块11电连接。由第一电阻R1、第一电容C1和第一非门比较器U1构成RC环路与非门，即为RC环路与非门组成谐振模块10，上电瞬间第一非门比较器U1的第一引脚电平为低电平，经过非门反向，第一非门比较器U1的第二引脚输出高电平，电压为+15V，高电平+15V经过第一电阻R1向第一电容C1充电，充电电压达到非门的翻转电平（HCC40106的翻转电平是高2.9V，低1.9V），第一非门比较器U1的第二引脚跳变为低电平0V；谐振模块10输出的是占空比为50%的方波信号，可通过调节第一电阻R1、第一电容C1的配比得到需要的方波信号频率。

在本实施例中，死区时间设置模块11包括串联的第二电阻R2与第三电阻R3、串联的第二电容C2与第三电容C3和串联的第一二极管D1与第二二极管D2；第二电阻R2和第二电容C2的一端分别与第一二极管D1的正极电连接，第三电阻R3和第三电容C3的一端分别与第二二极管D2的负极电连接，第二电阻R2和第三电阻R3所形成的公共端及第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极电连接后形成的公共端均与第一非门比较器U1的第二引脚电连接，第二电容C2和第三电容C3形成的公共端接地，且第二电容C2和第三电容C3的一端均还与整形反向模块12电连接。整形反向模块12包括第二非门比较器U2、第三非门比较器U3和第四非门比较器U4；第二非门比较器U2、第三非门比较器U3和第四非门比较器U4上均设有第一引脚和第二引脚；第二电容C2的一端与第三非门比较器U3的第一引脚电连接，第三电容C3的一端与第三非门比较器U3的第一引脚电连接，第三非门比较器U3的第二引脚与第四非门比较器U4的第一引脚电连接，且第四非门比较器U4的第二引脚输出第一PWM脉冲信号DR1，第二非门比较器U2的第二引脚输出第二PWM脉冲信号DR2。

由第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1和第二二极管D2 组成死区时间设置模块11，若谐振模块10输出为高电平时，电流分别经过第二二极管D2向第二电容C2充电和第二电阻R2向第二电容C2充电，第二二极管D2为快恢复二极管，第二电容C2很快充电至高电平，第二非门比较器U2的第一引脚迅速达到翻转电平；第二电阻R2限制了第二电容C2的充电电流，延长第三非门比较器U3的第一引脚达到翻转电平的时间；若谐振模块10输出为低电平时，第二电容C2通过第一二极管D1放电，第一二极管D1为快恢复二极管，第三非门比较器U3的第一引脚迅速降低至翻转电平；第三电容C3经过第三电阻R3放电，第三电阻R3限制了第二电容C2的放电电流，延长了第二非门比较器U2的第一引脚降低至翻转电平的时间。死区时间设置模块11的作用是为了在第一PWM脉冲信号DR1的上升沿和第二PWM脉冲信号DR2的下降沿插入死区时间；使得第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2的占空比小于50%，避免第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2各自驱动的MOS出现同时导通的现象。

由第二非门比较器U2、第三非门比较器U3和第四非门比较器U4构成整形反向模块12。第二非门比较器U2将经过第三电阻R3、第二二极管 D2及第三电容C3的第二方波信号进行整形、反向、电流放大，最后得到第二PWM脉冲信号DR2；第三非门比较器U3将经过第二电阻R2、第一二极管D1及第二电容C2的第一方波信号整形与反向；再由第四非门比较器U4将经过第三非门比较器U3的方波信号反向和电流放大，最后得到第一PWM脉冲信号DR1。整形反向模块12的作用是将第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2整形为方波，并进行反向，将第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2转变为交错的脉冲方波，并增加第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2的信号带载能力。

请进一步参阅图2，本发明还提供一种简易脉冲开关电源PWM发生方法，包括以下步骤：

步骤a、产生方波信号：谐振模块10自激震荡产生方波信号。

步骤b、方波信号分路：该方波信号经死区时间设置模块11处理，并输出第一方波信号和第二方波信号，且该第一方波信号和第二方波信号均具有设定死区。

步骤c、得到两路PWM脉冲信号：第一方波信号经整形反向模块12处理后得到第一PWM脉冲信号DR1，第二方波信号经整形反向模块12处理后得到第二PWM脉冲信号DR2，且该第一PWM脉冲信号DR1和第二方波信号DR2的占空比相等；在该步骤中第一方波信号转为第一PWM脉冲信号DR1的具体步骤为：第一方波信号经过整形反向模块12的整形—首次反向—再次反向—电流放大后得到第一PWM脉冲信号DR1。第二方波信号转为第二PWM脉冲信号DR2的具体步骤为：第二方波信号经过整形反向模块12的整形—反向—电流放大后得到第二PWM脉冲信号DR2。

步骤d、PWM脉冲信号驱动：第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2分别驱动脉冲开关电源上对应的MOS管。即该两路PWM脉冲信号分别对应驱动脉冲开关电源不同桥壁的MOS管，能量经隔离变压器传递至副边，整流滤波后得到设计的电源电压。

在本实施例中，步骤a中方波信号的占空比为50%，可根据具体情况调整谐振模块10上的配比，得到所需要的方波信号频率。步骤c中第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2的占空比均小于50%，该范围段的占空比，避免第一PWM脉冲信号DR1和第二PWM脉冲信号DR2各自驱动的MOS出现同时导通的现象。

本发明提供的简易脉冲开关电源PWM发生电路及方法，应用到脉冲开关电源中，从实验测试的出来的波形分别如图3-4所示，从该测试波形图中可以得出以下结论，引入本发明之后PWM整流侧驱动电源和逆变输出侧的驱动电源的体积实现了最小化，使得驱动电源可以放在功率模块最近位置上，缩短了电源和功率模块PWM驱动信号的引线，减少干扰信号的串入；提高了脉冲开关电源的可靠性能。

本发明提供的简易脉冲开关电源PWM发生电路及方法，具有以下优势：

1）该电路巧妙运用谐振模块10自激震荡产生方波，该方波信号依次经过死区时间设置模块11和整形反向模块12后得到两路占空比相等且具有设定死区的PWM脉冲信号，通过这两路PWM脉冲信号的作用，能快速得到所需的电源电压。

2）该电路简单、性价比高、电路全硬件实现，整个处理过程不需要CPU等控制电路的介入，可靠性高，有效解决了传统技术中芯片体积大引脚多的缺陷。

3）本电路的外围电路只有谐振模块10和死区时间设置模块11，器件利用率高，整个电路占用体积小，这两个外围电路设置简便，使得脉冲开关电源体积达到最小化。

4）本电路方法最终得到的两路PWM脉冲信号占空比相等且具有设定死区，利用两路PWM脉冲信号分别驱动脉冲开关电源不同桥壁的MOS管，可有效避免脉冲开关电源上MOS管出现同时导通的现象。

5）本发明具有结构简单、设计合理、体积小、可靠性高及性价比高等特点。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种简易脉冲开关电源PWM发生电路，其特征在于，包括谐振模块、死区时间设置模块和整形反向模块；所述死区时间设置模块电连接在谐振模块与整形反向模块之间，所述谐振模块自激震荡产生方波信号，该方波信号依次经过死区时间设置模块和整形反向模块后，得到用于对应驱动脉冲开关电源不同桥壁的MOS管的第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号，该第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号占空比相等且具有设定死区。

2.根据权利要求1所述的简易脉冲开关电源PWM发生电路，其特征在于，所述谐振模块包括第一电阻、第一电容和第一非门比较器；所述第一非门比较器上设有第一引脚和第二引脚，所述第一电阻并联在第一非门比较器的第一引脚和第二引脚之间，且所述第一非门比较器的第一引脚和第一电阻的公共端与第一电容的一端电连接，所述第一电容的另一端接地，且所述第一非门比较器的第二引脚与死区时间设置模块电连接。

3.根据权利要求1所述的简易脉冲开关电源PWM发生电路，其特征在于，所述死区时间设置模块包括串联的第二电阻与第三电阻、串联的第二电容与第三电容和串联的第一二极管与第二二极管；所述第二电阻和第二电容的一端分别与第一二极管的正极电连接，所述第三电阻和第三电容的一端分别与第二二极管的负极电连接，所述第二电阻和第三电阻所形成的公共端及第一二极管的负极与第二二极管的正极电连接后形成的公共端均与第一非门比较器的第二引脚电连接，所述第二电容和第三电容形成的公共端接地，且所述第二电容和第三电容的一端均还与整形反向模块电连接。

4.根据权利要求1所述的简易脉冲开关电源PWM发生电路，其特征在于，所述整形反向模块包括第二非门比较器、第三非门比较器和第四非门比较器；所述第二非门比较器、第三非门比较器和第四非门比较器上均设有第一引脚和第二引脚；所述第二电容的一端与第三非门比较器的第一引脚电连接，所述第三电容的一端与第三非门比较器的第一引脚电连接，所述第三非门比较器的第二引脚与第四非门比较器的第一引脚电连接，且所述第四非门比较器的第二引脚输出第一PWM脉冲信号，所述第二非门比较器的第二引脚输出第二PWM脉冲信号。

5.根据权利要求3所述的简易脉冲开关电源PWM发生电路，其特征在于，所述第一二极管与第二二极管均为快恢复二极管。

6.一种简易脉冲开关电源PWM发生方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a、产生方波信号：谐振模块自激震荡产生方波信号；

步骤b、方波信号分路：该方波信号经死区时间设置模块处理，并输出第一方波信号和第二方波信号，且该第一方波信号和第二方波信号均具有设定死区；

步骤c、得到两路PWM脉冲信号：第一方波信号经整形反向模块处理后得到第一PWM脉冲信号，第二方波信号经整形反向模块处理后得到第二PWM脉冲信号，且该第一PWM脉冲信号和第二方波信号的占空比相等；

步骤d、PWM脉冲信号驱动：第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号分别对应驱动脉冲开关电源不同桥壁的MOS管。

7.根据权利要求6所述的简易脉冲开关电源PWM发生方法，其特征在于，所述步骤c中第一方波信号转为第一PWM脉冲信号的具体步骤为：第一方波信号经过整形反向模块的整形—首次反向—再次反向—电流放大后得到第一PWM脉冲信号。

8.根据权利要求6所述的简易脉冲开关电源PWM发生方法，其特征在于，所述步骤c中第二方波信号转为第二PWM脉冲信号的具体步骤为：第二方波信号经过整形反向模块的整形—反向—电流放大后得到第二PWM脉冲信号。

9.根据权利要求6所述的简易脉冲开关电源PWM发生方法，其特征在于，所述步骤a中方波信号的占空比为50%。

10.根据权利要求6所述的简易脉冲开关电源PWM发生方法，其特征在于，所述步骤c中第一PWM脉冲信号和第二PWM脉冲信号的占空比均小于50%。