CN104300769A - 一种隔离型h桥驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隔离型H桥驱动装置，是采用隔离变压器与光耦隔离相结合的方式来实现H桥的驱动，光耦用来隔离H桥上桥臂的驱动信号，隔离变压器生成的电压用来给隔离后的驱动信号电路提供工作电压，同时隔离变压器生成电压的负极连接在H桥臂的下桥公共端HV-360V-，与驱动信号芯片的地做了隔离，这样可以使得驱动信号直接驱动H桥电路中的上下桥臂的功率MOSFET管，而驱动芯片也无需增加抬高驱动电压的电路，使得驱动芯片应用范围更加广泛，节省下的空间可以增加其他性能和电气特性。本发明相比较于成本较高的专用驱动芯片具有成本低廉，安全可靠的优点，而且此驱动装置无需自举电容升压，同时可以产生与专用IC同样的功能和电气特性。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，更具体地，涉及一种隔离型H桥驱动装置。
背景技术
在H桥的电路中，H桥多用于换向来传递能量，现在的H桥式电路的4个管子一般都用同一种型号的。下桥的两个管子可以共用接地，但上桥的两个管子就无法共地。H桥电路多连接高电压电路，由于上桥的两个管子无法共地而处于浮地连接状态，这样就需要其驱动信号电压能被抬高或与地隔离，特别地，对于DSP或FPGA作为驱动源时，因驱动电路往往都接地而无抬高驱动电压，使得其不能用接地信号直接用来驱动H桥的上桥臂。现有抬高驱动电压的方法有升压电容的方法，也有采用BOOST电路来升压的方法，还可采用专用的芯片来抬高驱动电压，也有采用隔离变压器直接隔离驱动的方法，而这些方法不利因素都会使驱动电路设计变得复杂，增加了设计难度，不利于掌握控制设计结果，导致设计出的产品可靠性变低，而且还会带来更多的设计成本。
发明内容
为了克服上述采用驱动方法的不足，本发明提出一种隔离型H桥驱动装置，该驱动装置是采用光耦隔离和变压器磁隔离结合的方式来驱动H桥的上桥臂，具有成本低廉、安全可靠的特点。
为了解决上述不足，本发明的技术方案为：
一种隔离型H桥驱动装置，包括隔离型供电模块、H桥桥臂驱动IC信号模块、H桥上桥左臂隔离驱动模块、H桥上桥右臂隔离驱动模块、H桥电路和输出电路；
隔离型供电模块输出两路电压，一路电压接入H桥桥臂驱动IC信号模块，另一路电压接入H桥上桥左臂隔离驱动模块和H桥上桥右臂隔离驱动模块；
H桥桥臂驱动IC信号模块输出4路PWM信号，分别为：PWM1、PWM2、PWM3和PWM4；其中PWM1，PWM2分别送到H桥上桥左臂隔离驱动模块和H桥上桥右臂隔离驱动模块，PWM3，PWM4分别驱动H桥电路的下桥的左右臂；H桥上桥左臂隔离驱动模块接H桥电路上桥左臂，H桥上桥右臂隔离驱动模块的输出端接H桥电路上桥右臂，H桥电路的输出端接输出电路；
所述隔离型供电模块包括用于将供电电压隔离出两路电压的隔离变压器，隔离变压器生成的负极连接在H桥电路下桥公共端HV-360V-；所述H桥上桥左臂隔离驱动模块包括有光耦U72，所述H桥上桥右臂隔离驱动模块包括有光耦U73，所述PWM1，PWM2分别通过光耦U72、U73送入H桥上桥左臂隔离驱动模块和H桥上桥右臂隔离驱动模块。
本发明采用隔离变压器与光耦隔离相结合的方式来实现H桥的驱动，光耦用来隔离驱动信号的初始点，而隔离变压器用来给隔离后的驱动信号提供工作电压，同时采用隔离变压器生成的负极连接在H桥臂的下桥共地端，与负载芯片的地做了隔离，这样可以使得驱动信号可以直接驱动H桥电路中的上下桥臂上的功率MOSFET管了，而驱动芯片也无需增加抬高驱动电压的功能，使得驱动芯片应用范围更加广泛，节省下的空间可以增加其他性能和电气特性。
本发明相比较于成本较高的专用驱动芯片具有成本低廉，安全可靠的特点，该驱动装置无需自举电容升压，同时可以产生与专用IC同样的功能和电气特性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
如图1、2，一种隔离型H桥驱动装置，包括隔离型供电模块1、H桥桥臂驱动IC信号模块2、H桥上桥左臂隔离驱动模块3、H桥上桥右臂隔离驱动模块4、H桥电路5和输出电路6；
隔离型供电模块1输出两路电压，一路电压接入H桥桥臂驱动IC信号模块2，另一路电压接入H桥上桥左臂隔离驱动模块3和H桥上桥右臂隔离驱动模块4；
H桥桥臂驱动IC信号模块2输出4路PWM信号，分别为：PWM1、PWM2、PWM3和PWM4；其中PWM1，PWM2分别送到H桥上桥左臂隔离驱动模块3和H桥上桥右臂隔离驱动模块4，PWM3，PWM4分别驱动H桥电路的下桥的左右臂；H桥上桥左臂隔离驱动模块3接H桥电路上桥左臂，H桥上桥右臂隔离驱动模块4的输出端接H桥电路上桥右臂，H桥电路5的输出端接输出电路6；
所述隔离型供电模块1包括用于将供电电压隔离出两路电压的隔离变压器，隔离变压器生成的负极连接在H桥电路下桥公共端HV-360V-；所述H桥上桥左臂隔离驱动模块包括有光耦U72，所述H桥上桥右臂隔离驱动模块包括有光耦U73，所述PWM1，PWM2分别通过光耦U72、U73送入H桥上桥左臂隔离驱动模块和H桥上桥右臂隔离驱动模块。
所述隔离型供电模块包括电解电容 EC37、电容C70、C81、C82，MOS管MOS35，电解电容EC20、EC19、电容C84、C83，隔离变压器L17，二极管D39-D41，电感L18、电解电容EC23和电容C85；
所述电解电容 EC37、电容C70、C81、C82并联连接，供电电压接电解电容EC37的正极，电解电容EC37的负极接地DGND；电解电容EC37的正极接MOS管MOS35的漏极，MOS35的源极接隔离变压器L17初级的一端，隔离变压器L17初级的另一端为一路输出电压Vout1，为负载提供能量，隔离变压器L17初级的一端接二极管D41的负极，二极管D41的正极接地DGND；电解电容EC20、EC19、电容C84、C83并联连接，电解电容EC20、EC19的正极接隔离变压器L17初级的另一端，电解电容EC20、EC19的负极接地DGND；
隔离变压器L17次级的一端接二极管D39的正极，二极管D39的负极接电感L18的一端，电感L18的另一端为另一路输出电压Vout2，隔离变压器L17次级的另一端接二极管D40的正极，二极管D40的负极接二极管D39的负极，电解电容EC23、电容C85并联连接，电解电容EC23的正极接电感L18的另一端，电解电容EC23的负极为另一路输出电压Vout2的负极LOAD-连接H桥电路下桥公共端HV-360V-；
所述H桥的桥臂驱动IC信号模块包括PWM驱动信号、电阻R93，PWM驱动信号通过电阻R93接MOS35的栅极。
所述H桥上桥左臂隔离驱动模块包括光耦U72、电阻R83、R833、R837、R850和三极管Q9、Q10、Q14，隔离型供电模块的输出电压Vout2通过电阻R837接光耦U72三极管的集电极，通过电阻R850接三极管Q14的集电极，还接三极管Q9的集电极；PWM1接光耦U72发射二极管的正极，光耦U72发射二极管的负极通过电阻R83接地DGND；光耦U72三极管的集电极通过电阻R833接三极管Q14的基极，三极管Q14的集电极接三极管Q9、Q10的基极，三极管Q9的发射极接三极管Q10的集电极；光耦U72三极管的发射极、三极管Q14的发射极、三极管Q10的发射极均接输出电压Vout2的负极LOAD-，三极管Q9的发射极接H桥电路上桥左臂。
所述H桥上桥右臂隔离驱动模块包括光耦U73、电阻R743、R835、R849、R851和三极管Q11、Q12、Q13，隔离型供电模块的输出电压Vout2通过电阻R849接光耦U73三极管的集电极，通过电阻R851接三极管Q13的集电极，还接三极管Q11的集电极；PWM2接光耦U73发射二极管的正极，光耦U732发射二极管的负极通过电阻R743接地DGND；光耦U73三极管的集电极通过电阻R835接三极管Q13的基极，三极管Q13的集电极接三极管Q11、Q12的基极，三极管Q11的发射极接三极管Q112的集电极；光耦U73三极管的发射极、三极管Q13的发射极、三极管Q12的发射极均接输出电压Vout2的负极LOAD-，三极管Q11的发射极接H桥电路上桥右臂。
所述H桥电路包括MOS管MOS1-MOS4，MOS2为H桥电路上桥左臂，MOS1为H桥电路上桥右臂，MOS3为H桥电路下桥左臂，MOS4为H桥电路下桥右臂；
三极管Q9的发射极接H桥电路上桥左臂MOS2的栅极，三极管Q11的发射极接H桥电路上桥右臂MOS2的栅极。
本实施方式是采用隔离变压器与光耦隔离相结合的方式，光耦用来隔离驱动信号的初始点，而隔离变压器用来给隔离后的驱动信号提供工作电压，同时采用隔离变压器生成的负极连接在H桥臂的下桥共地点。这样可以使得前级PWM驱动信号可以直接驱动H桥电路中的上下桥臂上的功率MOSFET管了。
H桥的实际应用当中，其上下桥臂连接高电压，其中MOS1、MOS2为H桥电路的上桥臂，MOS3、MOS4为H桥电路的下桥臂，采用自带4路PWM方波驱动信号的DSP来驱动这个H桥电路，其中PWM1、PWM2来驱动H桥电路的上桥臂，PWM1、PWM2分别经过光耦U72、U73的初级，经过光耦内部二极管控制，此时由L17隔离变压器生成的电压Vout2加在光耦三极管的集电极处，光耦内部的三极管导通工作，Vout2电压开始加到电阻R837、R850、R849、R851，使Q13、Q14导通工作来分别驱动Q11、Q12及Q9、Q10，这样Q9、Q10组成的图腾柱电路来驱动MOS2，同理Q11、Q12组成的图腾柱电路来驱动MOS1。
L19、C86、C87是H桥的输出电路，能够实现信号滤波。
电解电容EC37、电容C70、C81、C82是降压型BUCK拓扑电路的输入滤波稳压电容，MOS35是降压型BUCK电路的一个开关，当PWM驱动信号经过R93驱动MOS35时，MOS35导通，使得Vin的能量存储在隔离变压器的初级电感内，同时给EC20、EC19、C84、C83、供电储能，给Vout1的负载提供能量，当MOS35关断后，隔离变压器初级L17电感释放能量给负载，D41提供了这一能量释放通路，起到续流的作用。
Vout1用来给DSP芯片提供工作电压。
隔离变压器次级与初级同步工作，D39、D40整流及续流，L18、EC23储能，生成电压Vout2用来为光耦次级以及Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14提供驱动电压，使得隔离驱动能正常工作。
Vout2的负端连接H桥的共地端，而与DSP芯片的地做了隔离，这样实际是抬高了H桥上桥臂驱动电压，使得H桥的上桥臂能正常工作。
本实施方式是采用变压器隔离与光耦隔离相结合的方式，光耦用来隔离驱动信号的初始点，而隔离变压器用来给隔离后的驱动信号提供工作电压，同时采用隔离变压器生成的负极连接在H桥臂的下桥共地点。Vout2的负端连接H桥的共地端，而与DSP芯片的地做了隔离，这样可以使得前级PWM驱动信号可以直接驱动H桥电路中的上下桥臂上的功率MOSFET管而驱动芯片也无需增加抬高驱动电压的功能，使得驱动芯片应用范围更加广泛，节省下的空间可以增加其他性能和电气特性。
本实施方式可以很好的克服了驱动H桥的上桥臂的难题。使得驱动芯片也无需增加抬高驱动电压，也不需要搭建专门的升压电路，仅仅需要几个光耦，三极管，隔离变压器，就可以实现H桥的上桥臂正常的能量换向，本驱动装置相比较于成本较高的专用驱动芯片有成本低廉，安全可靠，不用自举电容升压，同时可以产生与专用IC同样的功能和电气特性等优点。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种隔离型H桥驱动装置，其特征在于，包括隔离型供电模块、H桥桥臂驱动IC信号模块、H桥上桥左臂隔离驱动模块、H桥上桥右臂隔离驱动模块、H桥电路和输出电路；
隔离型供电模块输出两路电压，一路电压接入H桥桥臂驱动IC信号模块，另一路电压接入H桥上桥左臂隔离驱动模块和H桥上桥右臂隔离驱动模块；
H桥桥臂驱动IC信号模块输出4路PWM信号，分别为：PWM1、PWM2、PWM3和PWM4；其中PWM1，PWM2分别送到H桥上桥左臂隔离驱动模块和H桥上桥右臂隔离驱动模块，PWM3，PWM4分别驱动H桥电路的下桥的左右臂；H桥上桥左臂隔离驱动模块接H桥电路上桥左臂，H桥上桥右臂隔离驱动模块的输出端接H桥电路上桥右臂，H桥电路的输出端接输出电路；
所述隔离型供电模块包括用于将供电电压隔离出两路电压的隔离变压器，隔离变压器生成的负极连接在H桥电路下桥公共端HV-360V-；所述H桥上桥左臂隔离驱动模块包括有光耦U72，所述H桥上桥右臂隔离驱动模块包括有光耦U73，所述PWM1，PWM2分别通过光耦U72、U73送入H桥上桥左臂隔离驱动模块和H桥上桥右臂隔离驱动模块。
2.根据权利要求1所述的隔离型H桥驱动装置，其特征在于，所述隔离型供电模块包括电解电容 EC37、电容C70、C81、C82，MOS管MOS35，电解电容EC20、EC19、电容C84、C83，隔离变压器L17，二极管D39-D41，电感L18、电解电容EC23和电容C85；
所述电解电容 EC37、电容C70、C81、C82并联连接，供电电压接电解电容EC37的正极，电解电容EC37的负极接地DGND；电解电容EC37的正极接MOS管MOS35的漏极，MOS35的源极接隔离变压器L17初级的一端，隔离变压器L17初级的另一端为一路输出电压Vout1，为负载提供能量，隔离变压器L17初级的一端接二极管D41的负极，二极管D41的正极接地DGND；电解电容EC20、EC19、电容C84、C83并联连接，电解电容EC20、EC19的正极接隔离变压器L17初级的另一端，电解电容EC20、EC19的负极接地DGND；
隔离变压器L17次级的一端接二极管D39的正极，二极管D39的负极接电感L18的一端，电感L18的另一端为另一路输出电压Vout2，隔离变压器L17次级的另一端接二极管D40的正极，二极管D40的负极接二极管D39的负极，电解电容EC23、电容C85并联连接，电解电容EC23的正极接电感L18的另一端，电解电容EC23的负极为另一路输出电压Vout2的负极LOAD-连接H桥电路下桥公共端HV-360V-；
所述H桥的桥臂驱动IC信号模块包括PWM驱动信号、电阻R93，PWM驱动信号通过电阻R93接MOS35的栅极。
3.根据权利要求2所述的隔离型H桥驱动装置，其特征在于，所述H桥上桥左臂隔离驱动模块包括光耦U72、电阻R83、R833、R837、R850和三极管Q9、Q10、Q14，隔离型供电模块的输出电压Vout2通过电阻R837接光耦U72三极管的集电极，通过电阻R850接三极管Q14的集电极，还接三极管Q9的集电极；PWM1接光耦U72发射二极管的正极，光耦U72发射二极管的负极通过电阻R83接地DGND；光耦U72三极管的集电极通过电阻R833接三极管Q14的基极，三极管Q14的集电极接三极管Q9、Q10的基极，三极管Q9的发射极接三极管Q10的集电极；光耦U72三极管的发射极、三极管Q14的发射极、三极管Q10的发射极均接输出电压Vout2的负极LOAD-，三极管Q9的发射极接H桥电路上桥左臂。
4.根据权利要求3所述的隔离型H桥驱动装置，其特征在于，所述H桥上桥右臂隔离驱动模块包括光耦U73、电阻R743、R835、R849、R851和三极管Q11、Q12、Q13，隔离型供电模块的输出电压Vout2通过电阻R849接光耦U73三极管的集电极，通过电阻R851接三极管Q13的集电极，还接三极管Q11的集电极；PWM2接光耦U73发射二极管的正极，光耦U732发射二极管的负极通过电阻R743接地DGND；光耦U73三极管的集电极通过电阻R835接三极管Q13的基极，三极管Q13的集电极接三极管Q11、Q12的基极，三极管Q11的发射极接三极管Q112的集电极；光耦U73三极管的发射极、三极管Q13的发射极、三极管Q12的发射极均接输出电压Vout2的负极LOAD-，三极管Q11的发射极接H桥电路上桥右臂。
5.根据权利要求4所述的隔离型H桥驱动装置，其特征在于，所述H桥电路包括MOS管MOS1-MOS4，MOS2为H桥电路上桥左臂，MOS1为H桥电路上桥右臂，MOS3为H桥电路下桥左臂，MOS4为H桥电路下桥右臂；
三极管Q9的发射极接H桥电路上桥左臂MOS2的栅极，三极管Q11的发射极接H桥电路上桥右臂MOS2的栅极。
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