CN105245090A - 基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，包括：信号发送模块，用于将驱动信号采用红外通信的方式发送至信号接收模块；信号接收驱动模块，用于采用红外通信的方式接收所述驱动信号，并根据接收到的驱动信号驱动电压转换模块进行工作；所述电压转换模块，用于根据所述信号接收驱动模块发送的驱动信号进行电压转换，并输出转换后的电压，所述信号接收驱动模块包括信号接收子模块，用于通过红外接收二极管D2接收驱动信号；所述驱动子模块，用于将接收到的驱动信号输出至电压转换模块以及电源子模块用于为驱动子模块供电。

Description

基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路

技术领域

本发明涉及采用开关方式的功率变换领域，特别涉及一种用于驱动开关器件的基于红外通信的隔离驱动电路。

背景技术

21世纪是信息化的时代，信息化的快速发展使得人们对于电子设备、产品的依赖性越来越大，而这些电力电子设备、产品都离不开采用开关方式的功率变换模块，如开关电源、逆变器、变频器、D类功放等。采用开关方式的功率变换模块是指利用现代电力电子技术，通过控制开关管开通和关断的时间比率，输出所需电压或者电流的一种模块。采用开关方式的功率变换模块的核心部分—驱动电路直接影响到功率变换的性能，因此它的驱动电路具有很大研究价值。

例如，采用开关方式的功率变换模块中的DC-DC开关电源，以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。但主流采用的还是频率为300-500kHz,用MOSFET制成的开关电源，其频率有待进一步提高。

电力电子器件开关频率的高频化是功率变换技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使功率变换装置空前地小型化，并使功率变换进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化，另外电力电子技术的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。开关式功率变换技术正在蓬勃的发展起来，开关式功率变换模块中驱动电路的作用是将控制电路的驱动脉冲放大到足够激励开关管，它的优劣对整个产品的优劣几乎起决定性要素。

提高开关频率，同时会对前级控制信号（如PWM信号）产生电路带来较高的电磁干扰。同时，对于开关器件来讲，控制信号驱动开关器件开启或者关断的条件是必须满足控制级与输出级之间的电压差（如MOS管中的VGS）的值必须满足器件手册规定之参数。这就导致目前主流的驱动电路无法适用于较高频率和高电压型的功率变换模块。

现有的驱动电路主要包括：1、浮动电源栅极驱动器:使用隔离光耦，再使用一个独立电源应用浮地技术将地浮动起来，以控制开关器件。采用浮地驱动时，独立电源的成本高；光耦合器相对昂贵，而且带宽有限。2、变压器耦合式驱动器:使用变压器耦合产生高于电源电压的驱动电压来驱动开关器件。采用变压器耦合式驱动在不确定的周期内充分控制栅极；但在某种程度上，限制了开关性能。3、直接驱动方式，无需独立电源，采用专用驱动芯片进行驱动，但是专用驱动芯片极其容易被损坏，若损坏之后，更换成本较高同时无独立电源芯片的电压等级也较低。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供了一种能够提高开关器件驱动信号的工作频率，提高采用开关方式的功率变换模块的安全性及降低成本的基于红外通信的隔离驱动电路，本基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路的电路结构简单、制造成本低廉，稳定性较高。

为解决上述技术问题，本发明采取的一个技术方案是：提供一种基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，包括：信号发送模块，用于将驱动信号采用红外通信的方式发送至信号接收驱动模块；所述信号发送模块包括三极管Q1、红外发光二极管D1、电阻R1以及电阻R2，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R2连接驱动控制器的驱动信号输出端，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述红外发光二极管D1的阴极连接，所述红外发光二极管D1的阳极通过所述电阻R1接5V电源；

所述信号接收驱动模块，用于采用红外通信的方式接收所述驱动信号，并根据接收到的驱动信号驱动电压转换模块进行工作；其中，所述信号接收驱动模块包括：信号接收子模块，用于采用红外通信的方式接收所述驱动信号；所述驱动子模块，用于将驱动信号输出至电压转换模块以驱动所述电压转换模块进行工作；以及电源子模块，用于将开关电路的电源接入所述驱动模块，以为所述信号接收子模块以及驱动子模块供电；

所述电压转换模块，用于根据所述信号接收驱动模块发送的驱动信号进行电压转换，并输出转换后的电压。

进一步的，所述信号发送模块还包括一电容C1,所述5V电源通过所述电容C1接地。

进一步的，所述信号发送模块还包括一电容C2，所述电容C2与所述电容C1并联连接。

进一步的，所述信号接收子模块包括红外接收二极管D2、三极管Q2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5，所述红外接收二极管D2用于接收所述红外发光二极管D1发送的驱动信号，所述红外接收二极管D2的阴极通过所述电阻R4连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极通过所述电阻R3与所述红外接收二极管D2的阴极相连，所述三极管Q2的集电极通过所述电阻R5与所述红外接收二极管D2的阴极连接，所述三极管Q2的集电极以及发射极还与驱动子模块相连，所述电阻R5与红外接收二极管D2的阳极之间的节点还与电源子模块相连。

进一步的，所述驱动子模块包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R6以及电阻R10，所述三极管Q3的基极通过所述电阻R6与所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q3的集电极连接所述电源子模块，所述三极管Q3的发射极与所述三极管Q4的发射极相连，所述三极管Q4的基极与所述三极管Q3的基极直接连接，所述三极管Q4的集电极与所述三极管Q2的发射极相连，还与所述电压转换模块相连，还与所述电源子模块相连，所述三极管Q4的发射极与所述三极管Q3的发射极之间的节点通过所述电阻R10与所述电压转换模块相连。

进一步的，所述电源子模块包括稳压二极管D3、稳压二极管D4、三极管Q5、三极管Q6、可调电阻R9以及可调电阻R11，所述稳压二极管D4的阳极与所述三极管Q4的集电极相连，所述稳压二极管D4的阴极与所述稳压二极管D3的阳极相连，所述稳压二极管D3的阴极通过电阻R9与三极管Q6的集电极相连，所述稳压二极管D3的阴极与所述电阻R9之间的节点与所述三极管Q6的基极相连，所述三极管Q6的发射极与所述三极管Q3的集电极相连，所述稳压二极管D3的阳极还与三极管Q5的基极相连，所述三极管Q5的发射极与所述红外接收二极管D2的阳极相连，所述三极管Q5的集电极通过所述可调电阻R11与所述开关电源的电源输出端连接，所述三极管Q5的集电极与所述可调电阻R11之间的节点还与三极管Q6的集电极相连。

进一步的，所述电压转换模块为BUCK降压模块，其包括MOS管Q7，二极管D5、电感L1以及电容C3，所述MOS管Q7的栅极通过所述电阻R10连接于所述三极管Q4的发射极和所述三极管Q3的发射极之间的节点，所述MOS管Q7的源极与所述三极管Q4的集电极连接，所述MOS管Q7的漏极接开关电源的电源输出端，所述MOS管Q7的源极还与所述二极管D5的阴极连接，所述二极管D5的阳极接地，所述MOS管Q7的源极与所述二极管D5的阴极之间的节点还与所述电感L1的一端相连，所述电感L1的另一端输出电压，所述二极管D5的阳极还通过所述电容C3与所述电感L1的另一端连接。

上述基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，采用红外发射接收二极管D2对电路进行电气隔离，并采用浮地技术且不使用独立电源，将接收到的信号驱动采用开关方式的功率变换模块。驱动信号经过红外发射电路驱动红外发光二极管D1发射红外信号；红外接收二极管D2和电阻R3两端电压由电源VCC经电阻R11和电阻R9分压后，由稳压二极管D4和三极管Q5稳压为5V，三极管Q3和三极管Q4两端电压由电源VCC经R11和R9分压后，由稳压二极管D3和D4稳压及Q6稳压为8V；红外接收二极管D2接收信号；并经三极管Q2放大；经过Q3、Q4推挽输出驱动电路；由MOS-G输出；MOS-S即为浮动地；改变电阻R11、电阻R9阻值，驱动电路可适应VCC电压变化。与现有技术相比，本驱动电路的制造成本更低，并且无需独立电源，本驱动电路当某一电子元件损坏之后直接更换该电子元件即可，更换成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明基于红外通信的隔离驱动电路一实施例的方框图。

图2是图1中信号发送模块和信号接收驱动模块的电路原理图。

图3是图1中BUCK降压模块的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1至图3，本发明的基于红外通信的隔离驱动电路，包括：信号发送模块、信号接收驱动模块以及电压转换模块，所述信号接收驱动模块包括信号接收子模块、所述驱动子模块以及电源子模块。本实施例中，以PWM信号驱动BUCK电路为例对本方案进行详细说明，可以理解的，在其他的实施例中，所述驱动信号还可以是SPWM信号、SVPWM信号等等。

所述信号发送模块，与PWM控制器的PWM信号输出端电连接，用于将PWM信号采用红外通信的方式发送至信号接收驱动模块；信号接收驱动模块，用于采用红外通信的方式接收所述PWM信号，并根据接收到的PWM信号驱动电压转换模块进行工作；所述电压转换模块，用于根据所述信号接收驱动模块发送的PWM波信号进行电压转换，并输出转换后的电压。

在所述信号接收驱动模块中，信号接收子模块，用于通过红外接收二极管D2接收PWM信号；所述驱动子模块，用于将接收到的PWM信号输出至电压转换模块；以及电源子模块，用于将开关电路的电源接入所述驱动模块，以为所述驱动子模块供电。

所述信号发送模块包括三极管Q1、红外发光二极管D1、电阻R1以及电阻R2，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R2连接PWM控制器的PWM信号输出端，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述红外发光二极管D1的阴极连接，所述红外发光二极管D1的阳极通过所述电阻R1接5V电源。信号发送模块将PWM信号通过所述红外发光二极管D1发送至所述信号接收子模块，信号发送模块可以直接接所棕PWM控制器的电源输出端子。

本实施例中，所述信号发送模块还包括一电容C1,所述5V电源通过所述电容C1接地。

本实施例中，所述信号发送模块还包括一电容C2，所述电容C2与所述电容C1并联连接。所述电容C1及电容C2主要是去耦电容，用于维持开关时波形稳定，可以理解的，该电容C1及电容C2并非必要技术元件。

所述信号接收子模块包括红外接收二极管D2、三极管Q2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5，所述红外接收二极管D2用于接收所述红外发光二极管D1发送的PWM信号，所述红外接收二极管D2的阴极通过所述电阻R4连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极通过所述电阻R3与所述红外接收二极管D2的阴极相连，所述三极管Q2的集电极通过所述电阻R5与所述红外接收二极管D2的阴极连接，所述三极管Q2的集电极以及发射极还与驱动子模块相连，所述电阻R5与红外接收二极管D2的阳极之间的节点还与电源子模块相连。本方案中，所述信号接收子模块通过红外接收二极管D2接收PWM信号，以便于后续的驱动子模块根据该PWM信号来驱动后续的BUCK降压电路中的MOS管Q7的占空比，以控制输出功率，以便于后续驱动子模块根据该信号来驱动后续的功率变换模块。

所述驱动子模块包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R6以及电阻R10，所述三极管Q3的基极通过所述电阻R6与所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q3的集电极连接所述电源子模块，所述三极管Q3的发射极与所述三极管Q4的发射极相连，所述三极管Q4的基极与所述三极管Q3的基极直接连接，所述三极管Q4的集电极与所述三极管Q2的发射极相连，还与所述电压转换模块相连，还与所述电源子模块相连，所述三极管Q4的发射极与所述三极管Q3的发射极之间的节点通过所述电阻R10与所述电压转换模块相连。

所述电源子模块包括稳压二极管D3、稳压二极管D4、三极管Q5、三极管Q6、可调电阻R9以及可调电阻R11，所述稳压二极管D4的阳极与所述三极管Q4的集电极相连，所述稳压二极管D4的阴极与所述稳压二极管D3的阳极相连，所述稳压二极管D3的阴极通过电阻R9与三极管Q6的集电极相连，所述稳压二极管D3的阴极与所述电阻R9之间的节点与所述三极管Q6的基极相连，所述三极管Q6的发射极与所述三极管Q3的集电极相连，所述稳压二极管D3的阳极还与三极管Q5的基极相连，所述三极管Q5的发射极与所述红外接收二极管D2的阳极相连，所述三极管Q5的集电极通过所述可调电阻R11与所述开关电源的电源输出端连接，所述三极管Q5的集电极与所述可调电阻R11之间的节点还与三极管Q6的集电极相连。

本实施例中，所述电压转换模为BUCK降压转换模块，其包括MOS管Q7，二极管D5、电感L1以及电容C3，所述MOS管Q7的栅极通过所述电阻R10连接于所述三极管Q4的发射极和所述三极管Q3的发射极之间的节点，所述MOS管Q7的源极与所述三极管Q4的集电极连接，所述MOS管Q7的漏极接开关电源的电源输出端，所述MOS管Q7的源极还与所述二极管D5的阴极连接，所述二极管D5的阳极接地，所述MOS管Q7的源极与所述二极管D5的阴极之间的节点还与所述电感L1的一端相连，所述电感L1的另一端输出电压，所述二极管D5的阳极还通过所述电容C3与所述电感L1的另一端连接。

本方案采用红外发射接收二极管D2对电路进行电气隔离，并采用浮地技术且不使用独立电源，将接收到的信号驱动采用开关方式的功率变换模块。驱动信号经过红外发射电路驱动红外发光二极管D1发射红外信号；红外接收二极管D2和电阻R3两端电压由电源VCC经电阻R11和电阻R9分压后，由稳压二极管D4和三极管Q5稳压为5V，三极管Q3和三极管Q4两端电压由电源VCC经R11和R9分压后，由稳压二极管D3和D4稳压及Q6稳压为8V；红外接收二极管D2接收信号；并经三极管Q2放大；经过Q3、Q4推挽输出驱动电路；由MOS-G输出；MOS-S即为浮动地；改变电阻R11、电阻R9阻值，驱动电路可适应VCC电压变化。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结果或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，其特征在于，包括：

信号发送模块，用于将驱动信号采用红外通信的方式发送至信号接收驱动模块；所述信号发送模块包括三极管Q1、红外发光二极管D1、电阻R1以及电阻R2，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R2连接驱动控制器的驱动信号输出端，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述红外发光二极管D1的阴极连接，所述红外发光二极管D1的阳极通过所述电阻R1接5V电源；

所述信号接收驱动模块，用于采用红外通信的方式接收所述驱动信号，并根据接收到的驱动信号驱动电压转换模块进行工作；其中，所述信号接收驱动模块包括：信号接收子模块，用于采用红外通信的方式接收所述驱动信号；所述驱动子模块，用于将驱动信号输出至电压转换模块以驱动所述电压转换模块进行工作；以及电源子模块，用于将开关电路的电源接入所述驱动模块，以为所述信号接收子模块以及驱动子模块供电；

所述电压转换模块，用于根据所述信号接收驱动模块发送的驱动信号进行电压转换，并输出转换后的电压。

2.如权利要求1所述的基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，其特征在于：所述信号发送模块还包括一电容C1,所述5V电源通过所述电容C1接地。

3.如权利要求2所述的基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，其特征在于：所述信号发送模块还包括一电容C2，所述电容C2与所述电容C1并联连接。

4.如权利要求1所述的基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，其特征在于：所述信号接收子模块包括红外接收二极管D2、三极管Q2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5，所述红外接收二极管D2用于接收所述红外发光二极管D1发送的驱动信号，所述红外接收二极管D2的阴极通过所述电阻R4连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极通过所述电阻R3与所述红外接收二极管D2的阴极相连，所述三极管Q2的集电极通过所述电阻R5与所述红外接收二极管D2的阴极连接，所述三极管Q2的集电极以及发射极还与驱动子模块相连，所述电阻R5与红外接收二极管D2的阳极之间的节点还与电源子模块相连。

5.如权利要求4所述的基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，其特征在于：所述驱动子模块包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R6以及电阻R10，所述三极管Q3的基极通过所述电阻R6与所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q3的集电极连接所述电源子模块，所述三极管Q3的发射极与所述三极管Q4的发射极相连，所述三极管Q4的基极与所述三极管Q3的基极直接连接，所述三极管Q4的集电极与所述三极管Q2的发射极相连，还与所述电压转换模块相连，还与所述电源子模块相连，所述三极管Q4的发射极与所述三极管Q3的发射极之间的节点通过所述电阻R10与所述电压转换模块相连。

6.如权利要求5所述的基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，其特征在于：所述电源子模块包括稳压二极管D3、稳压二极管D4、三极管Q5、三极管Q6、可调电阻R9以及可调电阻R11，所述稳压二极管D4的阳极与所述三极管Q4的集电极相连，所述稳压二极管D4的阴极与所述稳压二极管D3的阳极相连，所述稳压二极管D3的阴极通过电阻R9与三极管Q6的集电极相连，所述稳压二极管D3的阴极与所述电阻R9之间的节点与所述三极管Q6的基极相连，所述三极管Q6的发射极与所述三极管Q3的集电极相连，所述稳压二极管D3的阳极还与三极管Q5的基极相连，所述三极管Q5的发射极与所述红外接收二极管D2的阳极相连，所述三极管Q5的集电极通过所述可调电阻R11与所述开关电源的电源输出端连接，所述三极管Q5的集电极与所述可调电阻R11之间的节点还与三极管Q6的集电极相连。

7.如权利要求6所述的基于红外隔离通信的开关式功率变换模块的驱动电路，其特征在于：所述电压转换模块为BUCK降压模块，其包括MOS管Q7，二极管D5、电感L1以及电容C3，所述MOS管Q7的栅极通过所述电阻R10连接于所述三极管Q4的发射极和所述三极管Q3的发射极之间的节点，所述MOS管Q7的源极与所述三极管Q4的集电极连接，所述MOS管Q7的漏极接开关电源的电源输出端，所述MOS管Q7的源极还与所述二极管D5的阴极连接，所述二极管D5的阳极接地，所述MOS管Q7的源极与所述二极管D5的阴极之间的节点还与所述电感L1的一端相连，所述电感L1的另一端输出电压，所述二极管D5的阳极还通过所述电容C3与所述电感L1的另一端连接。