CN107809177B - 一种隔离型输出电压可调驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种隔离型输出电压可调驱动电路，包括：变压器、变压器原边电路、变压器副边电路；变压器原边电路包括R1、C1构成的阻容电路及D1、R2构成的反向恢复支路；变压器副边电路包括R3、C2构成的阻容电路，D2、R4构成的磁复位回路和R5、D3、R6组成的驱动电阻电路。该驱动电路由于原副边阻容电路的存在，可改变驱动电压的大小，实现负压驱动；阻容电路可限制驱动电流，减小驱动电路上的损耗；副边磁复位回路的存在使该电路能更好的抑制关断尖峰，避免对器件的损坏，同时可通过改变磁复位回路电阻电容的大小改变输出驱动电压的大小；驱动电阻存在两条回路，因此该电路可以改变两个回路电阻值，使驱动电路获得驱动开通慢、关断快的效果。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其是一种隔离型输出电压可调驱动电路。
背景技术
随着开关电源技术的不断发展，开关电源越来越多的被应用到小型的电子装置中，这对开关电源装置的功率密度有了更高的要求，传统的开关电源一般工作在几百KHz，这使得变换器的其他元件相对较大，影响变换器的功率密度。因此开关电源高频化是当今发展的主要趋势。开关电源主要是由主电路和驱动电路两部分组成，驱动电路的作用是将控制信号和主电路联系起来，驱动电路选择的合理与否对整个变换器的工作状态起着重要作用。为了提高变换器的功率密度而增加开关管的频率，不仅会增大开关管上的损耗，也会使开关管的电流尖峰和电压尖峰增大，另外还会引发驱动电路的电磁干扰故驱动电路的研究看似简单实际复杂。
目前驱动电路研究主要有以下几类：(1)传统栅极驱动电路。这种驱动电路如图1所示，其结构非常简单，适用于单管驱动，因为没有隔离效果；并且驱动电压不存在反压，关断速度慢。(2)谐振驱动电路。谐振驱动电路如图2所示，通过电感和电容的谐振作用，这种电流可以近似看成一个恒定的电流源，从而加快了开关管的开关速度。另外，开关管SP和SN使主电路开关管在开通和关断时栅极电压分别钳位在高电位和低电位，从而防止了主电路开关管误导通。电路的主要缺点是在主电路开关管导通和关断阶段存在一个循环电流，所以驱动电路开关管SP和SN的导通电阻必须很小，否则会造成很大的驱动损耗。另外由于电感处于连续工作状态，对电感量的要求很高，会造成电感的体积过大。同时，这种驱动电路也没有实现隔离，以及存在驱动负压。(3)电流源驱动技术。电流源驱动技术如图3所示，相比于谐振驱动电路，电流源驱动电路在驱动电路自身损耗方面有所降低。并且由于驱动电流ig是一个恒定不变的值，能够使开关管的开关速度变快，而使开关损耗降低，又由于变换器工作在高频时开关管的损耗是变换器损耗中重要的部分，故可以降低变换器的损耗，增加功率传输。但是该驱动电路依然没有实现隔离效果，并且无法改变驱动电压，产生负压驱动。
在实际应用中，尤其在桥式电路里，或者为了减弱EMI影响，对于开关管的驱动，都要求具有隔离作用。除此之外，对于驱动电路而言，为了能够更快速的关断，驱动电压需要电压可调且存在负压关断，并且能够满足驱动回路开通慢，关断快的特点，而现有的驱动电路无法满足实际应用需求。
发明内容
发明目的：为解决以上几种现有驱动电路存在的技术问题，更好地实现对桥式电路开关管的驱动，本发明提出一种隔离型输出电压可调驱动电路，该隔离型输出电压可调驱动电路可以通过改变原副边阻容值而改变输出电压大小，并且可以产生负压驱动，加速驱动电路的关断过程。同时，通过改变驱动电阻值可以改变驱动电流大小，从而改变驱动电路的速度。隔离型输出电压可调驱动电路可以广泛应用在隔离型驱动场合，驱动电压和电流均可调，且电路简单，可靠性高。
技术方案：为实现上述技术效果，本发明提出以下技术方案：
一种隔离型输出电压可调驱动电路，包括：变压器、变压器原边电路和变压器副边电路；
变压器原边电路包括：电阻R1、R2，电容C1，二极管D1；其中，电阻R1和电容 C1并联形成阻容电路，二极管D1和电阻R2串联形成反向恢复支路；反向恢复支路于阻容电路并联形成并联支路，并联支路一端作为变压器原边电路的正输入端，另一端与变压器原边绕组的同名端相连，变压器原边绕组的异名端作为变压器原边电路的负输入端；
变压器副边电路包括：电阻R3、R4、R5、R6，电容C2，二极管D2、D3；R3一端与变压器副边绕组的同名端相连，另一端与R5的一端相连，R5的另一端作为变压器副边电路的正输出端；C2一端与变压器副边绕组的同名端相连，另一端与D3阴极相连， D3的阳极与R6一端相连，R6另一端连接变压器副边电路的正输出端；R3、R5的连接点与C2、D3的连接点相连；D2的阴极与C2、D3的连接点相连，D2的阳极与R4一端相连，R4另一端与变压器副边绕组的异名端相连，且R4与变压器副边绕组连接点作为变压器副边电路的负输出端；
变压器副边电路中，R3、C2构成阻容电路，D2、R4构成磁复位回路，R5、D3、 R6组成驱动电阻电路。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明可以实现驱动隔离，更好的应用在桥式电路驱动中，同时对需要隔离驱动的场合同样适用。
2、本发明由于原副边阻容电路的存在，可以改变驱动电压的大小，实现负压驱动，并且阻容电路也可以限制驱动电流，减小驱动电路上的损耗。
3、本发明由于副边磁复位回路的存在，可以更好的抑制关断尖峰，避免对器件的损坏，同时可以通过改变磁复位回路电阻电容的大小，从而改变输出驱动电压的大小。
4、本发明由于驱动电阻存在两条回路，因此可以改变两个回路电阻值，使得驱动电路获得驱动开通慢，关断快的效果。
附图说明
图1是现有技术中传统栅极驱动电路图。
图2是现有技术中谐振驱动电路图。
图3是现有技术中电流源驱动技术电路图。
图4是本发明隔离型输出电压可调驱动电路图。
图5是本发明隔离型输出电压可调驱动电路输入输出电压图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
图1至3所示分别为现有技术中的传统栅极驱动电路、谐振驱动电路和电流源驱动技术电路的拓扑结构图。这几个电路均无法实现开关管隔离驱动。
图4所示为本发明隔离型输出电压可调驱动电路图，该驱动电路采用PWM调制波驱动，图中包括：变压器、变压器原边电路和变压器副边电路；
变压器原边电路包括：电阻R1、R2，电容C1，二极管D1；其中，电阻R1和电容 C1并联形成阻容电路，二极管D1和电阻R2串联形成反向恢复支路；反向恢复支路于阻容电路并联形成并联支路，并联支路一端作为变压器原边电路的正输入端，另一端与变压器原边绕组的同名端相连，变压器原边绕组的异名端作为变压器原边电路的负输入端；
变压器副边电路包括：电阻R3、R4、R5、R6，电容C2，二极管D2、D3；R3一端与变压器副边绕组的同名端相连，另一端与R5的一端相连，R5的另一端作为变压器副边电路的正输出端；C2一端与变压器副边绕组的同名端相连，另一端与D3阴极相连， D3的阳极与R6一端相连，R6另一端连接变压器副边电路的正输出端；R3、R5的连接点与C2、D3的连接点相连；D2的阴极与C2、D3的连接点相连，D2的阳极与R4一端相连，R4另一端与变压器副边绕组的异名端相连，且R4与变压器副边绕组连接点作为变压器副边电路的负输出端；
变压器副边电路中，R3、C2构成阻容电路，D2、R4构成磁复位回路，R5、D3、 R6组成驱动电阻电路。
上述隔离型输出电压可调驱动电路，由于原副边阻容电路的存在，可以改变驱动电压的大小，实现负压驱动，并且阻容电路也可以限制驱动电流，减小驱动电路上的损耗；由于副边磁复位回路的存在，该电路可以更好的抑制关断尖峰，避免对器件的损坏，同时可以通过改变磁复位回路电阻电容的大小，从而改变输出驱动电压的大小；由于驱动电阻存在两条回路，因此该电路可以改变两个回路电阻值，使得驱动电路获得驱动开通慢，关断快的效果。
下面根据图5，对本发明的工作原理进行详细说明：
to-t1：输入PWM信号Vin为高电平，此时输出驱动电压电平也为高电平，但是Vgs小于Vin，减小的值即为其负压值。
t1-t2：输入PWM信号Vin为0，此时输出驱动电压电平为负电压，其值绝对值V1与正压值之和即为Vin。
对于本发明所提提出的隔离型输出电压可调驱动电路，通过改变电阻电容值可以改变输出驱动电压大小，其规律如下：
1、C1和R1组成阻容电路，减小C1或R1，驱动电压输出Vgs负压增大，正压增小，且变压器原边电流增大。
2、C2和R3组成阻容电路，减小C2或R3，驱动输出电压Vgs负压增大，正压减小，且变压器副边电流增大。
3、R2和D1组成原边电流回复及磁复位支路，减小R2，可以加速原边电流反向恢复速度。
4、一般情况下，取R1＝R3，C1＝C2，从而可以简化设计。并且R2＜R1，R6＜R5。
5、R4和D2组成副边磁复位支路，减小R4，驱动电压输出Vgs负压增大，正压增小。
6、R5为驱动支路，减小R5，驱动开通电流增大，驱动开通速度加快。
7、R6和D3组成驱动关断支路，减小R6，驱动关断电流增大，驱动关断速度加快。
8、D1、D2和D3三个二极管保证了单向导通性；D1保证原边电流反向恢复过程导通，且R2远小于R12，加速反向恢复过程；D2保证副边电流在磁复位回路时导通，提供磁复位回路；D3保证驱动在关断时导通，且R6小于R5，可以加速驱动关断的速度。
对于R1-R6和C1-C2增大的时候，输出电压变化趋势与上述讨论相反，不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种隔离型输出电压可调驱动电路，其特征在于，包括：变压器、变压器原边电路和变压器副边电路；
变压器原边电路包括：电阻R1、R2，电容C1，二极管D1；其中，电阻R1和电容C1并联形成阻容电路，二极管D1和电阻R2串联形成反向恢复支路；反向恢复支路与阻容电路并联形成并联支路，并联支路一端作为变压器原边电路的正输入端，另一端与变压器原边绕组的同名端相连，变压器原边绕组的异名端作为变压器原边电路的负输入端；
变压器副边电路包括：电阻R3、R4、R5、R6，电容C2，二极管D2、D3；R3一端与变压器副边绕组的同名端相连，另一端与R5的一端相连，R5的另一端作为变压器副边电路的正输出端；C2一端与变压器副边绕组的同名端相连，另一端与D3阴极相连，D3的阳极与R6一端相连，R6另一端连接变压器副边电路的正输出端；R3、R5的连接点与C2、D3的连接点相连；D2的阴极与C2、D3的连接点相连，D2的阳极与R4一端相连，R4另一端与变压器副边绕组的异名端相连，且R4与变压器副边绕组连接点作为变压器副边电路的负输出端；
变压器副边电路中，R3、C2构成阻容电路，D2、R4构成磁复位回路，R5、D3、R6组成驱动电阻电路。
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