CN108023466A - 一种磁共振发射前端及功率器件驱动电路 - Google Patents

一种磁共振发射前端及功率器件驱动电路 Download PDF

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朱文广
朱斯忠
许向东
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Abstract

本发明公开了一种磁共振发射前端及功率器件驱动电路，包括频率给定单元；触发器；PWM调制单元；钳位单元；第一通道及第二通道；第一通道和第二通道均包括JK触发器、第一放大器、第二放大器、第一NPN及第二NPN，一个通道中的JK触发器的触发端接第i频率信号，其复位端接第i复位信号，则另一个通道中的JK触发器的触发端接第j频率信号，其复位端接第j复位信号；每个JK触发器的正向输出端经过第一放大器第一NPN的基极连接，其反向输出端经过第二放大器与第二NPN的基极连接，第一NPN的集电极接电源，第一NPN发射极与第二NPN的集电极连接，其公共端作为所在通道的输出端，第二NPN的发射极接地。该前端具有强劲的输出能力，对于驱动功率较大的功率器件具有很好的效果。

Description

一种磁共振发射前端及功率器件驱动电路
技术领域
本发明涉及功率驱动技术领域，特别是涉及一种磁共振发射前端及功率器件驱动电路。
背景技术
随着科学技术的进步，磁共振发射前端得到了极大地发展，磁共振发射前端能够输出2通道互补信号，特别适用于不能同时导通也即要求互补导通的可控器件，但现有技术中的磁共振发射前端的输出功率很小，无法驱动如IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)或者MOSFET等功率较大的功率器件，适用范围小。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的磁共振发射前端及功率器件驱动电路是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁共振发射前端，其具有强劲的输出能力，对于驱动功率较大的功率器件具有很好的效果，增大了适用范围；本发明的另一目的是提供一种包括上述磁共振发射前端的功率器件驱动电路。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁共振发射前端，包括：
频率给定单元，用于输出频率信号；
输入端与所述频率给定单元连接的触发器，用于依据所述频率信号得到互为反相的第一频率信号Q1和第二频率信号
PWM调制单元，用于输出脉冲信号；
输入端与所述PWM调制单元连接的钳位单元，用于对所述脉冲信号进行钳位，得到互为反相的第一复位信号Q2和第二复位信号
用于输出具有互补功能的驱动信号的第一通道及第二通道；其中，所述第一通道和所述第二通道均包括JK触发器、第一放大器、第二放大器、第一NPN以及第二NPN，一个通道中的JK触发器的触发端接第i频率信号，i为1或2，其复位端接第i复位信号，则另一个通道中的JK触发器的触发端接第j频率信号，其复位端接第j复位信号，其中，i＝1时，j＝2；i＝2时，j＝1；每个JK触发器的正向输出端经过所述第一放大器与所述第一NPN的基极连接，其反向输出端经过所述第二放大器与所述第二NPN的基极连接，所述第一NPN的集电极接电源，所述第一NPN发射极与所述第二NPN的集电极连接，其公共端作为所在通道的输出端，所述第二NPN的发射极接地。
优选地，所述频率给定单元包括：
振荡器，用于输出第一初始频率信号；
输入端与所述振荡器连接的分频器，用于对所述第一初始频率进行分频，得到第二初始频率信号；其中，所述分频器还与所述钳位单元连接，用于将所述第一初始频率发送至所述钳位单元；
参考电压给定单元，用于输出参考电压；
反相输入端与所述分频器的第一输出端连接、正相输入端与所述参考电压给定单元连接、输出端与所述触发器的第三放大器，用于依据所述参考电压对所述第二初始频率信号进行放大，得到所述频率信号。
优选地，所述振荡器为晶体振荡器。
优选地，所述PWM调制单元包括：
调制电压给定单元，用于输出调制电压；
启动电压给定单元，用于输出启动电压；
第一输入端与所述调制给定单元连接，第二输入端与所述启动电压给定单元连接、输出端与所述钳位单元连接的PWM调制电路，用于在所述启动电压给定时，依据所述调制电压输出所述脉冲信号。
优选地，所述启动电压给定单元为软启动电路。
优选地，所述调制电压给定单元包括：
正相输入端接误差电压、反相输入端与所述参考电压给定单元连接、输出端作为所述调制电压给定单元的输出端的第四放大器，用于依据所述参考电压给定单元输出的误差参考电压对所述误差电压进行放大，得到所述调制电压。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种功率器件驱动电路，包括功率器件，还包括如上述任一项所述的磁共振发射前端，所述磁共振发射前端用于驱动所述功率器件。
优选地，所述功率器件为IGBT。
优选地，所述功率器件为MOSFET。
本发明提供了一种磁共振发射前端及功率器件驱动电路，包括频率给定单元，用于输出频率信号；触发器，用于依据频率信号得到互为反相的第一频率信号Q1和第二频率信号PWM调制单元，用于输出脉冲信号；钳位单元，用于对脉冲信号进行钳位，得到互为反相的第一复位信号Q2和第二复位信号用于输出具有互补功能的驱动信号的第一通道及第二通道；第一通道和第二通道均包括JK触发器、第一放大器、第二放大器、第一NPN以及第二NPN，JK触发器的触发端接第i频率信号Qi，i为1或2，其复位端接第i复位信号，其正向输出端经过第一放大器与第一NPN的基极连接，其反向输出端经过第二放大器与第二NPN的基极连接，第一NPN的集电极接电源，第一NPN发射极与第二NPN的集电极连接，其公共端作为所在通道的输出端，第二NPN的发射极接地。
可见，本发明提供的磁共振发射前端采用由第一NPN和第二NPN构成的推挽电流放大电路，其具有强劲的输出能力，再由第一放大器和第二放大器进行信号放大，从而进一步增强了磁共振发射前端的驱动能力，对于驱动功率较大的功率器件具有很好的效果，增大了适用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本发明提供的一种磁共振发射前端的结构示意图；
图2为本发明提供的一种磁共振发射前端的测试图；
图3为本发明提供的第一通道和第二通道的输出信号的示意图；
图4为本发明提供的一种功率器件为IGBT的功率器件驱动电路的结构示意图；
图5为本发明提供的一种功率器件为光耦的功率器件驱动电路的结构示意图；
图6为本发明提供的另一种功率器件为光耦的功率器件驱动电路的结构示意图；
图7为本发明提供的另一种功率器件为IGBT的功率器件驱动电路的结构示意图；
图8为本发明提供的另一种功率器件为IGBT的功率器件驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种磁共振发射前端，其具有强劲的输出能力，对于驱动功率较大的功率器件具有很好的效果，增大了适用范围；本发明的另一核心是提供一种包括上述磁共振发射前端的功率器件驱动电路。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
请参照图1，图1为本发明提供的一种磁共振发射前端的结构示意图，该前端包括：
频率给定单元1，用于输出频率信号；
作为优选地，频率给定单元1包括：
振荡器，用于输出第一初始频率信号；
输入端与振荡器连接的分频器，用于对第一初始频率进行分频，得到第二初始频率信号；其中，分频器还与钳位单元4连接，用于将第一初始频率发送至钳位单元4；
振荡器通电后自行产生振荡，生成一个以某一固定频率为中心(可能略有偏移)的第一初始频率信号，送入分频器进行1/N分频，得到一个准确的第二初始频率信号。分频器将第一初始频率信号分别发送至第三放大器和钳位单元4，用于内部电路的同步。
参考电压给定单元，用于输出参考电压；
反相输入端与分频器的第一输出端连接、正相输入端与参考电压给定单元连接、输出端与触发器2的第三放大器，用于依据参考电压对第二初始频率信号进行放大，得到频率信号。
作为优选地，振荡器为晶体振荡器。
本申请中优先选用晶体振荡器，可以设置在磁共振发射前端所在芯片内，在80℃内的稳定性和精度极高，且不易受外界的影响。
输入端与频率给定单元1连接的触发器2，用于依据频率信号得到互为反相的第一频率信号Q1和第二频率信号
频率信号进入触发器2后形成两个互为反相的第一频率信号Q1和第二频率信号
PWM调制单元3，用于输出脉冲信号；
作为优选地，PWM调制单元3包括：
调制电压给定单元，用于输出调制电压；
启动电压给定单元，用于输出启动电压；
第一输入端与调制给定单元连接，第二输入端与启动电压给定单元连接、输出端与钳位单元4连接的PWM调制电路，用于在启动电压给定时，依据调制电压输出脉冲信号。
作为优选地，启动电压给定单元为软启动电路。
软启动电路用来防止两个通道的输出端免遭受大电流的冲击。
作为优选地，调制电压给定单元包括：
正相输入端接误差电压、反相输入端与参考电压给定单元连接、输出端作为调制电压给定单元的输出端的第四放大器，用于依据参考电压给定单元输出的误差参考电压对误差电压进行放大，得到调制电压。
由于软启动电路的存在，电源接通过程中，无论误差电压是多少，PWM的占空比均从0开始上升，直到设定值，时间约1秒。
另外，这里的误差电压可以外接一个电位器，通过调节电位器来调节PWM输出脉冲的占空比，具体地，压控可调PWM占空比输出0-45％*2，对应输入电压0.8V---2.8V。
具体地，请参照图2，图2为本发明提供的一种磁共振发射前端的测试图。
其中，图2中芯片上的数字1、2、3、4以及5分别对应引脚1、引脚2、引脚3、引脚4以及引脚5。
图中R5的值与电源Vc有关，在10-20K欧姆之间，Vc为9V时，取10K，Vc为15V时，取18K。
当2脚电压小于0.8V，输出PWM占空比为0，相当于不工作，这一特性可用作于保护电路。
具体的，参考电压给定单元还为第四放大器提供一个精确的误差参考电压，误差电压经过第四放大器放大后输入PWM调制单元3，同时，软启动电路会为PWM调制单元3提供一个软启动电压(通电后缓慢上升)，当这个电压达到一定值时，PWM调制电路有效，其输出被钳位单元4锁定，其功能是保证在同一时间内只有一个输出通道有效工作，另一个输出通道关闭，即当通道一工作时，通道二关闭，在通道一关闭后，再开启通道二，如此循环。
输入端与PWM调制单元3连接的钳位单元4，用于对脉冲信号进行钳位，得到互为反相的第一复位信号Q2和第二复位信号
用于输出具有互补功能的驱动信号的第一通道5及第二通道6；其中，第一通道5和第二通道6均包括JK触发器、第一放大器、第二放大器、第一NPN以及第二NPN，一个通道中的JK触发器的触发端接第i频率信号，i为1或2，其复位端接第i复位信号，则另一个通道中的JK触发器的触发端接第j频率信号，其复位端接第j复位信号，其中，i＝1时，j＝2；i＝2时，j＝1；每个JK触发器的正向输出端经过第一放大器与第一NPN的基极连接，其反向输出端经过第二放大器与第二NPN的基极连接，第一NPN的集电极接电源，第一NPN发射极与第二NPN的集电极连接，其公共端作为所在通道的输出端，第二NPN的发射极接地。
具体地，这里的第一NPN和第二NPN构成推挽电流放大电路，推挽电流放大电路具有强劲的驱动能力。
第一频率信号Q1进入第一通道5，第二频率信号进入第二通道6，分别在两个通道内通过JK触发器进行移相，然后通过第一放大器或者第二放大器进行电压放大，最后通过推挽电流放大电路进行电流放大，最终通过第一通道5和第二通道6的输出端输出两个具有互补功能的驱动信号。
具体地，请参照图3，图3为本发明提供的第一通道和第二通道的输出信号的示意图，其中，OA代表第一通道5的输出信号，OB代表第二通道6的输出信号。本磁共振发射前端的输出波形具有互补关系，并具有较大的死区，可以确保在半桥和全桥应用时功率管有足够的关断时间(由振荡器决定)。
另外，这里的第一通道5和第二通道6既有独立性，也具有互补性，可单独使用，也可以同时使用。
本发明提供了一种磁共振发射前端，包括频率给定单元，用于输出频率信号；触发器，用于对频率信号进行放大，得到互为反相的第一频率信号Q1和第二频率信号PWM调制单元，用于输出脉冲信号；钳位单元，用于对脉冲信号进行钳位，得到互为反相的第一复位信号Q2和第二复位信号用于输出具有互补功能的驱动信号的第一通道及第二通道；第一通道和第二通道均包括JK触发器、第一放大器、第二放大器、第一NPN以及第二NPN，JK触发器的触发端接第i频率信号Qi，i为1或2，其复位端接第i复位信号，其正向输出端经过第一放大器第一NPN的基极连接，其反向输出端经过第二放大器与第二NPN的基极连接，第一NPN的集电极接电源，第一NPN发射极与第二NPN的集电极连接，其公共端作为所在通道的输出端，第二NPN的发射极接地。
可见，本发明提供的磁共振发射前端采用由第一NPN和第二NPN构成的推挽电流放大电路，其具有强劲的输出能力，再由第一放大器和第二放大器进行信号放大，从而进一步增强了磁共振发射前端的驱动能力，对于驱动功率较大的功率器件具有很好的效果，增大了适用范围。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种功率器件驱动电路，包括功率器件，还包括如上述所述的磁共振发射前端，磁共振发射前端用于驱动功率器件。
作为优选地，功率器件为IGBT。
作为优选地，功率器件为MOSFET。
当然，这里的功率器件还可以为其他类型的功率器件，如光耦，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况来定。
具体地，请参照图4-8，其中，图4为本发明提供的一种功率器件为IGBT的功率器件驱动电路的结构示意图。
图5为本发明提供的一种功率器件为光耦的功率器件驱动电路的结构示意图。该电路是磁共振发射前端在光耦隔离半桥中的应用。
图6为本发明提供的另一种功率器件为光耦的功率器件驱动电路的结构示意图。该电路是磁共振发射前端在光耦隔离全桥中的应用。
图7为本发明提供的另一种功率器件为IGBT的功率器件驱动电路的结构示意图。该电路是磁共振发射前端在变压器隔离半桥中的应用。
图8为本发明提供的另一种功率器件为IGBT的功率器件驱动电路的结构示意图。该电路是单管发射的完全电路。
另外，对于本发明提供的功率器件驱动电路中的磁共振发射前端的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种磁共振发射前端，其特征在于，包括：
频率给定单元，用于输出频率信号；
输入端与所述频率给定单元连接的触发器，用于依据所述频率信号得到互为反相的第一频率信号Q1和第二频率信号
PWM调制单元，用于输出脉冲信号；
输入端与所述PWM调制单元连接的钳位单元，用于对所述脉冲信号进行钳位，得到互为反相的第一复位信号Q2和第二复位信号
用于输出具有互补功能的驱动信号的第一通道及第二通道；其中，所述第一通道和所述第二通道均包括JK触发器、第一放大器、第二放大器、第一NPN以及第二NPN，一个通道中的JK触发器的触发端接第i频率信号，i为1或2，其复位端接第i复位信号，则另一个通道中的JK触发器的触发端接第j频率信号，其复位端接第j复位信号，其中，i＝1时，j＝2；i＝2时，j＝1；每个JK触发器的正向输出端经过所述第一放大器与所述第一NPN的基极连接，其反向输出端经过所述第二放大器与所述第二NPN的基极连接，所述第一NPN的集电极接电源，所述第一NPN发射极与所述第二NPN的集电极连接，其公共端作为所在通道的输出端，所述第二NPN的发射极接地。
2.如权利要求1所述的磁共振发射前端，其特征在于，所述频率给定单元包括：
振荡器，用于输出第一初始频率信号；
输入端与所述振荡器连接的分频器，用于对所述第一初始频率进行分频，得到第二初始频率信号；其中，所述分频器还与所述钳位单元连接，用于将所述第一初始频率发送至所述钳位单元；
参考电压给定单元，用于输出参考电压；
反相输入端与所述分频器的第一输出端连接、正相输入端与所述参考电压给定单元连接、输出端与所述触发器的第三放大器，用于依据所述参考电压对所述第二初始频率信号进行放大，得到所述频率信号。
3.如权利要求2所述的磁共振发射前端，其特征在于，所述振荡器为晶体振荡器。
4.如权利要求2所述的磁共振发射前端，其特征在于，所述PWM调制单元包括：
调制电压给定单元，用于输出调制电压；
启动电压给定单元，用于输出启动电压；
第一输入端与所述调制给定单元连接，第二输入端与所述启动电压给定单元连接、输出端与所述钳位单元连接的PWM调制电路，用于在所述启动电压给定时，依据所述调制电压输出所述脉冲信号。
5.如权利要求4所述的磁共振发射前端，其特征在于，所述启动电压给定单元为软启动电路。
6.如权利要求4所述的磁共振发射前端，其特征在于，所述调制电压给定单元包括：
正相输入端接误差电压、反相输入端与所述参考电压给定单元连接、输出端作为所述调制电压给定单元的输出端的第四放大器，用于依据所述参考电压给定单元输出的误差参考电压对所述误差电压进行放大，得到所述调制电压。
7.一种功率器件驱动电路，其特征在于，包括功率器件，还包括如权利要求1-6任一项所述的磁共振发射前端，所述磁共振发射前端用于驱动所述功率器件。
8.如权利要求7所述的功率器件驱动电路，其特征在于，所述功率器件为IGBT。
9.如权利要求7所述的功率器件驱动电路，其特征在于，所述功率器件为MOSFET。
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