CN111371296A - 用于隔离电源的驱动电路、隔离电源电路及隔离电源 - Google Patents

用于隔离电源的驱动电路、隔离电源电路及隔离电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于隔离电源的驱动电路、隔离电源电路及隔离电源，涉及集成电路设计领域。该驱动电路，包括：第一NMOS管、第二NMOS管和谐振电路，谐振电路与信号输入端连接；第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极与时钟输入端连接，由两相不交叠时钟控制第一NMOS管和第二NMOS管交替开启；第一NMOS管的漏极和第二NMOS管的漏极分别与谐振电路连接；第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极接地。本发明提供的隔离电源，其驱动电路通过采用新的结构，将MOS管的栅极由两相不交叠时钟控制，从而降低了MOS管的栅压，因此可采用薄栅氧工艺实现，相比于采用厚栅氧工艺实现的方式，降低了制作成本，从而利于生产和推广。

Description

用于隔离电源的驱动电路、隔离电源电路及隔离电源
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及用于隔离电源的驱动电路、包含该驱动电路的隔离电源电路、包含该隔离电源电路的隔离电源以及对应的隔离系统。
背景技术
在电机驱动、工业控制、IGBT驱动器、通信总线和数据采集模块等领域，常采用小功率低功耗的隔离电源，这类隔离电源的体积和集成度要求都较高。目前常用的小功率低功耗隔离电源一般采用NMOS交叉耦合振荡结构实现，这种结构采用自谐振方式实现软开关状态，效率较高。
但该结构中NMOS管的栅极电压为交叉耦合结构的振荡幅值，如图1所示的电路图中虚线圈出的位置所示，这要求MOS管具有较高的栅源击穿电压，一般采用厚栅氧工艺实现，这会增加制作成本，不利于生产和推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于隔离电源的驱动电路、包含该驱动电路的隔离电源电路、包含该隔离电源电路的隔离电源以及对应的隔离系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种用于隔离电源的驱动电路，包括：第一NMOS管、第二NMOS管和谐振电路，所述谐振电路与信号输入端连接；
所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极与时钟输入端连接，由两相不交叠时钟控制所述第一NMOS管和所述第二NMOS管交替开启；
所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极分别与所述谐振电路连接；
所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极接地；
其中，所述两相不交叠时钟的工作频率与所述谐振电路的谐振频率相同。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种隔离电源电路，包括：隔离传输变压器、整流滤波电路、隔离反馈电路以及如上述技术方案所述的驱动电路，其中，所述驱动电路、所述隔离传输变压器和所述整流滤波电路依次连接，所述隔离反馈电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，所述隔离反馈电路的输出端与所述驱动电路的时钟输入端连接，所述驱动电路用于将输入的直流电压信号转换成交流电压信号，所述隔离传输变压器用于隔离传输所述交流电压信号，所述整流滤波电路用于对隔离传输后的所述交流电压信号进行整流滤波，得到输出信号，所述隔离反馈电路用于在输入电压不稳定或输出负载变化时，稳定输出电压。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种隔离电源，包括：管壳、第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片集成封装在所述管壳内，所述第一芯片上设置有如上述技术方案所述的驱动电路，所述第二芯片上设置有整流滤波电路，所述第一芯片或所述第二芯片上还设置有隔离传输变压器，所述第一芯片和所述第二芯片上还设置有隔离反馈电路，其中，所述驱动电路、所述隔离传输变压器和所述整流滤波电路依次连接，所述隔离反馈电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，所述隔离反馈电路的输出端与所述驱动电路的时钟输入端连接，所述驱动电路用于将输入的直流电压信号转换成交流电压信号，所述隔离传输变压器用于隔离传输所述交流电压信号，所述整流滤波电路用于对隔离传输后的所述交流电压信号进行整流滤波，得到输出信号，所述隔离反馈电路用于在输入电压不稳定或输出负载变化时，稳定输出电压。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种隔离系统，包括第一外部设备、第二外部设备以及如上述技术方案所述的隔离电源，所述第一外部设备和所述第二外部设备通过所述隔离电源连接。
本发明提供的隔离电源，其驱动电路通过采用新的结构，将MOS管的栅极由两相不交叠时钟控制，从而降低了MOS管的栅压，因此可采用薄栅氧工艺实现，相比于采用厚栅氧工艺实现的方式，降低了制作成本，从而利于生产和推广。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为现有技术提供的驱动电路的NMOS交叉耦合振荡结构示意图；
图2为本发明用于隔离电源的驱动电路的实施例提供的驱动电路结构示意图；
图3为本发明用于隔离电源的驱动电路的实施例提供的两相不交叠时钟的时序示意图；
图4为本发明隔离电源电路的实施例提供的结构框架示意图；
图5为本发明隔离电源电路的实施例提供的隔离反馈电路结构示意图；
图6为本发明隔离系统的实施例提供的结构框架示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图2所示，为本发明用于隔离电源的驱动电路的实施例提供的驱动电路结构示意图，该驱动电路适用于隔离电源，包括：第一NMOS管11、第二NMOS管12和谐振电路13，谐振电路13与信号输入端连接；
第一NMOS管11的栅极和第二NMOS管12的栅极与时钟输入端连接，由两相不交叠时钟控制第一NMOS管和第二NMOS管交替开启；
例如：结合图3所示的波形图，第一NMOS管11的栅极输入的时钟信号为Φ1，第二NMOS管12的栅极输入的时钟信号为Φ2。当Φ1为高电平且Φ2为低电平时，第一NMOS管11打开，第二NMOS管12关断；当Φ1为低电平且Φ2为高电平时，第一NMOS管11关断，第二NMOS管12打开；
第一NMOS管11的漏极和第二NMOS管12的漏极分别与谐振电路13连接；
第一NMOS管11的源极和第二NMOS管12的源极接地；
其中，两相不交叠时钟的工作频率与谐振电路13的谐振频率相同。
需要说明的是，谐振电路13可以为LC振荡电路，如图2所示，其中，第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2构成了谐振电路13，第一电感L1和第二电感L2分别与第一电容C1和第二电容C2自谐振。
本实施例提供的驱动电路，通过采用新的结构，将MOS管的栅极由两相不交叠时钟控制，从而降低了MOS管的栅压，因此可采用薄栅氧工艺实现，相比于采用厚栅氧工艺实现的方式，降低了制作成本，从而利于生产和推广。
可选地，在一些可能的实施方式中，谐振电路13包括：第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2，其中：
第一NMOS管11的漏极通过第一电感L1与信号输入端连接，第二NMOS管12的漏极通过第二电感L2与信号输入端连接，第一电容C1的一端与第一NMOS管11的漏极连接，第二电容C2的一端与第二NMOS管12的漏极连接，第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端接地。
应理解，谐振电路13的具体形式及结构可以根据实际需求设置，以上仅给出一种较佳的实施方式，在不付出创造性劳动的前提下，本领域技术人员可以选择其他谐振电路13，均未超出本发明的保护范围。
基于以上实施例提供的驱动电路1，本发明还提供一种包含该驱动电路1的隔离电源电路，如图4所示，隔离电源电路包括：隔离传输变压器2、整流滤波电路3、隔离反馈电路4以及如上述实施例提供的驱动电路1，其中，驱动电路1、隔离传输变压器2和整流滤波电路3依次连接，隔离反馈电路4的输入端与整流滤波电路3的输出端连接，隔离反馈电路4的输出端与驱动电路1的时钟输入端连接，驱动电路1用于将输入的直流电压信号转换成交流电压信号，隔离传输变压器2用于隔离传输交流电压信号，整流滤波电路3用于对隔离传输后的交流电压信号进行整流滤波，得到直流电压的输出信号，隔离反馈电路4用于在输入电压不稳定或输出负载变化时，稳定输出电压。
本实施例提供的隔离电源电路，其驱动电路1通过采用新的结构，将MOS管的栅极由两相不交叠时钟控制，从而降低了MOS管的栅压，因此可采用薄栅氧工艺实现，相比于采用厚栅氧工艺实现的方式，降低了制作成本，从而利于生产和推广。
可选地，在一些可能的实施方式中，如图5所示，隔离反馈电路4可以包括：依次连接的误差放大器41、PWM控制器42、编码电路43、隔离传输电路44和解码电路45。
隔离传输电路44可采用变压器、电容或巨磁阻实现数据的隔离传输。
需要说明的是，两相不交叠时钟的占空比受隔离反馈电路4控制，波形如图3所示，通过隔离反馈电路4对时钟进行控制，能够在输入电压不稳定或输出负载变化时，稳定输出电压。
例如，误差放大器41对输出采样电压VISO与内部基准电压VREF比较并将其误差放大，PWM控制器42将误差放大器42的输出与固定频率的三角波比较，产生占空比可调的周期性矩形波PWM信号，PWM信号通过编码电路43进行编码，通过隔离传输电路44隔离传输给解码电路45，解码电路45对传输过来的信号进行解码，反馈给两相不交叠时钟，改变两相不交叠时钟的占空比。
其中，VISO通过对整流滤波电路3输出的电压信号进行采样得到，内部基准电压VREF可以根据实际需求设置。
可选地，在一些可能的实施方式中，还包括：两相不交叠时钟产生电路，两相不交叠时钟产生电路的输出端与驱动电路1的时钟输入端连接。
需要说明的是，两相不交叠时钟产生电路可以通过现有技术实现，如专利文件201810118872.6两相非交叠时钟产生电路，就提供了一种可以产生两相非交叠时钟的电路，其第一输出端和第二输出端可以分别与本申请中的两个NMOS的栅极连接，提供两相非交叠时钟，信号输入端与解码电路44的输出端连接，使两相不交叠时钟的占空比受隔离反馈电路4控制。
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。
需要说明的是，上述各实施例是包含在驱动电路1实施例的隔离电源电路实施例，对于隔离电源电路实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各驱动电路1实施例中的对应说明，在此不再赘述。
基于以上实施例提供的隔离电源电路，本发明还提供一种包含该隔离电源电路的隔离电源，包括：管壳、第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片集成封装在管壳内，第一芯片上设置有如上述实施例提供的的驱动电路，第二芯片上设置有整流滤波电路，第一芯片或第二芯片上还设置有隔离传输变压器，第一芯片和第二芯片上还设置有隔离反馈电路，其中，驱动电路、隔离传输变压器和整流滤波电路依次连接，隔离反馈电路的输入端与整流滤波电路的输出端连接，隔离反馈电路的输出端与驱动电路的时钟输入端连接，驱动电路用于将输入的直流电压信号转换成交流电压信号，隔离传输变压器用于隔离传输交流电压信号，整流滤波电路用于对隔离传输后的交流电压信号进行整流滤波，得到输出信号，隔离反馈电路用于在输入电压不稳定或输出负载变化时，稳定输出电压。
其中，第一芯片和第二芯片可以分别通过键合丝或倒装焊连接集成封装在同一管壳中，实现单片式集成。
应理解，本领域技术人员也可以在不付出创造性劳动的前提下，在第一芯片上设置隔离传输变压器的一端，在第二芯片上设置隔离传输变压器的另一端，例如，隔离传输变压器的原边可以设置在第一芯片上，次边设置在第二芯片上。后续实施方式中隔离反馈电路的隔离传输电路同理，不再赘述。
本实施例提供的隔离电源，其驱动电路通过采用新的结构，将MOS管的栅极由两相不交叠时钟控制，从而降低了MOS管的栅压，因此可采用薄栅氧工艺实现，相比于采用厚栅氧工艺实现的方式，降低了制作成本，从而利于生产和推广，并且通过将第一芯片和第二芯片集成在同一管壳内，具有良好的一体性，集成度高，使用方便。
可选地，在一些可能的实施方式中，隔离反馈电路可以包括：依次连接的误差放大器、PWM控制器、编码电路、隔离传输电路和解码电路。
具体地，误差放大器、PWM控制器和编码电路可以设置在第二芯片上，解码电路可以设置在第一芯片上，隔离传输电路可以设置在第一芯片或第二芯片上，也可以将隔离传输电路的一端设置在第一芯片上，将隔离传输电路的另一端设置在第二芯片上。
可选地，在一些可能的实施方式中，第一芯片上还设置有两相不交叠时钟产生电路，两相不交叠时钟产生电路的输出端与驱动电路的时钟输入端连接。
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。
需要说明的是，上述各实施例是包含在隔离电源电路实施例的隔离电源实施例，对于隔离电源实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各隔离电源电路实施例中的对应说明，在此不再赘述。
基于以上实施例提供的驱动电路、隔离电源电路和隔离电源，本发明还提供一种隔离系统，如图6所示，提供了一种示例性的隔离系统的结构框架示意图，包括第一外部设备、第二外部设备以及如上述实施例提供的隔离电源，第一外部设备和第二外部设备通过隔离电源连接。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于隔离电源的驱动电路，其特征在于，包括：第一NMOS管、第二NMOS管和谐振电路，所述谐振电路与信号输入端连接；
所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极与时钟输入端连接，由两相不交叠时钟控制所述第一NMOS管和所述第二NMOS管交替开启；
所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极分别与所述谐振电路连接；
所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极接地；
其中，所述两相不交叠时钟的工作频率与所述谐振电路的谐振频率相同。
2.根据权利要求1所述的用于隔离电源的驱动电路，其特征在于，所述谐振电路包括：第一电感、第二电感、第一电容和第二电容，其中：
所述第一NMOS管的漏极通过所述第一电感与所述信号输入端连接，所述第二NMOS管的漏极通过所述第二电感与所述信号输入端连接，所述第一电容的一端与所述第一NMOS管的漏极连接，所述第二电容的一端与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第一电容的另一端和所述第二电容的另一端接地。
3.一种隔离电源电路，其特征在于，包括：隔离传输变压器、整流滤波电路、隔离反馈电路以及如权利要求1或2所述的驱动电路，其中，所述驱动电路、所述隔离传输变压器和所述整流滤波电路依次连接，所述隔离反馈电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，所述隔离反馈电路的输出端与所述驱动电路的时钟输入端连接，所述驱动电路用于将输入的直流电压信号转换成交流电压信号，所述隔离传输变压器用于隔离传输所述交流电压信号，所述整流滤波电路用于对隔离传输后的所述交流电压信号进行整流滤波，得到输出信号，所述隔离反馈电路用于在输入电压不稳定或输出负载变化时，稳定输出电压。
4.根据权利要求3所述的隔离电源电路，其特征在于，所述隔离反馈电路包括：依次连接的误差放大器、PWM控制器、编码电路、隔离传输电路和解码电路。
5.根据权利要求3或4所述的隔离电源电路，其特征在于，还包括：两相不交叠时钟产生电路，所述两相不交叠时钟产生电路的输出端与所述驱动电路的时钟输入端连接。
6.一种隔离电源，其特征在于，包括：管壳、第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片集成封装在所述管壳内，所述第一芯片上设置有如权利要求1或2所述的驱动电路，所述第二芯片上设置有整流滤波电路，所述第一芯片或所述第二芯片上还设置有隔离传输变压器，所述第一芯片和所述第二芯片上还设置有隔离反馈电路，其中，所述驱动电路、所述隔离传输变压器和所述整流滤波电路依次连接，所述隔离反馈电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，所述隔离反馈电路的输出端与所述驱动电路的时钟输入端连接，所述驱动电路用于将输入的直流电压信号转换成交流电压信号，所述隔离传输变压器用于隔离传输所述交流电压信号，所述整流滤波电路用于对隔离传输后的所述交流电压信号进行整流滤波，得到输出信号，所述隔离反馈电路用于在输入电压不稳定或输出负载变化时，稳定输出电压。
7.根据权利要求6所述的隔离电源，其特征在于，所述隔离反馈电路包括：依次连接的误差放大器、PWM控制器、编码电路、隔离传输电路和解码电路。
8.根据权利要求6或7所述的隔离电源，其特征在于，所述第一芯片上还设置有两相不交叠时钟产生电路，所述两相不交叠时钟产生电路的输出端与所述驱动电路的时钟输入端连接。
9.一种隔离系统，其特征在于，包括第一外部设备、第二外部设备以及如权利要求6至8中任一项所述的隔离电源，所述第一外部设备和所述第二外部设备通过所述隔离电源连接。
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