CN111654192A - 一种谐振驱动电路及其运行原理 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种谐振驱动电路，包括正负矩形波电源、非线性谐振电感、初级绕组、次级绕组、开关管MOS，所述正负矩形波电源、非线性谐振电感和初级绕组串联连接，所述次级绕组一端与开关管MOS的门级连接，所述次级绕组另一端与开关管MOS的源极连接，所述初级绕组和次级绕组绕在同一个磁芯上构成变压器，本发明的有益效果在于：改进了传统正弦波谐振式驱动，因为谐振驱动，大部分的驱动能量回送电源，所以驱动效率高；同时由于谐振电流在一个谐振周期中大部分时间电流很低，使得驱动电路的导通损耗小；并且在电感饱和时谐振频率很高，使得驱动电压上升速率比传统正弦波谐振驱动快，提高了有效占空比，从而提高功率变换器效率。

Description

一种谐振驱动电路及其运行原理
【技术领域】
本发明涉及一种开关电源领域，尤其涉及一种谐振驱动电路及其运行原理。
【背景技术】
随着开关电源技术的发展，高频化和高功率密度是功率变换器发展趋势，开关频率达到MHz等级，传统的矩形波驱动电路驱动损耗大，严重影响电源变换器效率，需要采用低损耗的谐振式驱动，传统的谐振驱动电路通过谐振电容和谐振电感产生正弦波电压，正弦波频率为谐振频率，此驱动电路由于驱动电压为正弦波，故有效占空比低，影响变换器效率，且开关频率需要与驱动电路谐振频率匹配，当谐振电路元器件偏离典型值时，谐振频率与开关频率有所偏离，这导致驱动电路的功耗增加。
【发明内容】
本发明目的在于解决传统的矩形波驱动电路所存在的上述问题，而提供一种谐振驱动电路及其运行原理。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种谐振驱动电路，包括正负矩形波电源、非线性谐振电感、初级绕组、次级绕组、开关管MOS，所述正负矩形波电源、非线性谐振电感和初级绕组串联连接，所述次级绕组一端与开关管MOS的门级连接，所述次级绕组另一端与开关管MOS的源极连接，所述初级绕组和次级绕组绕在同一个磁芯上构成变压器。
进一步地，所述正负向矩形波电源通过全桥拓扑、半桥拓扑、推挽拓扑或有源钳位正激拓扑实现。
进一步地，所述正负向矩形波电源的正负向矩形波占空比为固定占空比或可调占空比。
进一步地，所述非线性谐振电感为快速饱和电感，所述非线性谐振电感的饱和电流小于1.571A，饱和前典型电感量是饱和后典型电感量的2.718倍或2.718倍以上。
进一步地，所述变压器的次级绕组可为两个或两个以上。
进一步地，所述开关管MOS的驱动电压为谐振波形组成的近似正负向方波。
一种谐振驱动电路的运行原理，电压源输出为正负向方波，提供谐振能量，非线性电感饱和电流低，当达到饱和电流时，电感感量迅速降低并与开关管MOS的电容Ciss及电路的线路分布电容谐振，此谐振频率高，使得开关管MOS栅极电压快速上升至开通，构成开关管MOS开通的上升沿；当电感谐振电流降低至饱和电流以下时，非线性电感退出饱和，电感量恢复到一定值，继续与开关管MOS的电容Ciss及线路分布电容谐振，此时谐振频率低，驱动回路电流小，构成开关管MOS开通的时间；当谐振电流反向达到电感饱和电流值时，电感感量迅速降低并与开关管MOS的电容Ciss及线路分布电容谐振，此谐振频率高，使得开关管MOS栅极电压快速下降至关断，构成开关管MOS关断的下降沿。
本发明的有益效果在于：改进了传统正弦波谐振式驱动，因为谐振驱动，大部分的驱动能量回送电源，所以驱动效率高；同时由于谐振电流在一个谐振周期中大部分时间电流很低，使得驱动电路的导通损耗小；并且在电感饱和时谐振频率很高，使得驱动电压上升速率比传统正弦波谐振驱动快，提高了有效占空比，从而提高功率变换器效率。
【附图说明】
图1为本发明一种谐振驱动电路的带电容匹配的两路谐振驱动结构示意图；
图2为本发明一种谐振驱动电路的全桥驱动结构示意图；
图3为本发明一种谐振驱动电路的半桥驱动结构示意图；
图4为本发明一种谐振驱动电路的两路谐振驱动结构示意图；
图5为本发明一种谐振驱动电路的多个开关器件谐振驱动结构示意图；
附图标记：1、正负矩形波电源；2、非线性谐振电感；3、初级绕组；4、次级绕组；5、开关管MOS；6、磁芯；7、变压器。
【具体实施方式】
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步描述：
如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种谐振驱动电路，包括正负矩形波电源1、非线性谐振电感2、初级绕组3、次级绕组4、开关管MOS5，所述正负矩形波电源1、非线性谐振电感2和初级绕组3串联连接，所述次级绕组4一端与开关管MOS5的门级连接，所述次级绕组4另一端与开关管MOS5的源极连接，所述初级绕组3和次级绕组绕4在同一个磁芯6上构成变压器7。
优选地，所述正负向矩形波电源1通过全桥拓扑、半桥拓扑、推挽拓扑或有源钳位正激拓扑实现。
优选地，所述正负向矩形波电源1的正负向矩形波占空比为固定占空比或可调占空比。
优选地，所述非线性谐振电感2为快速饱和电感，所述非线性谐振电感2的饱和电流小于1.571A，饱和前典型电感量是饱和后典型电感量的2.718倍或2.718倍以上。
优选地，所述变压器7的次级绕组4可为两个或两个以上。
优选地，所述开关管MOS5的驱动电压为谐振波形组成的近似正负向方波。
一种谐振驱动电路的运行原理，电压源输出为正负向方波，提供谐振能量，非线性电感饱和电流低，当达到饱和电流时，电感感量迅速降低并与开关管MOS的电容Ciss及电路的线路分布电容谐振，此谐振频率高，使得开关管MOS栅极电压快速上升至开通，构成开关管MOS开通的上升沿；当电感谐振电流降低至饱和电流以下时，非线性电感退出饱和，电感量恢复到一定值，继续与开关管MOS的电容Ciss及线路分布电容谐振，此时谐振频率低，驱动回路电流小，构成开关管MOS开通的时间；当谐振电流反向达到电感饱和电流值时，电感感量迅速降低并与开关管MOS的电容Ciss及线路分布电容谐振，此谐振频率高，使得开关管MOS栅极电压快速下降至关断，构成开关管MOS关断的下降沿。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种谐振驱动电路，其特征在于：包括正负矩形波电源、非线性谐振电感、初级绕组、次级绕组、开关管MOS，所述正负矩形波电源、非线性谐振电感和初级绕组串联连接，所述次级绕组一端与开关管MOS的门级连接，所述次级绕组另一端与开关管MOS的源极连接，所述初级绕组和次级绕组绕在同一个磁芯上构成变压器。
2.根据权利要求1所述的一种谐振驱动电路，其特征在于：所述正负向矩形波电源通过全桥拓扑、半桥拓扑、推挽拓扑或有源钳位正激拓扑实现。
3.根据权利要求1所述的一种谐振驱动电路，其特征在于：所述正负向矩形波电源的正负向矩形波占空比为固定占空比或可调占空比。
4.根据权利要求1所述的一种谐振驱动电路，其特征在于：所述非线性谐振电感为快速饱和电感，所述非线性谐振电感的饱和电流小于1.571A，饱和前典型电感量是饱和后典型电感量的2.718倍或2.718倍以上。
5.根据权利要求1所述的一种谐振驱动电路，其特征在于：所述变压器的次级绕组可为两个或两个以上。
6.根据权利要求1所述的一种谐振驱动电路，其特征在于：所述开关管MOS的驱动电压为谐振波形组成的近似正负向方波。
7.一种谐振驱动电路的运行原理，其特征在于：电压源输出为正负向方波，提供谐振能量，非线性电感饱和电流低，当达到饱和电流时，电感感量迅速降低并与开关管MOS的电容Ciss及电路的线路分布电容谐振，此谐振频率高，使得开关管MOS栅极电压快速上升至开通，构成开关管MOS开通的上升沿；当电感谐振电流降低至饱和电流以下时，非线性电感退出饱和，电感量恢复到一定值，继续与开关管MOS的电容Ciss及线路分布电容谐振，此时谐振频率低，驱动回路电流小，构成开关管MOS开通的时间；当谐振电流反向达到电感饱和电流值时，电感感量迅速降低并与开关管MOS的电容Ciss及线路分布电容谐振，此谐振频率高，使得开关管MOS栅极电压快速下降至关断，构成开关管MOS关断的下降沿。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112532029A (zh) * 2020-11-04 2021-03-19 苏州浪潮智能科技有限公司 一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的装置及方法
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