CN112532029A - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了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,该装置包括：驱动电路、电力系统的开关组件，驱动电路用于对电力系统的开关组件进行驱动，电力系统的开关组件用于输入信号的截止和导通；该方法为将谐振电容、谐振电感和谐振变压器组成谐振电路；场效应管组通过相移控制对谐振电路进行调整，驱动电路通过谐振变压器与第一电力系统的开关组件进行隔离；本发明能够隔离驱动电路，避免驱动电路对电力系统造成干扰，提升系统响应速度，减少驱动效率的损耗，驱动电路二次侧绕可以缩减产品成品与尺寸，实现开关组件小型化。

Description

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
技术领域
本发明涉及系统供电领域，特别是涉及一种提升负载响应速度及隔离启动电路噪声的装置及方法。
背景技术
目前云端产业蓬勃发展，应用零组件功耗随之加大，负载响应能力随之增大，只有电力电子组件能力随之加大，才足够应付如此巨大能量转换。电力切换组件逐年更新换代，可电路驱动技术并未随之更新换代，所以电力电子组件效率低下，整体系统的应用层面覆盖面很小，系统组件存活时间很短，本发明的方法可以提升负载切换速度，避免驱动电路噪声影响，提升整体系统的应用覆盖面。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法及装置，能够解决开关组件开机时升压电容预先充电导致系统响应不足的问题，系统开机时电力开关组件本身驱动损失，并且驱动电路在驱动时会产生噪声的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的装置，包括：驱动电路和第一电力系统的开关组件；
所述驱动电路用于对所述第一电力系统的开关组件进行驱动；
所述第一电力系统的开关组件用于输入信号的截止和导通。
进一步，所述驱动电路包括场效应管组、第一有极性电容、第二有极性电容、第一二极管、第二二极管、谐振电感、谐振电容和谐振变压器；所述场效应管组包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管组成一个三阶相移谐振器；所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管通过源极、漏极进行依次连接；所述第一场效应管的源极连接到所述第一有极性电容的正极，第一有极性电容的负极连接到所述第二有极性电容的正极，第二有极性电容的负极接地；所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源极相连后与所述第一二极管的负极并联；所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极相连后与所述第二二极管的正极并联；所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极相连后与所述谐振电容并联；所述第二场效应管的漏极与所述谐振电感相连，所述谐振电感与所述谐振电容通过所述谐振变压器相连；所述驱动电路与所述第一电力系统的开关组件通过谐振变压器连接。
进一步，所述第一电力系统的开关组件包括第五场效应管、第六场效应管、输出电感和输出电容，第五场效应管的漏极与第六场效应管的源极相连后并联所述输出电感、所述输出电容，第六场效应管的漏极接地，输出电容与第六场效应管连接的一端接地。
进一步，所述场效应管组中各个场效应管连接方式为：所述第二场效应管的漏极与所述第三场效应管的源极相连，所述第四场效应管的漏极接地。
一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法，采用上述的任一项一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的装置，包括：所述谐振电容、所述谐振电感和所述谐振变压器组成谐振电路；
将所述谐振电容、谐振电感和谐振变压器组成谐振电路；
所述场效应管组通过相移控制对所述谐振电路进行调整，所述驱动电路通过所述谐振变压器与第一电力系统的开关组件进行隔离，所述驱动电路的谐振电流弦波分为以下四个区间：
第一区间，所述第一场效应管和第二场效应管同时导通，所述谐振电路流经的电流为驱动能量，通过谐振变压器驱动所述第五场效应管导通；
第二区间，所述第二场效应管导通，所述谐振电路释放储存的谐振电流，所述谐振电流流经第二场效应管作为飞轮回路电流；
第三区间，所述第二场效应管和第四场效应管同时导通，所述谐振电流释放完成；
第四区间，所述第四场效应管导通，驱动电路没有能量，驱动电路等待所述第三场效应管导通。
进一步，所述驱动电路的谐振电流弦波处于第二区间、第三区间和第四区间时，驱动电路对外界干扰波造成的过冲现象进行削弱，若已造成损失，对所述驱动电路的所述谐振电路进行调整，通过更改所述谐振电容的电容大小、所述谐振电感的电感大小改变所述谐振电路的谐振波振幅及频率，通过所述谐振电路调控驱动波型的周期和频率。
进一步，所述驱动电路设有的四个场效应管通过相移控制调整谐振电流的振幅、频率和开关时间，所述驱动电路通过所述谐振变压器控制驱动强度、驱动时间和提升电力系统切换效率。
进一步，所述谐振电路储存能量，通过二次侧绕与第二个电力系统开关组件相连，通过更改所述谐振电路的所述谐振电容和所述谐振电感的方式，进行电力系统的快速切换。
进一步，所述驱动电路采用三阶相移转换器架构，四个场效应管承受电压为输入电压的一半。
本发明的有益效果是：通过改进驱动电路以及增加开关组件，使系统负载动态响应速度加快，降低电力电子组件切换损失，并且减少了驱动电路的输入偏压，隔离了驱动电路的噪声干扰，使产品响应速度提升，延迟降低，花费降低，稳定性增强。
附图说明
图1是本发明一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法的结构拓扑图；
图2是本发明一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法的电路波形示意图；
图3是本发明一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法的二次侧绕结构拓扑图；
附图中各部件的标记如下：1、第一场效应管，2、第二场效应管，3、第三场效应管，4、第四场效应管，5、第一二极管，6、第二二极管，7、第一有极性电容，8、第二有极性电容，9,、谐振电感，10、谐振电容，11、谐振变压器，12、第五场效应管，13、第六场效应管，14、输出电感，15、输出电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：第一场效应管1、第二场效应管2、第三场效应管3、第四场效应管4组成了一个三阶相移谐振器，四个场效应管通过源极、漏极进行依次连接，第一场效应管1的源极连接到第一有极性电容7的正极，第一有极性电容7的负极连接到第二有极性电容8的正极，第二有极性电容8的负极接地，第一场效应管1的漏极与第二场效应管2的源极相连并连第一二极管5的负极，第三场效应管3的漏极与第四场效应管4的源极相连并联第二二极管6的正极，第一二极管5的正极与第二二极管6的负极相连并联谐振电容10,第二场效应管2的漏极与谐振电感9相连，谐振电感9与谐振电容10中间由谐振变压器11相连，第五场效应管12的栅极与第六场效应管13的源极通过谐振变压器11相连，第五场效应管12的漏极与第六场效应管13的源极相连并联输出电感14、输出电容15，第六场效应管13的漏极接地，输出电容15的一段接地。此电路通过变压器连接方式连接驱动电路与电力系统电路，避免了电力系统电路因为驱动电路能量较大而造成干扰。第一场效应管1、第二场效应管2、第三场效应管3、第四场效应管4通过相移控制方法控制谐振电感9、谐振电容10、谐振变压器11三个组件谐振，在驱动电路一侧产生谐振，并且通过相移控制方法调整谐振电路同时可以调整谐振电流的振幅、频率以及控制系统的开关时间。所述谐振电路通过谐振变压器11隔离后驱动电力系统电路的第五场效应管12，通过谐振变压器11隔离的方式可以控制驱动能量大小、驱动时间的长短，进一步提升所述电力系统的切换效率。
如图2，t1区间所述谐振电流为电流经过第一场效应管1、第二场效应管2、第一有极性电容7和第二有极性电容8的连接处产生的谐振电流，第一有极性电容7和第二有极性电容8在理想状态下电容量相等，等于输入电压一半，同时所述驱动电路通过谐振变压器导通所述第五场效应管12，t2区间为谐振电路的谐振电流通过第一二极管导通产生，t3区间为第四场效应管4导通和第二场效应管2导通产生的电流，同时第二场效应管2继续导通，使得谐振电路的谐振电流降为0，第五场效应管12截止，t4区间为第二场效应管正半周谐振电流传递完毕，等待第三场效应管导通。谐振电流在t1区间时作为驱动电路导通第五场效应管，在t2、t3和t4区间时依靠谐振电路储存的电流对不理想方波容错，因为谐振波型为弦波，所以不会造成驱动电路电压有过冲的现象。因为驱动电路设有谐振电路，所以驱动电路可以进行能量存储，不需要考虑驱动电路电源的能力。见图3，驱动电路只用通过二次侧绕组即可为另一颗开关组件提供驱动，这样就减少了另一组驱动电路的成本，同时减少了驱动效率损耗，又可以加快负载响应速率。
本发明采用三阶相移转换器架构作为驱动电路，驱动电路承受电压只有输入电压一半，所以可以运用在更高输入电压的场合，如车用，同样也可以让开关组件小型化，并节省产品电路及金钱，一举多得，本发明应用场景较为多元。
以上所述仅为本发明的实施例，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构或等效流程变换，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 (9)

1.一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的装置，其特征在于，包括：驱动电路和第一电力系统的开关组件；
所述驱动电路用于对所述第一电力系统的开关组件进行驱动；
所述第一电力系统的开关组件用于输入信号的截止和导通。
2.根据权利要求1所述的一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的装置，其特征在于：所述驱动电路包括场效应管组、第一有极性电容、第二有极性电容、第一二极管、第二二极管、谐振电感、谐振电容和谐振变压器；所述场效应管组包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管；所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管和所述第四场效应管组成三阶相移谐振器；所述第一场效应管的源极连接到所述第一有极性电容的正极，第一有极性电容的负极连接到所述第二有极性电容的正极，第二有极性电容的负极接地；所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源极相连后与所述第一二极管的负极并联；所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极相连后与所述第二二极管的正极并联；所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极相连后与所述谐振电容并联；所述第二场效应管的漏极与所述谐振电感相连，谐振电感与所述谐振电容通过所述谐振变压器相连；所述驱动电路与所述第一电力系统的开关组件通过谐振变压器连接。
3.根据权利要求1所述的一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的装置，其特征在于：所述第一电力系统的开关组件包括第五场效应管、第六场效应管、输出电感和输出电容，第五场效应管的漏极与第六场效应管的源极相连后并联输出电感，输出电容与第六场效应管的漏极相连，输出电容与第六场效应管连接的一端接地。
4.根据权利要求2所述的一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的装置，其特征在于：所述场效应管组中各个场效应管连接方式为：所述第二场效应管的漏极与所述第三场效应管的源极相连，所述第四场效应管的漏极接地。
5.一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法，采用权利要求1～4任一项所述的一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的装置，其特征在于，包括：
将所述谐振电容、所述谐振电感和所述谐振变压器组成谐振电路；
所述场效应管组通过相移控制对所述谐振电路进行调整，所述驱动电路通过所述谐振变压器与第一电力系统的开关组件进行隔离；所述驱动电路的谐振电流弦波分为以下四个区间：
第一区间，所述第一场效应管和第二场效应管同时导通，所述谐振电路流经的电流为驱动能量，通过谐振变压器驱动所述第五场效应管导通；
第二区间，所述第二场效应管导通，所述谐振电路释放储存的谐振电流，所述谐振电流流经第二场效应管作为飞轮回路电流；
第三区间，所述第二场效应管和第四场效应管同时导通，所述谐振电流释放完成；
第四区间，所述第四场效应管导通，驱动电路没有能量，驱动电路等待所述第三场效应管导通。
6.根据权利要求5所述的一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法，其特征在于：所述驱动电路的谐振电流弦波处于第二区间、第三区间和第四区间时，驱动电路对外界干扰波造成的过冲现象进行削弱，若已造成损失，对所述驱动电路的所述谐振电路进行调整，通过更改所述谐振电容的电容大小、所述谐振电感的电感大小改变所述谐振电路的谐振波振幅及频率，通过谐振电路调控驱动波型的周期和频率。
7.根据权利要求6所述的一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法，其特征在于：所述驱动电路设有的四个场效应管通过相移控制调整谐振电流的振幅、频率和开关时间，驱动电路通过所述谐振变压器控制驱动强度、驱动时间和提升电力系统切换效率。
8.根据权利要求7所述的一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法，其特征在于：所述谐振电路储存能量，所述驱动电路通过二次侧绕与第二个电力系统开关组件相连，驱动电路通过更改谐振电路的所述谐振电容和所述谐振电感的方式，进行电力系统的切换。
9.根据权利要求5所述的一种提升负载响应速度及隔离驱动电路噪声的方法，其特征在于：所述驱动电路采用三阶相移转换器架构，四个场效应管承受电压为输入电压的一半。
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