CN112769320B - 钳位开关驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钳位开关驱动电路，应用于有源箝位反激拓扑，所述钳位开关驱动电路驱动所述有源箝位反激拓扑中的钳位开关，所包括信号翻转模块和驱动模块，所述信号翻转模块接受所述主控开关的控制信号，将所述控制信号翻转后输出给驱动模块，所述驱动模块输出适合驱动所述钳位开关的驱动信号。钳位开关驱动电路简单易设计，且成本较低。

Description

钳位开关驱动电路
技术领域
本发明涉及驱动电路技术领域，特别涉及有源钳位反激拓扑中钳位开关的驱动电路。
背景技术
反激拓扑的输出功率很大的情形下，反激拓扑中变压器漏感导致的损耗变大；反激拓扑中主开关上反向尖峰电压变大，开通和关断损耗变大。有源钳位反激拓扑(ActiveClamp Flyback)能够实现变压器漏感能量的转换和主开关的软关断及零电压开通。
如图1所示一种低端有源钳位反激拓扑，钳位电容Cc将变压器漏感中能量吸收并回馈到电网侧，降低了漏感引起的反向尖峰电压，主开关承受的电压应力最小。这种低端有源钳位反激拓扑中钳位开关Qc使用P型管，共地驱动简单。但不足之处是：P型管的耐压较低，电压稍高的场合不合适，VDS大于200V左右无零件可用，同时钳位开关Qc的驱动电路复杂、成本昂贵。
发明内容
本发明提供一种钳位开关驱动电路，应用于有源钳位反激拓扑。
本发明采用的技术方案是：
钳位开关驱动电路，应用于钳位开关，所述钳位开关钳位主开关，所述钳位开关驱动电路用于驱动所述钳位开关，包括信号翻转模块和驱动模块，所述信号翻转模块接受驱动所述主开关的控制信号，，将所述PWM信号翻转后输出给驱动模块，所述驱动模块输出适合驱动所述钳位开关的驱动信号。
上述信号翻转模块包括第一电阻和第一三极管，所述第一三极管为PNP型，所述第一三极管的基极与接收所述控制芯片的PWM信号，所述第一三极管的发射极连接辅助电源的正极，所述第一三极管的发射极和基极之间并联第一电阻，所述第一三极管的集电极与所述驱动模块连接。
上述驱动模块包括第二三极管、第三电阻和第一二极管，所述第二三极管为PNP型，所述第二三极管的基极和发射极之间并联第一二极管，所述第一二极管的阳极和第二三极管的基极连接，所述第一二极管的阴极和第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的基极和集电极之间并联第三电阻。
上述第二三极管的基极经过第二电阻与所述第一三极管的集电极连接。所述第二三极管的发射极与所述钳位开关的门极连接。
上述驱动模块还包括第三三极管、第四电阻和第二二极管，所述第三三极管为PNP型，所述第三三极管的基极和发射极之间并联第二二极管，所述第二二极管的阳极和第三三极管的基极连接，所述第二二极管的阴极和第三三极管的发射极连接，所述第三三极管的基极和集电极之间并联第四电阻。
所述第二三极管和所述第二三极管的集电极并联，第一二极管和第二二极管同向串联后与所述钳位开关的门极连接。
本发明还提供另外一种实施例，所述信号翻转模块包括图腾柱单元、辅助钳位开关，所述辅助钳位开关与钳位开关串联，所述图腾柱单元与辅助电源并联，所述图腾柱单元的输入端接受所述控制芯片输出的PWM信号，所述图腾柱单元的第一输出端串联第四电阻后给第一电容充电，所述图腾柱单元的第二输出端串联第五电阻后给第一电容充电，所述第一电容的另一端经过第六电阻连接所述辅助钳位开关的基极，所述第一电容另一端同时与第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述辅助电源的负极。
上述驱动模块包括第二电容、第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第二电容并联在所述钳位开关的门极和所述辅助电源的负极之间，所述第一稳压二极管和所述第二稳压二极管反向串联后并联在所述钳位开关的门极和源极之间。
上述钳位开关的的漏极和源极之间并联第三稳压二极管。
上述钳位开关为NPN型管。
为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为低端有源箝位反激拓扑电路框图。
图2为本发明箝位开关驱动电路第一实施例图。
图3为本发明箝位开关驱动电路第二实施例图。
图4为图3实施例应用在图1中时的仿真波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
本发明中所述的“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。另外，凡可能之处，在图示及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。
图2所示具体实施例是钳位开关Qc采用NMOS型管并且放在低端的方案。主开关Qm，采用NMOS型管，钳位开关Qc，采用NMOS型管。电阻R1和开关Q1组成的模块用于产生与主开关Qm相位互补的PWM信号，开关Q1为高压PNP管。电阻R2、开关D1和开关D2组成钳位开关Qc的驱动电路。电阻R3和R4以及开关Q2和Q3组成的电路模拟达林顿管，用于加快钳位开关Qc的关断。
控制芯片21可以采用变频控制的芯片，例如QR控制芯片，在MOSFET开通的时候，使MOSFET漏源极电压在低谷处，且在某个电压范围，甚至可以做到真正意义上的ZVS；也可以使用普通的定频控制的脉宽调制芯片，只通过主电路设计在特别在意的负载情况下实现ZVS。控制芯片21产生控制主开关Qm正常工作的控制信号，例如PWM信号。
当控制芯片21输出的PWM信号为高电平时，主开关Qm开通，此时，开关Q1的基极为高电平，开关Q1截止。钳位开关Qc由于没有驱动信号，通过Q2，Q3自行关断，此处开关Q2和Q3并联，用于加快钳位开关Qc关断。
当控制芯片21输出的PWM信号为低电平时，主开关Qm截止，此时，开关Q1由于基极为低电平，开关Q1导通。驱动信号经过电阻R2和开关D1/D2控制钳位开关Qc开通，钳位开关Qc的体二极管首先导通，电压VCC通过钳位开关Qc的体二极管给钳位开关Qc的Cgs充电，从而使钳位开关Qc导通。
本发明钳位开关Qc的驱动电路由电阻，二极管，PNP管等构成，简单且成本低。另外钳位开关Qc使用NMOS，选择较多，且成本便宜。
图3是钳位开关采用PNP三极管和PMOS串联方式一个具体实施例。主开关Qm，采用NMOS，钳位开关Qc为开关Qc1与开关Qc2串联组合，Qc2采用高压PNP三极管，Qc1采用低压PMOS。开关Q4，Q5，电阻R4，R5组成图腾柱驱动电路，增强驱动能力。电容C1和开关D3用于产生开关Qc1导通所需负压。稳压二极管ZD1，ZD2用于钳位开关Qc1的GS之间电压。稳压二极管ZD3用于保证开关Qc1与开关Qc2各自的耐压。
请结合图4，控制芯片31输出PWM信号，当PWM信号为高电平时，主开关Qm导通，同时开关Q4导通，对电容C1进行充电，开关Qc2基极电压高于集电极电压，开关Qc2关断，电容C2通过ZD1，ZD2，ZD3，Cc放电，由于ZD2的存在，开关Qc1的Vgs被钳位在稳压管ZD2的电压且为正压，开关Qc1截止。
当PWM信号为低电平时，主开关Qm截止，Q5由于基极为低电平而导通，电容C1放电，开关Qc2基极电压小于集电极电压，开关Qc2导通。同时由于主开关Qm截止，漏感电流通过开关Qc1的体二极管以及D4给电容Cc充电，同时通过ZD1，ZD2给C2充电，由于ZD1的存在，开关Qc1的Vgs被钳位在稳压管ZD1的电压且为负压，从而使开关Qc1导通。当电流谐振仍然处于正时，漏感电流流经二极管D4，当电流谐振到负时，漏感电流流经开关Qc2。
合理配备R4，R5，C1参数，可以使钳位开关Qc1在主开关Qm导通前先关断。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (7)

1.钳位开关驱动电路，其特征在于，钳位开关对主控开关进行钳位控制，所述钳位开关驱动电路驱动所述钳位开关，所述钳位开关驱动电路包括信号翻转模块和驱动模块，所述信号翻转模块接受所述主控开关的控制信号，将所述控制信号翻转后输出给驱动模块，所述驱动模块输出适合驱动所述钳位开关的驱动信号，所述驱动模块包括第二三极管、第三电阻和第一二极管，所述第二三极管为PNP型，所述第二三极管的基极和发射极之间并联第一二极管，所述第一二极管的阳极和第二三极管的基极连接，所述第一二极管的阴极和第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的基极和集电极之间并联第三电阻，所述驱动模块还包括第三三极管、第四电阻和第二二极管，所述第三三极管为PNP型，所述第三三极管的基极和发射极之间并联第二二极管，所述第二二极管的阳极和第三三极管的基极连接，所述第二二极管的阴极和第三三极管的发射极连接，所述第三三极管的基极和集电极之间并联第四电阻，所述第二三极管和所述第三三极管的集电极并联，所述第一二极管和所述第二二极管同向串联后与所述钳位开关的门极连接。
2.如权利要求1所述钳位开关驱动电路，其特征在于，所述信号翻转模块包括第一电阻和第一三极管，所述第一三极管为PNP型，所述第一三极管的基极接收所述主控开关的 控制芯片的PWM信号，所述第一三极管的发射极连接辅助电源的正极，所述第一三极管的发射极和基极之间并联第一电阻，所述第一三极管的集电极与所述驱动模块连接。
3.如权利要求2所述钳位开关驱动电路，其特征在于，所述第二三极管的基极经过第二电阻与所述第一三极管的集电极连接，所述第二三极管的发射极与所述钳位开关的门极连接。
4.钳位开关驱动电路，其特征在于，钳位开关对主控开关进行钳位控制，所述钳位开关驱动电路驱动所述钳位开关，所述钳位开关驱动电路包括信号翻转模块和驱动模块，所述信号翻转模块接受所述主控开关的控制信号，将所述控制信号翻转后输出给驱动模块，所述驱动模块输出适合驱动所述钳位开关的驱动信号，所述信号翻转模块包括图腾柱单元、辅助钳位开关，所述辅助钳位开关与钳位开关串联，所述图腾柱单元与辅助电源并联，所述图腾柱单元的输入端接受所述控制信号，所述图腾柱单元的第一输出端串联第四电阻后给第一电容充电，所述图腾柱单元的第二输出端串联第五电阻后给第一电容充电，所述第一电容的另一端经过第六电阻连接所述辅助钳位开关的基极，所述第一电容另一端同时与第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极连接所述辅助电源的负极。
5.如权利要求4所述钳位开关驱动电路，其特征在于，所述驱动模块包括第二电容、第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第二电容并联在所述钳位开关的门极和所述辅助电源的负极之间，所述第一稳压二极管和所述第二稳压二极管反向串联后并联在所述钳位开关的门极和源极之间。
6.如权利要求5所述钳位开关驱动电路，其特征在于，所述钳位开关的漏极和源极之间并联第三稳压二极管。
7.一种有源箝位反激电路，其特征在于包括，如权利要求1-6任一项所述钳位开关驱动电路，所述钳位开关驱动电路驱动所述有源箝位反激电路中钳位开关，所述钳位开关用于钳位所述有源箝位反激电路中的主开关。
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