CN113098242B - 功率管驱动电路及其控制方法、功率开关装置 - Google Patents

功率管驱动电路及其控制方法、功率开关装置 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种功率管驱动电路及其控制方法、功率开关装置，该功率管驱动电路包括电源切换电路和稳压输出电路，稳压输出电路用于连接目标功率管；其中，电源切换电路包括切换控制器、及并联设置的第一电源转换电路和第二电源转换电路；该控制方法应用于切换控制器，包括：获取接入的输入电压的大小；在输入电压小于第一预设阈值的情况下，控制第一电源转换电路对稳压输出电路供电；在输入电压大于或等于第一预设阈值的情况下，控制第二电源转换电路对稳压输出电路供电，以使稳压输出电路稳定驱动目标功率管。本申请的技术方案可以实现功率管驱动电路的宽范围电压输入并稳定输出，可运用于如机械开关等产生电弧场合下的快速消弧等。

Description

功率管驱动电路及其控制方法、功率开关装置
技术领域
本申请涉智能配电技术领域，尤其涉及一种功率管驱动电路及其控制方法、功率开关装置。
背景技术
在智能配电系统中，直流断路器分断在相对高压（低压1500V的DC）的情况下，分断时间相当长，导致电弧在触头之间的燃弧时间比较长，如此长的燃弧时间影响断路器使用的耐久性，即设备的操作次数。为了解决直流断路器在应用的上述情况，故提出了混合式断路器，即固态开关结合机械分断断路器的混合式断路器，如图1所示，其通过将电力电子功率开关（PES）并联在机械开关主触头两端进行快速灭弧。然而，由于该电力电子功率开关在工作时需要相应的驱动能量，这将提高系统的能量损耗，同时还需要承受30-1700V这一极宽范围的电弧电压。
发明内容
本申请实施例提供一种功率管驱动电路及其控制方法、功率开关装置，可以实现功率管驱动电路的宽范围电压输入而稳定输出，还可以从电弧能量中取电等。
本申请的实施例提供一种功率管驱动电路的控制方法，所述功率管驱动电路包括电源切换电路和稳压输出电路，所述稳压输出电路用于连接目标功率管；其中，所述电源切换电路包括切换控制器、及并联设置的第一电源转换电路和第二电源转换电路，两个电源转换电路的并联输入端用于接入一输入电压，并联输出端连接所述稳压输出电路的输入端，以及各自的控制端连接所述切换控制器；所述控制方法应用于所述切换控制器，所述方法包括：
获取接入的输入电压的大小；
在所述输入电压小于第一预设阈值的情况下，控制所述第一电源转换电路对所述稳压输出电路供电，以使所述稳压输出电路稳定驱动所述目标功率管；
在所述输入电压大于或等于所述第一预设阈值的情况下，控制所述第二电源转换电路对所述稳压输出电路供电，以使所述稳压输出电路稳定驱动所述目标功率管。
在一些实施例中，所述切换控制器包括第一自启动控制电路和第二自启动控制电路，所述第一自启动控制电路连接所述第一电源转换电路，所述第二自启动控制电路连接所述第二电源转换电路；所述方法包括：
所述第一自启动控制电路获取所述输入电压的大小，并在所述输入电压小于所述第一预设阈值的情况下，使所述第一电源转换电路接通以对所述稳压输出电路供电，以及在所述输入电压大于或等于所述第一预设阈值的情况下，使所述第一电源转换电路断开；
所述第二自启动控制电路获取所述输入电压的大小，并在所述输入电压大于或等于所述第一预设阈值的情况下，使所述第二电源转换电路工作以对所述稳压输出电路供电。
在一些实施例中，该功率管驱动电路的控制方法还包括：
所述第二自启动控制电路在所述输入电压小于所述第一预设阈值且大于第二预设阈值的情况下，使所述第二电源转换电路工作以对所述稳压输出电路供电。
本申请的实施例提供一种功率管驱动电路，包括：电源切换电路和稳压输出电路，所述稳压输出电路用于连接目标功率管，所述电源切换电路包括切换控制器、及并联设置的第一电源转换电路和第二电源转换电路，两个电源转换电路的并联输入端用于接入一输入电压，并联输出端连接所述稳压输出电路的输入端，以及各自的控制端连接所述切换控制器；其中，所述切换控制器用于执行上述的功率管驱动电路的控制方法。
在一些实施例中，所述第一电源转换电路为线性电源电路，所述第二电源转换电路为反激开关电源电路；
若所述切换控制器包括第一自启动控制电路和第二自启动控制电路，则所述第一自启动控制电路与所述线性电源电路连接，所述第二自启动控制电路与所述反激开关电源电路连接。
在一些实施例中，所述第一自启动控制电路包括分压模块和开关切换模块，所述分压模块分别连接所述并联输入端和所述开关切换模块，所述开关切换模块的信号输出端连接所述线性电源电路；
其中，所述分压模块用于对所述输入电压进行分压，并将得到的分压电压输入所述开关切换模块，所述分压电压根据所述第一预设阈值确定；
所述开关切换模块用于当所述输入电压与所述分压电压满足功率管导通阈值时，控制所述线性电源电路中的功率管导通，以使所述线性电源电路对所述输入电压进行线性降压后输出所述稳压输出电路所需的供电电压。
在一些实施例中，所述反激开关电源电路包括均压模块、变压器和两路功率转换模块，所述两路功率转换模块包括两个功率管，其中，所述变压器的原边主绕组和辅助绕组分别串联一所述功率管，所述原边主绕组还连接所述并联输入端；所述均压模块分别连接所述并联输入端和所述两路功率转换模块，所述两个功率管的控制端均连接所述切换控制器；
所述均压模块用于均衡所述两个功率管各自的两端电压；
所述切换控制器用于在所述输入电压大于或等于所述第一预设阈值的情况下，控制所述两个功率管同时导通及关断，以使所述反激开关电源电路对所述输入电压进行降压后输出所述稳压输出电路所需的供电电压。
在一些实施例中，所述第二自启动控制电路包括启动模块和反馈驱动模块，其中，所述启动模块分别连接所述并联输入端和所述两路功率转换模块，所述反馈驱动模块分别连接所述变压器的副边绕组和所述两路功率转换模块；
所述启动模块用于从所述输入电压中取电，以提供所述反激开关电源电路的启动电压；
所述反馈驱动模块用于在所述变压器的副边绕组产生感应电能的情况下获取能量，并控制所述两个功率管进行同时导通及关断。
在一些实施例中，所述稳压输出电路用于驱动所述目标功率管导通或关断，其中，所述稳压输出电路包括依次连接的输入滤波模块、第一储能电容、稳压保护模块和第二储能电容，所述第二储能电容用于连接所述目标功率管。
本申请的实施例提供一种功率开关装置，包括：目标功率管和上述的功率管驱动电路，所述功率管驱动电路连接所述目标功率管，用于驱动所述目标功率管导通或关断。
本申请的实施例具有如下有益效果：
本申请实施例的功率管驱动电路通过并联设置第一电源转换电路和第二电源转换电路，并根据输入电压的大小来控制第一电源转换电路和/或第二电源转换电路在不同的电压区间为稳压输出电路供电，以使稳定驱动目标功率管。本申请的技术方案可以实现功率管驱动电路的宽范围电压输入及稳定输出，例如，在运用于如机械开关等产生电弧场合下，不仅可以从电弧能量中取电，减少系统能量损耗，还可以承受极宽范围的电弧电压，实现稳定驱动功率管导通，达到消弧目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了电力电子功率开关的一种应用场合示意图；
图2示出了本申请实施例的功率管驱动电路的第一结构示意图；
图3示出了本申请实施例的功率管驱动电路的控制方法的流程示意图；
图4示出了本申请实施例的功率管驱动电路的含自启动控制电路的结构示意图；
图5示出了本申请实施例的功率管驱动电路的两个电源转换电路的结构示意图；
图6示出了本申请实施例的功率管驱动电路的稳压输出电路的结构示意图；
图7示出了本申请实施例的功率管驱动电路的线性电源电路和的一种电路示意图；
图8示出了本申请实施例的功率管驱动电路的反激开关电源电路的一种电路示意图；
图9示出了本申请实施例的功率管驱动电路的稳压输出电路的一种电路示意图。
主要元件符号说明：
100-功率管驱动电路；200-稳压输出电路；10-切换控制器；20-第一电源转换电路；30-第二电源转换电路；110-第一自启动控制电路；111-分压模块；112-开关切换模块；120-第二自启动控制电路；121-启动模块；122-反馈驱动模块；Q1-第一功率管；201-第一整流滤波模块；301-均压模块；T1-变压器；302-两路功率转换模块；303-采样模块；304-第二整流滤波模块。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
请参照图1，本实施例提出一种功率管驱动电路100，该功率管驱动电路100可以实现宽范围的电压输入而输出稳定的功率管驱动电压，可运用于一些输入电压动态变化且变化幅度较大的场合。
例如，如图1所示，机械开关在断电过程中容易产生较大的电弧，通过并联设置含该功率管驱动电路100的电力电子功率开关，可以承受电弧电压的宽范围输入而保证电力电子功率开关中的目标功率管的稳定导通，从而实现快速消弧。另外，由于功率管驱动电路100可从电弧中获取驱动能量，还可减小系统能量损耗。下面对该功率管驱动电路100进行详细说明。
示范性地，如图2所示，该功率管驱动电路100包括：电源切换电路和稳压输出电路200，其中，该电源切换电路包括切换控制器10、及并联设置的第一电源转换电路20和第二电源转换电路30，这两个电源转换电路的并联输入端用于接入一输入电压，并联输出端连接稳压输出电路200的输入端，以及各自的控制端连接切换控制器10。稳压输出电路200的输出端用于连接目标功率管，以便驱动目标功率管的导通或关断。
其中，上述并联设置的第一电源转换电路20和第二电源转换电路30可分别采用不同类型的电源电路来实现。例如，第一电源转换电路20为线性电源电路，第二电源转换电路30为开关电源电路。进一步地，该第二电源转换电路30可采用反激式开关电源电路，当然也可以采用正激式开关电源电路等。第一电源转换电路20同样也可采用其他类型的电源电路设计，在此并不作限定。
本实施例中，切换控制器10主要用于根据接入的输入电压的大小来控制第一电源转换电路20或第二电源转换电路30来为稳压输出电路200供电，进而使得稳压输出电路200能够稳定驱动连接的目标功率管。
示范性地，如图3所示，该切换控制器10在进行控制过程中，包括：
步骤S10，获取接入的输入电压的大小。
其中，该输入电压可以是一个大小不变的电压，也可以是随时间在不断变化的电压，例如，该输入电压可以是取自如机械开关中产生的电弧电压，或者也可以是其他场合下的宽范围变化的电压等，在此并不限定。
示范性地，若切换控制器10采用的是集成控制芯片，如单片机微控制器等，则可通过电阻采样方式来获取输入电压的大小，以便进行电源控制。
步骤S20，在输入电压小于第一预设阈值的情况下，控制第一电源转换电路20对稳压输出电路200供电，以使稳压输出电路200稳定驱动目标功率管。
步骤S30，在输入电压大于或等于第一预设阈值的情况下，控制第二电源转换电路30对稳压输出电路200供电，以使稳压输出电路200稳定驱动目标功率管。
其中，上述的第一电源转换电路20和第二电源转换电路30将分别用于在不同的电压范围来对稳压输出电路200供电。第一预设阈值将电压划分为低电压和高电压，可以理解，此时的低电压和高电压是相对而言的，小于第一预设阈值的则称为低电压区，而大于或等于第一预设阈值的则称为高电压区，具体的划分可根据实际需求来确定该第一预设阈值的大小，在此并不作限定。例如，第一电源转换电路20主要工作在低电压范围，如小于220V；而第二电源转换电路30主要工作在高电压范围，如大于或等于220V等。
示范性地，切换控制器10将根据输入电压的大小，当其小于第一预设阈值时，则执行步骤S20，否则执行步骤S30。值得注意的是，当输入电压在不同时刻发生变化时，该切换控制器10可以来回切换两个电源转换电路来输出功率管的驱动电源。其中，上述的切换控制器10可以是集成的控制芯片，也可以是由分立器件构成的各自独立的自控制电路。
在另一种实施方式中，切换控制器10包括第一自启动控制电路110和第二自启动控制电路120，第一自启动控制电路110连接第一电源转换电路20，第二自启动控制电路120连接第二电源转换电路30。其中，第一自启动控制电路110用于获取接入的输入电压的大小，并在输入电压小于第一预设阈值的情况下，使第一电源转换电路20接通以对稳压输出电路200供电，以及在输入电压大于或等于第一预设阈值的情况下，使第一电源转换电路20断开。而第二自启动控制电路120用于同样获取接入的输入电压的大小，并在输入电压大于或等于第一预设阈值的情况下，使第二电源转换电路30工作以对稳压输出电路200供电。
若以线性电源电路和反激开关电源电路这两种电源转换电路为例，例如，如图4所示，第一自启动控制电路110与作为第一电源转换电路20的线性电源电路连接，第二自启动控制电路120与作为第二电源转换电路30的反激开关电源电路连接。其中，第一自启动控制电路110用于根据输入电压的大小控制线性电源电路的接通或断开；第二自启动控制电路120用于根据输入电压的大小控制反激开关电源电路的不工作与工作。
可以理解，上述两个自启动控制电路通过单独地判断输入电压的大小，并当第一电源转换电路20在大于或等于第一预设阈值的情况下自动断开，同时第二自启动控制电路120将控制第二电源转换电路30进行供电，可以保证在不同大小的输入电压的情况下，都可以保证稳压输出电路200的供电稳定性。当然，若是输入电压为固定的大小，如180V、110V等，则该第一自启动控制电路110将启动第一电源转换电路20进行功率转换，以使输入电压能够为稳压输出电路200提供所需的电压，进而可以驱动连接的目标功率管的导通或关断等。此外，若通过各自独立的自启动切换电路设计，可以替代集成控制芯片，还可达到降低硬件成本目的。
进一步地，考虑两个电源转换电路的转换问题，本实施例还将设置一滞环，即当输入电压在该滞环电压区间内，则可控制两个电源转换电路同时供电。其中，该滞环电压区间的边界值分别为第一预设阈值和第二预设阈值，该第二预设阈值取决于滞环的大小。例如，若设置一个20V的滞环，第一预设阈值为220V，则第二预设阈值为200V。
示范性地，切换控制器10还用于在输入电压小于第一预设阈值且大于第二预设阈值的情况下，使第一电源转换电路20和第二电源转换电路30同时工作，这样可以较好地保证两个电源转换电路在切换过程中，可以避免在切换到另一电源转换电路时不及时而出现供电中断的现象。
若为独立设置的自启动控制电路，则第二自启动控制电路120还用于在输入电压小于第一预设阈值且大于第二预设阈值的情况下，使第二电源转换电路30工作以对稳压输出电路200供电。若输入电压小于第二预设阈值，则第二电源转换电路30将处于欠压保护状态，电路完全不动作。
仍以上述20V的滞环为例，当输入电压在200V~220V之间，则两个电源转换电路将同时供电。当然，若输入电压小于200V，则第二电源转换电路30不工作。
为进一步说明两个自启动控制电路的独立设计结构，下面仍将以线性电源电路和反激式开关电源电路为例进行说明。其中，线性电源电路用于进行线性降压，而开关电源电路用于通过对功率管的通断控制进行降压。
对于第一电源转换电路20，若采用线性电源电路，在一种实施方式中，如图5所示，该线性电源电路包括第一功率管Q1和第一整流滤波模块201，其中，第一功率管Q1的第一端连接并联输入端，第二端连接第一整流滤波模块201，第三端作为第一电源转换电路20的控制端，连接至切换控制器10（未示出）。相应地，切换控制器10将用于在检测到输入电压小于第一预设阈值的情况下，控制第一功率管Q1导通，使得线性电源电路将输入电压进行降压转换后，再由整流滤波模块进行滤波后输出稳压输出电路200所需的工作电压，达到供电目的。
或者，若采用第一自启动控制电路110进行控制，示范性地，如图5所示，第一自启动控制电路110包括分压模块111和开关切换模块112，分压模块111的输入端连接并联输入端，输出端连接开关切换模块112，开关切换模块112的信号输出端连接第一功率管Q1的第三端。例如，开关切换模块112可由开关管及若干电阻等构成。
上述，分压模块111用于对输入电压进行分压，并将得到的分压电压输入开关切换模块112，其中，该分压电压可根据上述第一预设阈值确定。进而，开关切换模块112用于根据输入电压与分压电压是否满足功率管导通阈值来控制第一功率管Q1接通，以使线性电源电路对输入电压进行线性降压后输出稳压输出电路200所需的供电电压。
对于第二电源转换电路30，若采用反激开关电源电路，在一种实施方式中，如图5所示，其主要包括均压模块301、变压器T1和与变压器T1原边绕组连接的两路功率转换模块302、以及与变压器T1副边绕组连接的第二整流滤波模块304等。此外，该反激开关电源电路还可以包括其他的功能模块，如采样模块303、输出反馈模块等，具体可根据实际需求来设定，在此不作限定。
上述，均压模块301的输入端连接并联输入端，输出端连接至两路功率转换模块302。变压器T1包括原边主绕组和原边辅助绕组，两路功率转换模块302包括两个功率管，分别是第二功率管和第三功率管，其中，原边主绕组、第二功率管、辅助绕组和第三功率管依次串联。原边主绕组还连接上述的并联输入端以用于接入输入电压。可以理解，此时的反激开关电源电路通过采用两个功率管串联设置以形成两路转换，可增大电路所能承受的输入电压范围。
若用集成控制芯片来实现，在功率转换工作过程中，则该切换控制器10将连接第二功率管和第三功率管的控制端，用于在检测到输入电压大于或等于第一预设阈值的情况下，产生两个功率管所需的脉冲调制信号以驱动第二功率管和第三功率管不断同时导通及关断，达到功率转换目的。
或者，若采用第二自启动控制电路120进行控制，示范性地，如图5所示，第二自启动控制电路120包括启动模块121和反馈驱动模块122，该启动模块121分别连接并联输入端和两路功率转换模块302中的功率管控制端，反馈驱动模块122的输入端连接变压器T1的副边绕组，输出端连接两路功率转换模块302。若还包括采样模块303，则两路功率转换模块302、自启动模块121和反馈驱动模块122均连接至采样模块303，以通过采样模块303连接到电源地。
上述的均压模块301用于进行两路均衡处理，以使串联连接的两个功率管两端的电压相等，例如，对于一些尖峰的较高电压，通过均压处理，可提高电路的耐压能力等。启动模块121用于从输入电压中取电，以提供反激开关电源电路的启动电压，使得两个功率管能够进入导通状态，达到自启动目的。实际运用中，通过启动模块121可设置反激开关电源电路的自启动电压。待电路启动后，在变压器T1的副边绕组产生感应电能的情况下，此时，反馈驱动模块122用于从副边绕组中获取能量，不断控制两个功率管进行同时导通或关断。例如，可利用对电容反复充放电并结合开关管等进行驱动。
可以理解，上述的电源切换电路通过并联设置的两个电源转换电路，并根据输入电压的不同而动态控制其中一个或两个来输出功率管所需的驱动电源，可以实现电路的宽范围电压输入并稳定输出。
稳压输出电路200主要用于驱动连接的目标功率管的导通或关断。在一种实施方式中，如图6所示，稳压输出电路200包括依次连接的输入滤波模块、第一储能电容、稳压保护模块和第二储能电容，第二储能电容用于连接目标功率管。例如，该输入滤波模块主要由电容、二极管等构成，而该稳压保护模块可由瞬态二极管（TVS管）及稳压管等构成。可以理解，当输出的驱动电源出现过载或者短路的情况下，可由TVS管进行及时保护，从而提高系统的安全性。
本实施例的功率管驱动电路100通过将两个电源转换电并联设置且使它们分别工作在不同的电压范围内，然后根据输入电压的大小动态控制其中的一个或两个为对稳压输出电路200供电，以保证稳定输出功率管所需的驱动电源。该技术方案可以实现功率管驱动电路100的宽范围电压输入而稳定输出，例如，在运用于如机械开关等产生电弧场合下，不仅可以从电弧能量中取电，还可以承受30-1700V这一超宽范围的电弧电压输入，实现功率管驱动电源的稳定输出，从而快速消弧。
实施例2
请参照图7至9，基于上述实施例1的功率管驱动电路100，本实施例将结合具体的实施例来进行说明该功率管驱动电路100。
在一种实施方式中，该功率管驱动电路100包括构成电源切换电路的第一自启动控制电路110和第二自启动控制电路120，以及并联设置的线性电源电路和反激开关电源电路，还有用于连接的目标功率管的稳压输出电路200。
示范性地，如图7所示，第一自启动控制电路110包括分压模块111和开关切换模块112，分压模块111包括串联设置的第一电阻R1和第二电阻R2，开关切换模块112包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一开关管TR1。而线性电源电路包括第一功率管Q1和第一整流滤波模块201，其中，第一整流滤波模块201主要由电阻R6、二极管D1和电容C1构成，电容C1的两端用于连接稳压输出电路200的输入端。
如图7所示，第一功率管Q1的第一端连接并联输入端的第一引脚VIN+，第二端连接第一整流滤波模块201中的电阻R6，第一整流滤波模块201通过电容C1连接稳压输出电路200。第一电阻R1和第二电阻R2的非串联连接端连接并联输入端（即VIN+和VIN-），串联连接端经过第三电阻R3连接至第一开关管TR1的第一端。第一开关管TR1的第二端连接并联输入端的VIN+，第一开关管TR1的第二端和第三端之间设有第四电阻R4；第一开关管TR1的第三端和第一功率管Q1的第三端均连接第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端连接并联输入端的VIN-（也视为电源地）。
假设第一预设阈值设为220V，可选地，设置有20V的滞环区间，则有当输入电压低于220V时，通过第一电阻R1和第二电阻R2分压，此时的分压电压小于第一开关管TR1的导通阈值，故第一开关管TR1不导通，而此时的第一功率管Q1导通，通过电阻R6、二极管D2和电容C1进行降压输出，输出电压作为功率管驱动电源，用于为后续电路供电。而当输入电压大于220V时，第一开关管TR1导通，此时的第一功率管Q1截止，故线性电源电路不工作。同时，由第二电源转换电路30开始工作。
示范性地，如图8所示，第二自启动控制电路120包括自启动模块121和反馈驱动模块122，反激开关电源电路包括均压模块301、变压器T1、两路功率转换模块302、采样模块303和第二整流滤波模块304，两路功率转换模块302包括第二功率管Q21和第三功率管Q22，变压器T1包括原边主绕组和原边辅助绕组，副边绕组包括副边主绕组和副边辅助绕组；其中，原边主绕组、第二功率管Q21、原边辅助绕组、第三功率管Q22和采样模块303依次连接；副边主绕组连接第二整流滤波模块304，副边辅助绕组连接反馈驱动模块122。其中，第二整流滤波模块304主要由二极管D13、电容C13和电阻R13等构成，电阻R13的两端用于连接稳压输出电路200的输入端。此外，两路功率转换模块302还包括分别位于原边绕组两端的两个吸收子模块，以用于吸收绕组漏感能量，提高转换效率等。其中，第一吸收子模块并联于原边主绕组的两端，第二吸收子模块并联于原边辅助绕组的两端。例如，电容C11、电阻R11及二极管D11构成第一吸收子模块，而电容C12、电阻R12及二极管D12构成第二吸收子模块。
均压模块301分别连接并联输入端和两路功率转换模块302。如图8所示，均压模块301包括串联设置的第一平衡电容C2和第二平衡电容C3，其中，第一平衡电容C2和第二平衡电容C3的非串联连接端连接并联输入端（VIN+和VIN-），串联连接端连接第二功率管和原边辅助绕组之间的串联节点。自启动模块121包括串联设置的启动电阻Rg和第一稳压管ZD1，启动电阻Rg的非串联连接端连接并联输入端的VIN+，启动电阻Rg和第一稳压管ZD1的串联连接端连接两个功率管Q21和Q22的控制端。
反馈驱动模块122包括第二开关管TR2、充放电子模块和反馈子模块，采样模块303包括采样电阻Rs，其中，副边辅助绕组的第一端经过反馈子模块后分别连接两路功率转换模块302和第二开关管TR2的第一端，副边辅助绕组的第一端还连接充放电子模块；充放电子模块连接第二开关管TR2的第二端；第二开关管TR2的第三端连接并联输入端的VIN-；第一稳压管ZD1的非串联连接端和副边辅助绕组的第二端均经过采样电阻Rs连接至并联输入端的VIN-。
其中，反馈子模块包括串联设置的隔直电容C14和保护电阻R14，充放电子模块包括充电电容C10、电阻R15、电阻R16、二极管D14、二极管D15和第二稳压管ZD2，示范性地，隔直电容C14的另一端连接副边辅助绕组的第一端，保护电阻R14的另一端分别连接第二开关管TR2的第一端以及启动电阻Rg和第一稳压管ZD1的串联连接端；第二开关管TR2的第二端连接充电电容C10的第一端，充电电容C10的第二端连接采样模块303；充电电容C10的第一端还分别连接电阻R15的一端和电阻R16的一端，电阻R15、二极管D14、二极管D15、第二稳压管ZD2和电阻R16依次连接；副边辅助绕组的第一端还连接二极管D14和二极管D15的串联连接端。
在设置有20V的滞环区间的情况下，当输入电压大于200V时，此时反激开关电源电路将通过启动电阻Rg和第一稳压管ZD1获取启动电压，同时，第一平衡电容C2和第二平衡电容C3实现两路均压。反馈驱动模块122将通过对充电电容C10的不断充放电来控制第二开关管TR2的导通与截止，进而实现对两个功率管Q21和Q22的通断控制。
具体地，当两个功率管Q21和Q22导通，通过二极管D15、第二稳压管ZD2和电阻R16对充电电容C10充电，当充电电容C10的电压超过第二开关管TR2的基极驱动电压，则第二开关管TR2导通，此时两个功率管Q21和Q22的栅极电压拉低，故截止。充电电容C10通过电阻R15和二极管D14及辅助绕组构成放电回路。当充电电容C10的电压低于第二开关管TR2的基极驱动电压，第二开关管TR2截止，此时两个功率管Q21和Q22的栅极电压拉高，故导通，如此循环控制，直到输入电压不满足要求停止。
可以理解，由隔直电容C14及保护电阻R14构成的反馈子模块可用于对两个功率管的最大脉宽驱动信号进行限制；而充电电容C10的充放电时间间隔动态调整驱动信号的占空比，可以理解，反馈驱动模块122通过从副边绕组中获取能量，并利用电容的充放电控制及开关管进行驱动，可以实现对两路功率转换的通断控制，由于不需要利用集成控制芯片，而通过简单的分立器件即可实现，可以降低硬件成本等。若输出的驱动电源出现过载或者短路的情况下，由于电压能快速到第二开关管TR2门极的保护阈值，故还可以提高电路保护的响应速率。
对于稳压输出电路200，示范性地，如图9所示，稳压输出电路200可包括由电容C20、电阻R20和二极管D20构成的输入滤波模块，第一储能电容C21，TVS管、稳压管ZD20及并联的电阻R21等构成的稳压保护模块，以及第二储能电容C22。第二储能电容用于连接目标功率管Q0。
最后，由电源切换电路输出的驱动电源通过电阻R20、二极管D20给第一储能电容C21充电，当第一储能电容C21的电压超过TVS的阈值电压可以驱动目标功率管Q0导通或关断，例如，当目标功率管Q0连接的是产生电弧的机械开关时，当其导通时将会使电弧消失更快等。当然，在其他场合下，也可以是驱动关断，具体可根据实际需求来设定。应当明白的是，图7至图9中的电路仅仅是一种示例，并不作为对各电路结构的唯一限制，在实际运用过程中，可根据实际需求作适应性调整。
本申请实施例还提出一种功率开关装置，例如，该功率开关装置可为电力电子功率开关等，示范性地，该功率开关装置包括目标功率管和与目标功率管连接的上述实施例1或2中的功率管驱动电路100。
可以理解，关于该实施例中的各个电路或模块的具体结构仅为一种示例，在实际运用过程中，本领域技术人员可根据实际需求来适应性地调整。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率管驱动电路的控制方法，其特征在于，应用于混合式断路器，所述混合式断路器包括并联设置的机械开关和电力电子功率开关，所述电力电子功率开关包括所述功率管驱动电路，所述功率管驱动电路包括电源切换电路和稳压输出电路，所述稳压输出电路用于连接目标功率管；其中，所述电源切换电路包括切换控制器、及并联设置的第一电源转换电路和第二电源转换电路，两个电源转换电路的并联输入端用于接入一输入电压，并联输出端连接所述稳压输出电路的输入端，以及各自的控制端连接所述切换控制器；所述控制方法应用于所述切换控制器，所述方法包括：
获取接入的输入电压的大小，所述输入电压为电弧电压；
在所述输入电压小于第一预设阈值的情况下，控制所述第一电源转换电路对所述稳压输出电路供电，以使所述稳压输出电路稳定驱动所述目标功率管；
在所述输入电压大于或等于所述第一预设阈值的情况下，控制所述第二电源转换电路对所述稳压输出电路供电，以使所述稳压输出电路稳定驱动所述目标功率管。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述切换控制器包括第一自启动控制电路和第二自启动控制电路，所述第一自启动控制电路连接所述第一电源转换电路，所述第二自启动控制电路连接所述第二电源转换电路；所述方法包括：
所述第一自启动控制电路获取所述输入电压的大小，并在所述输入电压小于所述第一预设阈值的情况下，使所述第一电源转换电路接通以对所述稳压输出电路供电，以及在所述输入电压大于或等于所述第一预设阈值的情况下，使所述第一电源转换电路断开；
所述第二自启动控制电路获取所述输入电压的大小，并在所述输入电压大于或等于所述第一预设阈值的情况下，使所述第二电源转换电路工作以对所述稳压输出电路供电。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，还包括：
所述第二自启动控制电路在所述输入电压小于所述第一预设阈值且大于第二预设阈值的情况下，使所述第二电源转换电路工作以对所述稳压输出电路供电。
4.一种功率管驱动电路，其特征在于，应用于混合式断路器，所述混合式断路器包括并联设置的机械开关和电力电子功率开关，所述电力电子功率开关包括所述功率管驱动电路，所述功率管驱动电路包括：
电源切换电路和稳压输出电路，所述稳压输出电路用于连接目标功率管，所述电源切换电路包括切换控制器、及并联设置的第一电源转换电路和第二电源转换电路，两个电源转换电路的并联输入端用于接入一输入电压，并联输出端连接所述稳压输出电路的输入端，以及各自的控制端连接所述切换控制器；其中，所述切换控制器用于执行如权利要求1至3中任一项所述的功率管驱动电路的控制方法。
5.根据权利要求4所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述第一电源转换电路为线性电源电路，所述第二电源转换电路为反激开关电源电路；
若所述切换控制器包括第一自启动控制电路和第二自启动控制电路，则所述第一自启动控制电路与所述线性电源电路连接，所述第二自启动控制电路与所述反激开关电源电路连接。
6.根据权利要求5所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述第一自启动控制电路包括分压模块和开关切换模块，所述分压模块分别连接所述并联输入端和所述开关切换模块，所述开关切换模块的信号输出端连接所述线性电源电路；
其中，所述分压模块用于对所述输入电压进行分压，并将得到的分压电压输入所述开关切换模块，所述分压电压根据所述第一预设阈值确定；
所述开关切换模块用于当所述输入电压与所述分压电压满足功率管导通阈值时，控制所述线性电源电路中的功率管导通，以使所述线性电源电路对所述输入电压进行线性降压后输出所述稳压输出电路所需的供电电压。
7.根据权利要求5所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述反激开关电源电路包括均压模块、变压器和两路功率转换模块，所述两路功率转换模块包括两个功率管，其中，所述变压器的原边主绕组和辅助绕组分别串联一所述功率管，所述原边主绕组还连接所述并联输入端；所述均压模块分别连接所述并联输入端和所述两路功率转换模块，所述两个功率管的控制端均连接所述切换控制器；
所述均压模块用于均衡所述两个功率管各自的两端电压；
所述切换控制器用于在所述输入电压大于或等于所述第一预设阈值的情况下，控制所述两个功率管同时导通及关断，以使所述反激开关电源电路对所述输入电压进行降压后输出所述稳压输出电路所需的供电电压。
8.根据权利要求7所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述第二自启动控制电路包括启动模块和反馈驱动模块，其中，所述启动模块分别连接所述并联输入端和所述两路功率转换模块，所述反馈驱动模块分别连接所述变压器的副边绕组和所述两路功率转换模块；
所述启动模块用于从所述输入电压中取电，以提供所述反激开关电源电路的启动电压；
所述反馈驱动模块用于在所述变压器的副边绕组产生感应电能的情况下获取能量，并控制所述两个功率管进行同时导通及关断。
9.根据权利要求4至8任一项所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述稳压输出电路用于驱动所述目标功率管导通或关断，其中，所述稳压输出电路包括依次连接的输入滤波模块、第一储能电容、稳压保护模块和第二储能电容，所述第二储能电容用于连接所述目标功率管。
10.一种功率开关装置，其特征在于，包括：目标功率管和如权利要求4至9中任一项所述的功率管驱动电路，所述功率管驱动电路连接所述目标功率管，用于驱动所述目标功率管导通或关断。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101651426A (zh) * 2009-09-10 2010-02-17 广州金升阳科技有限公司 一种自启动的输出端控制功率变换器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6002513B2 (ja) * 2012-09-14 2016-10-05 ソニー株式会社 非接触給電システム、端末装置および非接触給電方法
JP6099951B2 (ja) * 2012-11-29 2017-03-22 株式会社東芝 電力変換装置
CN204835488U (zh) * 2015-06-25 2015-12-02 安徽长远绿色能源有限公司 用于光伏组件或电源系统的保护检测装置
CN106129997A (zh) * 2016-06-24 2016-11-16 桂林航天电子有限公司 多通道智能配电装置及其运行方法
CN109004837A (zh) * 2018-07-13 2018-12-14 广州金升阳科技有限公司 高耐压反激变换器
CN111245203B (zh) * 2020-01-20 2021-10-22 中国科学技术大学 一种储存环磁铁电源
CN111884187A (zh) * 2020-08-18 2020-11-03 浙江天正电气股份有限公司 一种剩余电流重合闸断路器的控制装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101651426A (zh) * 2009-09-10 2010-02-17 广州金升阳科技有限公司 一种自启动的输出端控制功率变换器

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