CN117498662B - 开关管驱动电路及储能电源 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种开关管驱动电路及储能电源，开关管驱动电路包括切换模块、储能模块和泄放模块；切换模块分别与储能模块及泄放模块连接，储能模块与泄放模块连接，储能模块还用于连接输入电源，泄放模块还用于驱动半导体开关；切换模块，用于接收信号源输出的控制信号，在控制信号处于第一电平时，控制输入电源为储能模块充电，并控制泄放模块处于导通状态，以使半导体开关处于断开状态；切换模块，还用于在控制信号处于第二电平时，控制泄放模块处于断开状态，并控制储能模块存储的电能为半导体开关供电，以使半导体开关处于导通状态。本申请实施例中，通过开关管驱动电路控制半导体开关的状态，不需要独立的驱动电源和驱动芯片进行驱动。

Description

开关管驱动电路及储能电源

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种开关管驱动电路及储能电源。

背景技术

在便捷式储能逆变器与微逆系列应用中，很多直流电路中用到BUCK电路。在BUCK电路利用晶体管作为高压侧开关。在晶体管作为BUCK电路的开关的情况下，需要独立的驱动电源和驱动芯片驱动晶体管。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决在驱动晶体管时需要独立驱动电源和驱动芯片的开关管驱动电路及储能电源。

第一方面，本申请提供了一种开关管驱动电路，所述开关管驱动电路包括切换模块、储能模块和泄放模块；所述切换模块分别与所述储能模块及所述泄放模块连接，所述储能模块与所述泄放模块连接，所述储能模块还用于连接输入电源，所述泄放模块还用于驱动半导体开关；

所述切换模块，用于接收信号源输出的控制信号，在所述控制信号处于第一电平时，控制所述输入电源为所述储能模块充电，并控制所述泄放模块处于导通状态，以使所述半导体开关处于断开状态；

所述切换模块，还用于在所述控制信号处于第二电平时，控制所述泄放模块处于断开状态，并控制所述储能模块存储的电能为所述半导体开关供电，以使所述半导体开关处于导通状态。

在其中一个实施例中，所述切换模块用于在处于导通状态时，将所述半导体开关的结电容存储电能进行泄放，以控制所述半导体开关处于断开状态，其中，所述半导体开关为金氧半场效晶体管MOS管或者绝缘栅双极型晶体管IGBT管。

在其中一个实施例中，所述切换模块包括相互连接的第一开关单元、第二开关单元及第三开关单元，所述第二开关单元与所述储能模块连接，所述第三开关单元与所述泄放模块连接；

所述第一开关单元，用于接收所述控制信号，在所述控制信号处于所述第一电平时导通，以驱动所述第二开关单元导通及所述第三开关单元断开，使所述输入电源通过所述第二开关单元为所述储能模块充电，并控制所述泄放模块处于导通状态，以使所述半导体开关处于断开状态；以及，

在所述控制信号处于所述第二电平时断开，以驱动所述第二开关单元断开及所述第三开关单元导通，以使所述储能模块通过所述第三开关单元控制所述泄放模块处于断开状态，并控制所述储能模块存储的电能通过所述第三开关单元为所述半导体开关供电，以使所述半导体开关处于导通状态。

在其中一个实施例中，所述第一开关单元包括第一开关管、电阻R1和电阻R2，

所述第一开关管的第一端通过所述电阻R1与所述信号源连接，以及通过所述电阻R2与所述第一开关管的第二端连接，所述第一开关管的第二端接地；

所述第一开关管的第三端与所述第二开关单元以及所述第三开关单元连接。

在其中一个实施例中，所述储能模块包括第一储能单元和第二储能单元，所述第一储能单元和所述第二储能单元串联在所述输入电源与所述第二开关单元之间。

在其中一个实施例中，所述第三开关单元包括控制子单元和第二开关管，

所述第二储能单元的第一端通过所述控制子单元与所述第二开关管的第一端连接，所述第二储能单元的第二端与所述第二开关管的第二端连接；所述第二开关管的第三端与所述泄放模块连接。

在其中一个实施例中，所述第二储能单元包括第一电容以及与所述第一电容并联的电阻R3，所述泄放模块包括电阻R4，

所述第一电容的第一端以及所述电阻R3的第一端通过所述控制子单元与所述第二开关管的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第二开关管的第二端以及所述电阻R3的第二端连接，所述第二开关管的第三端通过所述电阻R4与所述第一电容的第一端连接。

在其中一个实施例中，所述控制子单元包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和第三开关管，

所述电阻R5的第一端与所述电阻R6的第一端以及所述第一电容的第一端连接，所述电阻R5的第二端与所述电阻R7的第一端以及所述第三开关管的第一端连接；

所述电阻R7的第二端与所述第三开关管的第二端以及所述第二开关管的第一端连接；

所述电阻R6的第二端与所述第三开关管的第三端连接。

在其中一个实施例中，所述泄放模块还包括第四开关管，

所述第四开关管的第一端与所述电阻R4的第一端与以及所述第一电容的第一端连接，所述第四开关管的第二端与所述半导体开关的第一端连接，所述半导体开关的第二端与所述输入电源连接；

所述第四开关管的第三端与所述电阻R4的第二端以及所述半导体开关的第三端连接。

在其中一个实施例中，所述泄放模块还包括电阻R8和电阻R9，

所述电阻R8的第一端与所述第四开关管的第一端连接，所述电阻R8的第二端与所述电阻R9的第一端、所述半导体开关的第一端连接，所述电阻R9的第二端与所述第四开关管的第三端以及所述半导体开关的第三端连接。

第二方面，本申请还提供一种储能电源，所述储能电源包括如上述第一方面任一项所述的开关管驱动电路。

上述开关管驱动电路及储能电源，开关管驱动电路包括切换模块、储能模块和泄放模块；切换模块分别与储能模块及泄放模块连接，储能模块与泄放模块连接，储能模块还用于连接输入电源，泄放模块还用于驱动半导体开关；切换模块，用于接收信号源输出的控制信号，在控制信号处于第一电平时，控制输入电源为储能模块充电，并控制泄放模块处于导通状态，以使半导体开关处于断开状态；切换模块，还用于在控制信号处于第二电平时，控制泄放模块处于断开状态，并控制储能模块存储的电能为半导体开关供电，以使半导体开关处于导通状态。本申请实施例中，在控制信号为第一电平时，利用输入电源对储能模块进行充电，并控制泄放模块处于导通状态，以使半导体开关处于断开状态；在控制信号为第二电平时，泄放模块断开，储能模块半导体开关供电向以使半导体开关导通，在控制半导体开关的状态时不需要独立的驱动电源和驱动芯片进行驱动，而且可以减少输入电源所在电路中的开关的设计成本、PCB布线难度和EMC的设计难度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例提供的直流电路的示意图；

图2为本申请实施例提供的开关管驱动电路的第一结构示意图；

图3为本申请实施例提供的开关管驱动电路的第二结构示意图。

附图标记说明：

100、开关管驱动电路； 10、切换模块； 20、储能模块；

30、泄放模块； 200、输入电源； 300、信号源；

K、半导体开关； 101、第一开关单元； 102、第二开关单元；

103、第三开关单元； Q1、第一开关管； 201、第一储能单元；

202、第二储能单元； 1031、控制子单元； Q2、第二开关管；

C1、第一电容； Q3、第三开关管； Q4、第四开关管；

ZD1、稳压管； D1、第一二极管； D2、第二二极管；

D3、第三二极管； C2、第二电容； Q5、第五开关管。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上（包括两个），同理，“多组”指的是两组以上（包括两组），“多片”指的是两片以上（包括两片）。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在便捷式储能逆变器与微逆系列应用中，有很多直流电路中用到BUCK电路，例如，PV输入电路，USB输出电路、点烟器输出电路等。而在设计BUCK电路的高压侧MOS管，希望MOS开关瞬时驱动能力要大一点，减小驱动上升延时间，进而减小开关损耗。如图1所示，图1为本申请实施例提供的PV输入电路的示意图，K为PV输入电路的半导体开关。需说明的是，本实施例仅是以PV输入电路为例，也可以采用电池等其他直流电源作为输入电路。

对于多路输入和输出的BUCK电路需要独立的驱动电源和驱动芯片（驱动光耦）驱动晶体管，驱动电源设计繁琐；特别是驱动电流峰值大于2A的器件；另外对于集中供电的多路驱动电路，驱动电源的印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB）布线难度大且对电磁兼容性（ElectromagneticCompatibility，EMC）影响很大。因此，本申请提出一种可以解决上述驱动电源问题的开关管驱动电路。

图2为本申请实施例提供的开关管驱动电路的第一结构示意图，如图2所示，开关管驱动电路100包括切换模块10、储能模块20和泄放模块30；切换模块10分别与储能模块20及泄放模块30连接，储能模块20与泄放模块30连接，储能模块20还用于连接输入电源200，泄放模块30还用于驱动半导体开关K；切换模块10，用于接收信号源300输出的控制信号，在控制信号处于第一电平时，控制输入电源200为储能模块20充电，并控制泄放模块30处于导通状态，以使半导体开关K处于断开状态；切换模块10，还用于在控制信号处于第二电平时，控制泄放模块30处于断开状态，并控制储能模块20存储的电能为半导体开关K供电，以使半导体开关K处于导通状态。

在本实施例中，如图2所示，开关管驱动电路100包括切换模块10、储能模块20和泄放模块30，切换模块10的第一端与信号源300连接，切换模块10的第二端与储能模块20和泄放模块30连接，同时储能模块20与输入电源200连接。储能模块20还与泄放模块30连接，储能模块20和泄放模块30分别与半导体开关K连接。

可选的，信号源300可以是中央处理器、图形处理器、现场可编程逻辑门阵列、专用集成电路、数字信号处理芯片等。

其中，控制信号为PWM控制信号。可选的，控制信号的占空比根据电路（例如BUCK电路）的实际需求进行设置。

具体的，本申请的开关管驱动电路能够根据信号源输出的PWM控制信号控制半导体开关K处于导通或断开状态。信号源300输出第一电平的控制信号，切换模块10控制输入电源200为储能模块20充电，并控制泄放模块30处于导通状态，在泄放模块30处于导通状态的情况下，快速断开半导体开关K。

信号源300输出第二电平的控制信号的情况下，储能模块20在控制信号为第一电平时被充电，此时切换模块10控制泄放模块30处于断开状态，并控制储能模块20上存储的电能为半导体开关K供电，以使处于半导体开关K导通状态。

根据上述分析可知，在信号源300发出的控制信号为第一电平时，半导体开关K为断开状态，在控制信号为第二电平时，半导体开关K为导通状态，因此设计时需要注意的是控制信号需要做电平翻转。例如增加反相器，或者信号源直接输出电平翻转的控制信号。如果需要与控制信号完全隔离，只要增加一个信号光耦隔离器件。

可选的，切换模块10可以是由电阻和开关管组成的电路。

可选的，储能模块20可以只包括电容，也可以是并联的电容和电阻组成的储能模块20等。

本申请实施例中，开关管驱动电路包括切换模块、储能模块和泄放模块；切换模块分别与储能模块及泄放模块连接，储能模块与泄放模块连接，储能模块还用于连接输入电源，泄放模块还用于驱动半导体开关；切换模块，用于接收信号源输出的控制信号，在控制信号处于第一电平时，控制输入电源为储能模块充电，并控制泄放模块处于导通状态，以使半导体开关处于断开状态；切换模块，还用于在控制信号处于第二电平时，控制泄放模块处于断开状态，并控制储能模块存储的电能为半导体开关供电，以使半导体开关处于导通状态。本申请实施例中，在控制信号为第一电平时，利用输入电源对储能模块进行充电，并控制泄放模块处于导通状态，以使半导体开关处于断开状态；在控制信号为第二电平时，泄放模块断开，储能模块半导体开关供电向以使半导体开关导通，在控制半导体开关的状态时不需要独立的驱动电源和驱动芯片进行驱动，而且可以减少输入电源所在电路中的开关的设计成本、PCB布线难度和EMC的设计难度。

在一个实施例中，泄放模块用于在处于导通状态时，将半导体开关的结电容存储电能进行泄放，以控制半导体开关处于断开状态，其中，半导体开关为金氧半场效晶体管MOS管或者绝缘栅双极型晶体管IGBT管。

具体的，半导体开关为MOS管或者IGBT管，以MOS管为例，MOS管处于高频通断状态切换时，由于MOS管内的结电容存在会影响MOS管开关速度，因此通过设置泄放模块，在需要断开半导体开关时，通过切换模块控制泄放模块处于导通状态；当泄放模块处于导通状态时，将半导体开关的源极及栅极短接，以在切换模块处于导通状态下，将半导体开关的结电容存储电能进行快速泄放，半导体开关的驱动电压可以被快速下拉到0，实现快速断开，提升MOS管的驱动效率。而当需要驱动半导体开关导通时，切换模块控制泄放模块处于断开状态，以使储能模块提供的电能能够正常驱动半导体开关导通。

图3为本申请实施例提供的开关管驱动电路的第二结构示意图，如图3所示，切换模块10包括相互连接的第一开关单元101、第二开关单元102及第三开关单元103，第二开关单元102与储能模块20连接，第三开关单元103与泄放模块30连接；第一开关单元101，用于接收控制信号，在控制信号处于第一电平时导通，以驱动第二开关单元102导通及第三开关单元103断开，使输入电源200通过第二开关单元102为储能模块20充电，并控制泄放模块30处于导通状态，以使半导体开关K处于断开状态；以及，在控制信号处于第二电平时断开，以驱动第二开关单元102断开及第三开关单元103导通，以使储能模块20通过第三开关单元103控制泄放模块30处于断开状态，并控制储能模块20存储的电能通过第三开关单元103为半导体开关K供电，以使半导体开关K处于导通状态。

具体地，如图3所示，第一开关单元101的第一端与信号源300连接，第一开关单元101的第二端与第二开关单元102的第一端、第三开关单元103的第一端连接，第一开关单元101的第三端与第二开关单元102的第二端连接，且第一开关单元101的第三端接地。

第二开关单元102的第三端与储能模块20、第三开关单元103的第二端连接，第三开关单元103的第三端与泄放模块30的第一端连接，第三开关单元103的第四端与泄放模块30的第二端连接。

需要说明的是，图3中示出的1、2、3为各开关管对应的第一端、第二端和第三端，不等同于各模块或单元的第一端、第二端和第三端。

在本实施例中，在控制信号为第一电平时，第一开关单元101接收控制信号，第一开关单元101导通以驱动第二开关单元102导通，驱动第三开关单元103断开。输入电源200通过储能模块20及第二开关单元102接地，形成充电回路，以使输入电源200为储能模块20充电，并控制泄放模块30处于导通状态，以使半导体开关K处于断开状态。

在控制信号为第二电平时，第一开关单元101接收控制信号，第一开关单元101断开，以驱动第二开关单元102断开。由于储能模块20在控制信号为第一电平时存储了电能，储能模块20驱动第三开关单元103导通，并通过第三开关单元103控制泄放模块30处于断开状态，向半导体开关K供电，驱动半导体开关K导通。

本申请实施例中，第一开关单元，用于接收控制信号，在控制信号处于第一电平时导通，以驱动第二开关单元导通及第三开关单元断开，使输入电源通过第二开关单元为储能模块充电，并控制泄放模块处于导通状态，以使半导体开关处于断开状态；以及，在控制信号处于第二电平时断开，以驱动第二开关单元断开及第三开关单元导通，以使储能模块通过第三开关单元控制泄放模块处于断开状态，并控制储能模块存储的电能通过第三开关单元为半导体开关供电，以使半导体开关处于导通状态。本申请实施例，在控制信号为不同电平时，通过第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元之间的配合使用，控制半导体开关处于不同的状态，解决了半导体开关驱动电源的问题。

在一个实施例中，继续如上述图3所示，第一开关单元101包括第一开关管Q1、电阻R1和电阻R2，第一开关管Q1的第一端通过电阻R1与信号源300连接，以及通过电阻R2与第一开关管Q1的第二端连接，第一开关管Q1的第二端接地；第一开关管Q1的第三端与第二开关单元102以及第三开关单元103连接。

在本实施例中，信号源300输出的控制信号为第一电平时，例如第一电平为高电平信号，第一开关管Q1的第一端和第一开关管Q1的第二端之间产生压差，使得第一开关管Q1的第二端和第一开关管Q1的第三端之间导通。信号源300输出的控制信号为第二电平时，例如第二电平为低电平信号，第一开关管Q1的第二端和第一开关管Q1的第三端之间断开。

可选的，第一开关管Q1可以采用的金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor ，MOS）例如，2N7002的MOS管。

可选的，第二开关单元102包括第五开关管Q5。

在一个实施例中，如上述图3所示，储能模块20包括第一储能单元201和第二储能单元202，第一储能单元201和第二储能单元202串联在输入电源200与第二开关单元102之间。

在本实施例中，如图3所示，第一储能单元201和第二储能单元202串联在输入电源200与第二开关单元102之间。在控制信号为第一电平的情况下，第二开关单元102导通，输入电源200、第一储能单元201、第二储能单元202以及第二开关单元102形成充电回路，通过输入电源200对第一储能单元201和第二储能单元202进行充电，以在控制信号为第二电平的情况下，利用第一储能单元201向半导体开关K供电，以使得半导体开关K处于导通状态。

本申请实施例中，第一储能单元和第二储能单元串联在输入电源与第二开关单元之间，在控制信号为第一电平的情况下，第二开关单元导通，通过输入电源对第一储能单元和第二储能单元充电，为后续在控制信号为第二电平的情况下导通第一储能单元向半导体开关供电，为导通半导体开关奠定基础。

在一个实施例中，继续以上述图3为例，第三开关单元103包括控制子单元1031和第二开关管Q2，第一储能单元201的第一端通过控制子单元1031与第二开关管Q2的第一端连接，第一储能单元201的第二端与第二开关管Q2的第二端连接；第二开关管Q2的第三端与泄放模块30连接。

在本实施例中，第一储能单元201的第一端通过控制子单元1031与第二开关管Q2的第一端连接。在控制信号为第二电平时，第一储能单元201通过控制子单元1031在第二开关管Q2的第一端产生驱动电压，使得第二开关管Q2导通。

在一个实施例中，继续以上述图3为例，第一储能单元201包括第一电容C1以及与第一电容C1并联的电阻R3，泄放模块30包括电阻R4，第一电容C1的第一端以及电阻R3的第一端通过控制子单元1031与第二开关管Q2的第一端连接，第一电容C1的第二端与第二开关管Q2的第二端以及电阻R3的第二端连接，第二开关管Q2的第三端通过电阻R4与第一电容C1的第一端连接。

在本实施例中，在控制信号为第二电平时，第一电容C1通过控制子单元1031在第二开关管Q2的第一端产生驱动电压，驱动第二开关管Q2导通。在第二开关管Q2处于导通的状态下，第一电容C1和电阻R4之间并联，电阻R4上的电压等于第一电容C1上的电压，泄放模块30的其他元器件（例如图3中示出的第四开关管Q4，电阻R8及第三二极管D3）连接在电阻R4的两端。泄放模块30处于断开状态（即第四开关管Q4处于断开状态），第一电容C1存储的电能向半导体开关K供电，使得半导体开关K处于导通状态。

其中，电阻R3为第一电容C1的放电电阻，防止第一电容C1偏压。可选的，电阻R3可以为一个电阻，也可以为多个电阻，多个电阻可以是串联组成电阻R3，也可以是并联组成电阻R3，或者是串并联组成电阻R3。

可选的，储能模块20还包括稳压管ZD1，稳压管ZD1与第一储能单元201并联，即稳压管ZD1与第一电容C1、电阻R3并联。将第一电容C1上的电压进行稳压限制。例如，稳压管ZD1是15V或18V的稳压管，则可以将第一电容C1上的电压钳位在15V或18V，即第一电容C1上的电压最大为15V或18V。

可选的，储能模块20还包括包括第一二极管D1和第二二极管D2，起电流反向保护作用。

其中，第二储能单元202也可以包括第二电容C2以及与第二电容C2并联的电阻R10。假设，第二储能单元202中与第二电容C2并联的电阻为电阻R10。则电阻R3、电阻R10的选取原则为：R3/(R3+R10)*输入电源的电压=稳压管ZD1的电压。例如，稳压管ZD1为15V，R3/(R3+R10)*输入电源的电压=15V，第一电容C1充电到最大电压15V截止。可选的，电阻R10的取值范围可以为20KΩ-50KΩ。

在一个实施例中，继续如上述图3所示，控制子单元1031包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和第三开关管Q3，电阻R5的第一端与电阻R6的第一端以及第一电容C1的第一端连接，电阻R5的第二端与电阻R7的第一端以及第三开关管Q3的第一端连接；电阻R7的第二端与第三开关管Q3的第二端以及第二开关管Q2的第一端连接；电阻R6的第二端与第三开关管Q3的第三端连接。

在本实施例中，当控制信号为第一电平时，第三开关管Q3和第二开关管Q2断开，输入电源200通过第一储能单元201、第二储能单元202、第二开关单元102所在回路向第一储能单元201和第二储能单元202充电。同时，输入电源200通过第二储能单元202进入泄放模块30，控制泄放模块30处于导通状态，以使得半导体开关K处于断开状态。

当控制信号为第二电平时，第三开关管Q3导通，第三开关管Q3第一端的驱动电压为=R7/(R5+R7)*电阻R4两端的电压。

在第三开关管Q3处于导通的情况下，电阻R5与电阻R7串联，再与电阻R6并联，通过电阻R6第二端的电压驱动第二开关管Q2导通，进而通过第一电容C1为半导体开关K供电。由于电阻R7与电阻R5串联，再与电阻R6进行并联，电阻R5、电阻R6和电阻R7上被分配较小的电压，进而使得第一电容C1上的直流电传输至第二开关管Q2的第一端的电流增大，以驱动第二开关管Q2导通，实现了电压信号驱动大电流的第二开关管Q2，从而以驱动大电流的半导体开关K，从而降低驱动功耗。可以依据实际情况、灵活选择所需的第二开关管Q2，最大驱动电流可以基于电阻R5、电阻R6、电阻R7进行任意设计。

需要说明的是，当控制信号为第一电平时，第一开关单元101导通，则电阻R5被拉到接地，所以电阻R5不能选择小阻值和小封装的电阻（因为功耗大，选取困难）。可选的，电阻R5的取值范围可以为20KΩ-50KΩ。

如果没有电阻R6和第三开关管Q3，直接利用电阻R5驱动第二开关管Q2导通，由于电阻R5的阻值大，其驱动电流弱，则第二开关管Q2导通的电流大小会受到限制。

需要说明的是，还可以依据上述原理并联多个电阻，本申请实施例的图3只是一种示例。例如，电阻R6串联多个电阻，再将串联之后的电路与电阻R5、电阻R7形成的串联电路进行并联；或者与电阻R6并联多个电阻。

本申请实施例中，控制子单元包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和第三开关管，电阻R5的第一端与电阻R6的第一端以及第一电容的第一端连接，电阻R5的第二端与电阻R7的第一端以及第三开关管的第一端连接；电阻R7的第二端与第三开关管的第二端以及第三开关管的第一端连接；电阻R6的第二端与第三开关管的第三端连接。本申请实施例通过电阻R5、电阻R6、电阻R7和第三开关管所在的回路，可以实现电压信号驱动大电流的第二开关管，通过第一电容上存储的电能实现对第二开关管的加速驱动，使得第二开关管的驱动能力大大增强，从而可以基于第二开关管驱动大功率的半导体开关，降低驱动功耗。

在一个实施例中，泄放模块30还包括第四开关管Q4，第四开关管Q4的第一端与电阻R4的第一端与以及第一电容C1的第一端连接，第四开关管Q4的第二端与半导体开关K的第一端连接，半导体开关K的第二端与输入电源200连接；第四开关管Q4的第三端与电阻R4的第二端以及半导体开关K的第三端连接。

在本实施例中，当控制信号为第一电平时，第三开关管Q3和第二开关管Q2断开，输入电源200通过第一储能单元201、第二储能单元202、第二开关单元102所在回路向第一储能单元201和第二储能单元202充电。同时，输入电源200的电流通过第二储能单元202进入第四开关管Q4的第一端，以及通过第二储能单元202、电阻R4进入第四开关管Q4的第二端，第四开关管Q4处于正偏，第四开关管Q4导通，以使半导体开关K处于断开状态。具体的如图3所示，当第四开关管Q4导通时，半导体开关K的源极（即第三端）与漏极（即第二端）短接，使得半导体开关K的结电容快速泄放以快速断开半导体开关。

当控制信号为第二电平时，第一储能单元201存储的电能驱动第三开关管Q3和第二开关管Q2导通，电阻R4与第一电容C1并联，第四开关管Q4的第一端和第四开关管Q4的第二端分别为电阻R4两端的电压，第四开关管Q4的第一端和第四开关管Q4的第二端进行反偏而截止，以使半导体开关K处于导通状态。以稳压管ZD1为15V为例，此时，第二二极管D2的第二端、电阻R4的第一端的电压为15V，电阻R4的第二端通过第二开关管Q2连接到第一储能单元201的负端，即电阻R4两端的电压差为15V，则第二二极管D2的第二端的电压15V连接到第四开关管Q4的第一端，第四开关管Q4的第一端和第二端进行反偏而截止。

进一步地，泄放模块30还包括电阻R8和电阻R9，电阻R8的第一端与第四开关管Q4的第一端连接，电阻R8的第二端与电阻R9的第一端、半导体开关K的第一端连接，电阻R9的第二端与第四开关管Q4的第三端以及半导体开关K的第三端连接。

在本实施例中，如图3所示，由于电阻R8的第二端与半导体开关K的第一端连接，第四开关管Q4的第三端与半导体开关K的第三端连接。在第四开关管Q4处于导通的情况下（即控制信号为第一电平时），半导体开关K的第一端被第四开关管Q4下拉到半导体开关K的第三端，半导体开关K处于断开状态。

在第四开关管Q4处于断开的情况下（即控制信号为第二电平时），半导体开关K的第一端通过电阻R8连接到电阻R4的第一端（电阻R4与第一电容C1并联，即第一电容C1的第一端)，半导体开关K的第三端连接到电阻R4的第二端，第一电容C1向半导体开关K供电，半导体开关K处于导通状态。以稳压管ZD1为15V为例，第二二极管D2的第二端的电压15V经过电阻R8连接到半导体开关K的第一端，半导体开关K的第三端连接到电阻R4的第二端，半导体开关K的第三端为-15V，因此，半导体开关K实现15V的驱动电压，即为第一电容C1上的直流电。

可选的，泄放模块30还可以包括第三二极管D3，第三二极管D3的设置方式可参见图3所示，对开关管驱动电路起保护作用。

需要说明的是，由于第一电容C1的瞬时输出能力可以很大，只需要调整第三二极管D3、电阻R8以及第二开关管Q2的参数，即可得到很大的瞬时驱动能力，以使得半导体开关K的瞬时驱动能力增大，减小驱动上升延时间，进而减小半导体开关K的损耗。

本申请实施例中的开关管驱动电路主要依据的原理是采用电压信号控制电流器件。可选的，第一开关管Q1和第三开关管Q3可以采用的金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor ，MOS）例如，2N7002的MOS管，而功率驱动部分第二开关管Q2、第四开关管Q4和第五开关管Q5可以采用三极管，例如，ONSS1C201MZ4T1G，用电压信号控制方法可以大大降低驱动功耗。

需进一步说明的是，本申请提供的开关管驱动电路适用于驱动高频切换的开关管，例如可以是BUCK电路中的开关管，也可以是全桥电路中上桥臂的开关管等。

在本实施例中，提供一种储能电源，储能电源包括上述任一项实施例提供的开关管驱动电路，使得储能电源的设计更加简单。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种开关管驱动电路，其特征在于，所述开关管驱动电路包括切换模块、储能模块和泄放模块；所述切换模块分别与所述储能模块及所述泄放模块连接，所述储能模块与所述泄放模块连接，所述储能模块还用于连接输入电源，所述泄放模块还用于驱动半导体开关，其中，所述半导体开关还与所述输入电源连接；所述切换模块包括相互连接的第一开关单元、第二开关单元及第三开关单元，所述第二开关单元与所述储能模块连接，所述第三开关单元与所述泄放模块连接；所述第三开关单元包括控制子单元和第二开关管，所述储能模块包括第一储能单元，所述第一储能单元包括第一电容以及与所述第一电容并联的电阻R3，所述泄放模块包括电阻R4；所述第一电容的第一端以及所述电阻R3的第一端通过所述控制子单元与所述第二开关管的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第二开关管的第二端以及所述电阻R3的第二端连接，所述第二开关管的第三端通过所述电阻R4与所述第一电容的第一端连接；

所述第一开关单元，用于接收信号源输出的控制信号，在所述控制信号处于第一电平时导通，以驱动所述第二开关单元导通及所述第三开关单元断开，使所述输入电源通过所述第二开关单元为所述储能模块充电，并控制所述泄放模块处于导通状态，以使所述半导体开关处于断开状态；以及，

在所述控制信号处于第二电平时断开，以驱动所述第二开关单元断开及所述第三开关单元导通，以使所述储能模块通过所述第三开关单元控制所述泄放模块处于断开状态，并控制所述储能模块存储的电能通过所述第三开关单元为所述半导体开关供电，以使所述半导体开关处于导通状态。

2.根据权利要求1所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述泄放模块用于在处于导通状态时，将所述半导体开关的结电容存储电能进行泄放，以控制所述半导体开关处于断开状态，其中，所述半导体开关为金氧半场效晶体管MOS管或者绝缘栅双极型晶体管IGBT管。

3.根据权利要求1所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关管、电阻R1和电阻R2，

所述第一开关管的第一端通过所述电阻R1与所述信号源连接，以及通过所述电阻R2与所述第一开关管的第二端连接，所述第一开关管的第二端接地；

所述第一开关管的第三端与所述第二开关单元以及所述第三开关单元连接。

4.根据权利要求1所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述储能模块还包括第二储能单元，所述第一储能单元和所述第二储能单元串联在所述输入电源与所述第二开关单元之间。

5.根据权利要求1所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述控制子单元包括电阻R5、电阻R6、电阻R7和第三开关管，

所述电阻R5的第一端与所述电阻R6的第一端以及所述第一电容的第一端连接，所述电阻R5的第二端与所述电阻R7的第一端以及所述第三开关管的第一端连接；

所述电阻R7的第二端与所述第三开关管的第二端以及所述第二开关管的第一端连接；

所述电阻R6的第二端与所述第三开关管的第三端连接。

6.根据权利要求5所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述泄放模块还包括第四开关管，

所述第四开关管的第一端与所述电阻R4的第一端与以及所述第一电容的第一端连接，所述第四开关管的第二端与所述半导体开关的第一端连接，所述半导体开关的第二端与所述输入电源连接；

所述第四开关管的第三端与所述电阻R4的第二端以及所述半导体开关的第三端连接。

7.根据权利要求6所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述泄放模块还包括电阻R8和电阻R9，

所述电阻R8的第一端与所述第四开关管的第一端连接，所述电阻R8的第二端与所述电阻R9的第一端、所述半导体开关的第一端连接，所述电阻R9的第二端与所述第四开关管的第三端以及所述半导体开关的第三端连接。

8.一种储能电源，其特征在于，所述储能电源包括如权利要求1-7任一项所述的开关管驱动电路。