CN1276572C - 开关电源的驱动控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种开关电源驱动控制电路，其不仅能实现驱动信号的光电隔离转换，还可进行实时的过载保护，该电路主要包括低压控制电路、驱动供电电路、光电隔离电平转换电路、驱动整形电路、过流检测电路以及驱动放大电路等功能电路，并可根据需要在光电隔离电平转换电路与驱动整形电路之间加入一个死区控制电路。本发明不仅可用于普通的开关电源的驱动控制，当采用两个驱动控制电路并联使用时，通过光电隔离电平转换电路的不同连接方式，及死区控制电路的编程死区调节，产生双路互补带死区的驱动控制信号，还可用于有源钳位、半桥谐振等拓扑结构的谐振电源的控制和驱动，应用场所十分广泛，且具有体积较小、工艺简单、性能可靠等优点。
Description
技术领域 本发明属于开关电源控制领域，尤其涉及一种开关电源的驱动和控制电路。
背景技术 随着电子工业的不断地发展，电子设备对电源的要求也越来越高，要满足大功率、高效率、小体积等要求，因此出现了半桥、全桥、双管正激以及谐振式拓扑结构的开关电源，而这些开关电源都带有这样的功率开关管：其驱动电压的参考点与低压控制电路的地电位之间存在较高电压。所以这些开关电源的的上端功率开关的驱动，不能像单端反激式或推挽式那样，可以由地电平为参考点的低压控制芯片输出直接驱动。
现有的对这种电源上端功率开关的驱动，常采用变压器耦合驱动、集成电平转移驱动芯片驱动、分离器件组成的电平转移驱动电路等驱动方式。但这些驱动方式往往存在如下问题：变压器耦合驱动的体积较大、工艺复杂，不能直接用于需要大的占空比的驱动；集成电平转移驱动芯片和分离器件组成的电平转移驱动电路，前者的成本较高，后者的体积较大，且这两者都没有电性能的隔离，一旦发生高压串扰或其他故障，极有可能造成功率转换部分的高压串到低压控制部分，造成连带控制电路部分的大面积器件被烧。
而对于某些需要双路带死区的互补驱动输出信号的谐振电源，如有源钳位、半桥谐振式等开关电源，因其控制电路较复杂，目前使用的专门控制芯片成本也较高。
发明内容 本发明的主要目的是提供一种工艺简单的开关电源的驱动控制电路，其不仅能实现驱动信号的光电隔离转换，还可以进行实时的过载保护。
为实现上述目的，本发明主要包括低压控制电路1、驱动供电电路2、光电隔离电平转换电路3、驱动整形电路4、过流检测电路5、以及驱动放大电路6等功能电路。低压控制电路1产生低压端控制信号T1，其输出与光电隔离电平转换电路3相连；驱动供电电路2是与低压控制电路1供电的电源V1相隔离的电压源；光电隔离电平转换电路3转换出与低压控制电路1输出信号相隔离的控制信号，其输出经与驱动整形电路4相连；驱动整形电路4对光电隔离电平转换电路3的输出信号进行波形整形，其输出与驱动放大电路6相连；过流检测电路5起过载保护作用，其输入端与开关电源的功率开关7相连，输出端与驱动整形电路4相连；驱动放大电路6的输出与开关电源的功率开关7的控制板相连，产生高压端隔离驱动信号T2。
当采用上述方式后，低压控制电路1产生低压端控制信号T1去驱动光电隔离电平转换电路3，再由光电隔离电平转换电路3转换出与低压控制电路1输出信号T1相隔离的控制信号，该控制信号经驱动放大电路6后，得到对开关电源的功率开关7具有一定驱动能力的驱动控制信号T2。当电路过载时，过流检测电路5检测到过流信号，该驱动信号T2将被禁止，从而起到过载保护作用。
在实现本发明的主要目的的前提下，本发明还可进行可编程的死区控制。通过在光电隔离电平转换电路3与驱动整形电路4间加入一个死区控制电路8，可对光电隔离电平转换电路3的输出信号进行控制，最终输出带死区的驱动控制信号T2，可用于有源钳位、半桥谐振等拓扑结构的谐振电源的控制和驱动。
总之，本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、体积较小：本发明中由于光耦及其他相关电路所用到器件的体积均较小，因此整个驱动控制电路体积较小；
2、工艺简单：本发明均采用通用的电路结构进行组合，加工工艺简单；
3、性能可靠：本发明的低压控制电路与驱动供电电路分别供电，能有效实现电性能的可靠隔离，防止高压串扰；
4、应用广泛：本发明不仅可用于普通的开关电源的驱动控制，当采用两个驱动控制电路并联使用时，通过光电隔离电平转换电路的不同连接方式，及死区控制电路的死区调节，可产生双路互补带死区的驱动控制信号，使其应用场所更为广泛。
附图说明 下面结合附图及实施例对本发明作进一步的阐述。
图1是本发明的示意方框图；
图2是本发明在单路独立驱动控制时的实施例1电路结构图；
图3是本发明在双路独立驱动控制时的实施例2电路结构图；
图4是本发明在双路独立互补驱动控制时的实施例3电路结构图；
图5是实施例3的关键点电压波形示意图。
具体实施例 请参考阅图1、图2所示，本发明由低压控制电路1、驱动供电电路2、光电隔离电平转换电路3、死区控制电路8、驱动整形电路4、过流检测电路5、以及驱动放大电路6等功能电路组成。
低压控制电路1由电源V1供电，其产生低压端控制信号T1给光电隔离电平转换电路3。
驱动供电电路2由驱动电源V2、整流二极管D1和滤波电容C1组成，驱动电源V2是外部所提供的与低压控制电路1的电源V1相隔离的电压源；当驱动供电为非隔离状态时，即低压控制电路1与开关电源的功率开关7电路之间无需隔离时，驱动电源V2也可直接用电源V1供给，则整流二极管D1与滤波电容C1组成自举供电电路。
光电隔离电平转换电路3由光电耦合器P1和电阻R1组成，电阻R1一端与驱动供电电路2相连，另一端与光电耦合器P1的受光部分的集电极相连，则输出点11的电压波形响应为与低压端控制信号T1的电压波形相反相位；如需二者的波形响应为相同相位，则可将电阻R1采用一端与负载9输入端点10同电位处相连，另一端与光电耦合器P1的受光部分的发射极相连。
死区控制电路8由加速二极管D2、第一限流电阻R2和充放电电容C2组成。充放电电容C2连接在驱动整形电路4的输入端和负载9输入端点10同电位处之间，加速二极管D2与第一限流电阻R2反并联，即加速二极管D2的正极接驱动整形电路4的输入点12，负极接光电隔离电平转换电路3的输出点11，这样当光电隔离电平转换电路3的输出点11的电压从高变到低时，电流通过加速二极管D2直接给充放电电容C2快速放电，驱动整形电路4的输入点12的电压迅速下降，光电隔离电平转换电路3的输出点11与驱动整形电路4的输入点12的电压下降斜率同步；当光电隔离电平转换电路3的输出点11的电压由低变到高时，充放电电容C2经第一限流电阻R2充电，充电时间受第一限流电阻R2和充放电电容C2值控制。这时的驱动整形电路4的输入点12的电压为缓慢上升直到与光电隔离电平转换电路3的输出点11同电位为止，驱动整形电路4的输入点12和光电隔离电平转换电路3的输出点11的电压在同一时间点开始上升，但下降沿比光电隔离电平转换电路3的输出点11慢。当需要在光电隔离电平转换电路3的输出点11的电压从高到低时，驱动整形电路4的输入点12的电压缓慢下降，而在光电隔离电平转换电路3的输出点11的电压从低到高时，驱动整形电路4的输入点12的电压迅速上升的关系，那加速二极管D2要与第一限流电阻R2正并联，即负极接与驱动整形电路4的输入点12，正极接与光电隔离电平转换电路3的输出点11。
驱动整形电路4为施密特触发器IC1，也可为非门施密特触发器或其它带有施密特触发器的器件，用于对输入点12的脉冲波形进行整形，在施密特触发器IC1的脚14输出整形后的上下降沿斜率很陡的脉冲波形。施密特触发器IC1的脚13接与反向隔离二极管D3的负端，脚14接与NPN三极管Q1、PNP三极管Q2的基极。当输入点12的电压高于施密特触发器IC1的上触发门槛电压时，这时在正常非保护状态下施密特触发器IC1的脚14输出为高电平，所以施密特触发器IC1的脚14电位由高到低跳变，斜率很陡。当输入点12的电压低于施密特触发器IC1的下触发门槛电压时，施密特触发器IC1的脚14电位由低到高跳变，斜率很陡。
过流检测电路5由第二限流电阻R3、检测电阻R4、反向隔离二极管D3、稳压二极管D4和比较器IC2组成。检测电阻R4用于将流过开关电源的功率开关7的电流信号转换为电压信号，输入到比较器IC2的正输入端；反向隔离二极管D3的正极与比较器IC2输出端相连，负极与驱动整形电路4的输入端相连，稳压二极管D4的负极与比较器IC2的负输入端相接，正极与负载9输入点10同电位处相连，第二限流电阻R3和稳压二极管D4产生一个稳定的基准电压用于跟检测电阻R4上的电压信号相比较，检测电阻R4也可用电流检测变压器来实现。当流过功率开关7的电流超过保护设定点时，即检测点16的电压高于比较器IC2的负输入端电压，比较器IC2输出高电平，通过反向隔离二极管D3把输入点12的电压拉高，施密特触发器IC1输出低电平，高压点15变为低电平，功率开关7关断，起到保护作用。
驱动放大电路6由NPN三极管Q1和PNP三极管Q2组成，产生图腾柱方式的高压端驱动输出信号T2。NPN三极管Q1的基极和PNP三极管Q2的基极相连，然后与施密特触发器IC1的脚14相连，NPN三极管Q1的集电极与驱动供电电路2的正极相连，PNP三极管Q2的集电极与负载9输入点10同电位处相连，NPN三极管Q1的发射极和PNP三极管Q2的发射极相连后，与开关电源的功率开关7的控制极相连，高压点15输出与施密特触发器IC1的脚14脉冲波形同相位的脉冲波形。
又请参阅图3所示，该实施例采用两个该驱动控制电路独立地并联去响应低压端控制信号T11和T12。这种驱动控制组合应用于每一路信号单独驱动的半桥或全桥开关电源。T11和T12两个驱动信号单独经两驱动控制电路后，分别产生高压点151、152的高压隔离驱动信号T21、T22。该结构当T11到T21，以及T12到T22之间无需死区延时时，可省去死区控制电路8。
又请参阅图4、图5所示，该实施例应用于谐振电源的驱动控制中，由低压端控制信号T11经驱动控制电路后产生高压点153、154处带死区的双路互补驱动脉冲信号T23、T24。如图5所示，低压端控制信号T11经两个互为反相的光电隔离电平转换电路33、34后，产生输出点111、112处互为互补的脉冲信号；通过死区控制电路8，在输入点121、122处产生带有一定斜率的脉冲波形，然后再经过施密特触发器IC1整形后，产生高压点153、154处带有一定死区延时的互为互补关系的脉冲驱动输出，用于驱动谐振电源中的两谐振功率开关。如图5所示，死区时间TD1和TD2用于谐振电源中功率开关“开与关”之间的过渡，即在这个过度时间里产生零电压或零电流开关过程。
Claims (7)
1、一种开关电源的驱动控制电路，包括低压控制电路(1)，其特征在于：其还包括以下功能电路：驱动供电电路(2)、光电隔离电平转换电路(3)、驱动整形电路(4)、过流检测电路(5)以及驱动放大电路(6)；低压控制电路(1)产生低压端控制信号(T1)，其输出与光电隔离电平转换电路(3)相连；驱动供电电路(2)是与向低压控制电路(1)供电的电源(V1)相隔离的电压源；光电隔离电平转换电路(3)转换出与低压控制电路(1)输出信号相隔离的控制信号，其输出与驱动整形电路(4)相连；驱动整形电路(4)对光电隔离电平转换电路(3)的输出信号进行波形整形，其输出与驱动放大电路(6)相连；过流检测电路(5)起过载保护作用，其输入端与开关电源的功率开关(7)相连，输出端与驱动整形电路(4)相连；驱动放大电路(6)的输出与开关电源的功率开关(7)相连，产生高压端隔离驱动信号(T2)。
2、如权利要求1所述的开关电源的驱动控制电路，其特征在于：
驱动供电电路(2)由驱动电源(V2)、整流二极管(D1)和滤波电容(C1)组成，驱动电源(V2)是外部所提供的与低压控制电路(1)的电源(V1)相隔离的电压源；
光电隔离电平转换电路(3)由光电耦合器(P1)和电阻(R1)组成，电阻(R1)一端与驱动供电电路(2)相连，另一端与光电耦合器(P1)受光部分的集电极相连，光电隔离电平转换电路(3)的输出信号波形与输入信号波形相位相反，或者电阻(R1)一端与负载(9)输入点(10)同电位处相连，另一端与光电耦合器(P1)的受光部分的发射极相连，光电隔离电平转换电路(3)的输出信号波形与输入信号波形相位相同；
驱动整形电路(4)为带有施密特触发器(IC1)的器件，过流检测电路(5)由第二限流电阻(R3)、电流传感器(R4)、反向隔离二极管(D3)、稳压二极管(D4)和比较器(IC2)组成，反向隔离二极管(D3)的正极与比较器(IC2)输出端相连，负极与驱动整形电路(4)的输入端相连，稳压二极管(D4)的负极与比较器(IC2)的负输入端相接，正极与负载(9)输入点(10)同电位处相连，第二限流电阻(R3)和稳压二极管(D4)产生一个稳定的基准电压用于跟电流传感器(R4)的电压信号相比较，电流传感器(R4)为检测电阻或者检测变压器；
驱动放大电路(6)由NPN三极管(Q1)和PNP三极管(Q2)组成，产生图腾柱方式的高压端驱动输出信号(T2)，NPN三极管(Q1)的集电极与驱动供电电路(2)的正极相连，PNP三极管(Q2)的集电极与负载(9)输入点(10)同电位处相连，NPN三极管(Q1)的基极和PNP三极管(Q2)的基极相连，然后与驱动整形电路(4)的输出端相连，NPN三极管(Q1)的发射极和PNP三极管(Q2)的发射极相连，然后与开关电源的功率开关(7)的控制极相连。
3、如权利要求1或2所述的开关电源的驱动控制电路，其特征在于：在光电隔离电平转换电路(3)与驱动整形电路(4)之间有一个死区控制电路(8)。
4、如权利要求3所述的开关电源的驱动控制电路，其特征在于：该死区控制电路(8)由加速二极管(D2)、第一限流电阻(R2)和充放电电容(C2)组成，充放电电容(C2)连接在驱动整形电路(4)的输入端和负载(9)输入端点(10)同电位处之间，加速二极管(D2)与第二限流电阻(R2)正并联，即加速二极管(D2)的正极与光电隔离电平转换电路(3)的输出相连，负极与驱动整形电路(4)的输入端相连，或者加速二极管(D2)与第二限流电阻(R2)反并联，即加速二极管(D2)的正极与驱动整形电路(4)的输入端相连，负极与光电隔离电平转换电路(3)的输出端相连。
5、如权利要求1或2所述的开关电源的驱动控制电路，其特征在于：采用两个所述的开关电源的驱动控制电路独立地并联，去响应低压控制电路(1)输出的相同或不同低压端控制信号，产生双路独立的高压端隔离驱动信号。
6、如权利要求3所述的开关电源的驱动控制电路，其特征在于：采用两个所述的开关电源的驱动控制电路独立地并联，去响应低压控制电路(1)输出的相同或不同低压端控制信号，产生双路带死区的独立高压端隔离驱动信号。
7、如权利要求4所述的开关电源的驱动控制电路，其特征在于：采用两个所述的开关电源的驱动控制电路独立地并联，去响应低压控制电路(1)输出的相同或不同低压端控制信号，产生双路带死区的独立高压端隔离驱动信号。
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