CN201742315U - 一种电桥驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属驱动电路技术领域，涉及锂电池组能量管理系统的电能转移电桥的驱动电路。所述一种电桥驱动电路包括脉冲变压器T1、输入耦合电容C1、第一被驱动开关器件Q3和第二被驱动开关器件Q4，其中，所述脉冲变压器T1具有相互隔离的输入绕组X1、第一输出绕组X2和第二输出绕组X3；所述输入绕组X1与输入耦合电容C1连接，两个输出绕组分别通过与之连接的驱动二极管和放电三极管，直接驱动第一被驱动开关器件Q3和第二被驱动开关器件Q4。本实用新型提供的电桥驱动电路，利用脉冲变压器和耦合电容将一个输入PWM信号直接转换成电桥开关器件驱动所需的两个隔离同步的PWM信号，同时避免使用DC/DC隔离电源和数字信号隔离电路，结构简单成本低，系统可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型属驱动电路技术领域，涉及一种电桥驱动电路，尤其涉及锂电池组能量管理系统的电能转移电桥的驱动电路。
背景技术
随着大容量密度、高功率密度蓄电池的应用越来越普遍，电池组的均衡技术成为电池管理系统的主要任务。目前应用最多的铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池都存在单元电池之间的不一致现象。由于生产过程的差异，使用过程的性能变化和其他一些因素，这种差异无法完全消除。当电池组应用于像电动车辆等需要频繁充放电循环的场合时，为了得到足够的系统电压，需要通过电池组的串联提高供电电压。串联连接的电池单元的不均衡会降低整个电池组的有效容量，放电时只能放到容量最小的电池单元的下限，否则容量最小的电池单元会出现极性反转。串联充电时，电池组中单元容量最小的电池首先充满。如果此时停止充电，则整个电池组无法充满，电池组的容量不能得到有效利用。如果继续充电至所有电池单元的电池的荷电状态(SOC)至100％，则部分电池单元会出现过充。铅酸蓄电池虽然可以允许一定范围的过充，但必然产生能量浪费，降低充电效率。锂离子电池不允许过充，因此电池组的均衡更为重要。
目前，串联蓄电池组的均衡主要分为能耗法和非能耗法。能耗法是将电量高的电池单元的电量通过电阻转换成热量消耗掉，达到电池组均衡的目的。这种方法结构简单、成本低，在小容量、低功率的场合应用较多。但由于其工作原理的限制，无法满足大容量电池组的均衡，均衡时产生大量的热量同时，会降低电池组的充电效率。非能耗式均衡的种类较多，其工作原理是将电量多的电池单元的电荷转移到电量低的单元或电池组的直流母线上。由于大容量串联电池组的电路设计要求，电池组的串联电路关系一般不能改变，因此每一个电池单元的正负极电压与电池组的直流母线电压之间不能隔离。中国专利申请号为200910051896.5，名称为一种直流升压电路，以及申请号为200910051895.0名称为一种直流降压电路的发明专利申请，提出了两种用于大容量串联电池组单体电池能量转移的直流变换电路。这两种电路具有结构简单，效率高，成本低，模块能够独立工作的优点，可以实现大容量串联电池组的高效、可靠、低成本的均衡管理。这两种电路都包含一种开关器件Q3、电感L1、开关器件Q4三者串联的电桥，这种电桥要求驱动电路能够对两个开关器件进行严格的同步通断控制。由于这种电桥在两个开关器件中间串联了一个电感L1，因此现有的采用二极管和储能电容的电荷泵的半桥驱动电路不能满足这种电桥的驱动电源要求。如果采用两个隔离的直流电源分别给上下开关器件供电，则系统成本很高，结构复杂，可靠性也低。
因此有必要提供一种新型的驱动电路，能够提供两路隔离同步的PWM信号输出以满足电动车辆大容量电池组管理电路的成本低，可靠性高的要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电桥驱动电路，无需DC/DC隔离电源，可以通过一路PWM信号提供两路隔离同步的PWM信号输出，且可靠性高、结构简单、成本低。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种电桥驱动电路，包括脉冲变压器T1、输入耦合电容C1、第一被驱动开关器件Q3和第二被驱动开关器件Q4，其特征在于，所述脉冲变压器T1具有相互隔离的输入绕组X1、第一输出绕组X2和第二输出绕组X3；所述输入绕组X1的一端与输入耦合电容C1的一端连接，另一端与输入信号的负极连接；输入耦合电容C1的另一端与输入信号的正极连接；
所述第一输出绕组X2的一端与第一输出耦合电容C2的一端连接，另一端与第一放电三极管Q1的集电极连接；第一输出耦合电容C2的另一端与第一放电三极管Q1的基极和第一驱动二极管D1的阳极连接；第一驱动二极管D1的阴极与第一放电三极管Q1的发射极连接；第一放电三极管Q1的发射极与第一被驱动开关器件Q3的门极连接，第一放电三极管Q1的集电极与第一被驱动开关器件Q3的输出端连接；
所述第二输出绕组X3的一端与第二输出耦合电容C3的一端连接，另一端与第二放电三极管Q2的集电极连接；第二输出耦合电容C3的另一端与第二放电三极管Q2的基极和第二驱动二极管D2的阳极连接；第二驱动二极管D2的阴极与第二放电三极管Q2的发射极连接；第二放电三极管Q2的发射极与第二被驱动开关器件Q4的门极连接，第二放电三极管Q2的集电极与第二被驱动开关器件Q4的输出端连接。
上述的电桥驱动电路，其中，所述第一放电三极管Q1和第二放电三极管Q2为PNP型三极管。
上述的电桥驱动电路，其中，所述第一被驱动开关器件Q3和第二被驱动开关器件Q4通过电感L1相串联。
本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的电桥驱动电路，利用脉冲变压器和耦合电容将一个输入PWM信号直接转换成新型电桥开关器件驱动所需的两个隔离同步的PWM信号。输入信号的有效占空比范围宽，同时避免了使用复杂昂贵的DC/DC隔离电源和数字信号隔离电路，有效降低了驱动电路的成本，提高了系统可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
图1为本实用新型电桥驱动电路图。
具体实施方式
请参见图1，本实用新型提供的电桥驱动电路包括，脉冲变压器T1、输入耦合电容C1、第一被驱动开关器件Q3和第二被驱动开关器件Q4，其特征在于，所述脉冲变压器T1具有相互隔离的输入绕组X1、第一输出绕组X2和第二输出绕组X3；所述输入绕组X1的一端与输入耦合电容C1的一端连接，另一端与输入信号的负极连接；输入耦合电容C1的另一端与输入信号的正极连接；
所述第一输出绕组X2的一端与第一输出耦合电容C2的一端连接，另一端与第一放电三极管Q1的集电极连接；第一输出耦合电容C2的另一端与第一放电三极管Q1的基极和第一驱动二极管D1的阳极连接；第一驱动二极管D1的阴极与第一放电三极管Q1的发射极连接；第一放电三极管Q1的发射极与第一被驱动开关器件Q3的门极连接，第一放电三极管Q1的集电极与第一被驱动开关器件Q3的输出端连接；
所述第二输出绕组X3的一端与第二输出耦合电容C3的一端连接，另一端与第二放电三极管Q2的集电极连接；第二输出耦合电容C3的另一端与第二放电三极管Q2的基极和第二驱动二极管D2的阳极连接；第二驱动二极管D2的阴极与第二放电三极管Q2的发射极连接；第二放电三极管Q2的发射极与第二被驱动开关器件Q4的门极连接，第二放电三极管Q2的集电极与第二被驱动开关器件Q4的输出端连接。
上述的电桥驱动电路，其中，所述第一放电三极管Q1和第二放电三极管Q2为PNP型三极管。
上述的电桥驱动电路，其中，所述第一被驱动开关器件Q3和第二被驱动开关器件Q4通过电感L1相串联。
本实用新型提供的电桥驱动电路，具体工作原理如下：
脉冲变压器T1包含三组相互隔离的绕组X1、X2、X3，其中X1为输入绕组，X2和X3分别为第一输出绕组和第二输出绕组。输入PWM信号经过输入耦合电容C1的电压偏移效应，转换成脉冲变压器T1需要的交变信号。这个输入交变信号通过脉冲变压器的电磁耦合效应在两个输出绕组X2、X3上产生两个隔离并且同步的交变信号。两个输出交变信号分别通过与之连接的耦合电容C2、C3将交变信号还原成与输入PWM信号性质相同的PWM信号。当输出PWM信号为高电平时，驱动二极管D1、D2为正向导通，两路驱动电压通过各自的驱动二极管分别直接驱动对应的开关器件导通。当输出PWM信号为低电平时，驱动二极管D1、D2为反向截止，这时，放电三极管Q1和Q2的基极电压低于各自的发射极电压，PNP型放电三极管Q1和Q2导通，迅速拉低开关器件Q3和Q4的门极电压，从而快速关断开关器件Q3和Q4。通过以上的工作过程，系统前端的控制电路可以通过一个输入PWM信号，任意控制后端电桥的两个开关器件同步的导通和截止，并且两个输出的PWM信号在性质上相互电气隔离，从而提供两路隔离同步的PWM信号输出，且可靠性高、结构简单、成本低。
综上所述，本实用新型利用脉冲变压器和耦合电容将一个输入PWM信号直接转换成新型电桥开关器件驱动所需的两个隔离同步的PWM信号。输入信号的有效占空比范围宽，同时避免了使用复杂昂贵的DC/DC隔离电源和数字信号隔离电路，有效降低了驱动电路的成本，提高了系统可靠性。此外，本实用新型在驱动电路后端采用两个驱动二极管和两个PNP型放电三极管，明显提高了被控开关器件的关断速度，降低了开关器件的关断损失，提高了整个系统的电能转移效率。
Claims (3)
1.一种电桥驱动电路，包括脉冲变压器T1、输入耦合电容C1、第一被驱动开关器件Q3和第二被驱动开关器件Q4，其特征在于，所述脉冲变压器T1具有相互隔离的输入绕组X1、第一输出绕组X2和第二输出绕组X3；所述输入绕组X1的一端与输入耦合电容C1的一端连接，另一端与输入信号的负极连接；输入耦合电容C1的另一端与输入信号的正极连接；
所述第一输出绕组X2的一端与第一输出耦合电容C2的一端连接，另一端与第一放电三极管Q1的集电极连接；第一输出耦合电容C2的另一端与第一放电三极管Q1的基极和第一驱动二极管D1的阳极连接；第一驱动二极管D1的阴极与第一放电三极管Q1的发射极连接；第一放电三极管Q1的发射极与第一被驱动开关器件Q3的门极连接，第一放电三极管Q1的集电极与第一被驱动开关器件Q3的输出端连接；
所述第二输出绕组X3的一端与第二输出耦合电容C3的一端连接，另一端与第二放电三极管Q2的集电极连接；第二输出耦合电容C3的另一端与第二放电三极管Q2的基极和第二驱动二极管D2的阳极连接；第二驱动二极管D2的阴极与第二放电三极管Q2的发射极连接；第二放电三极管Q2的发射极与第二被驱动开关器件Q4的门极连接，第二放电三极管Q2的集电极与第二被驱动开关器件Q4的输出端连接。
2.如权利要求1所述的电桥驱动电路，其特征在于，所述第一被驱动开关器件Q3和第二被驱动开关器件Q4通过电感L1相串联。
3.如权利要求1所述的电桥驱动电路，其特征在于，所述第一放电三极管Q1和第二放电三极管Q2为PNP型三极管。
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