CN201893706U - 一种不对称半桥磁耦合驱动电路 - Google Patents

一种不对称半桥磁耦合驱动电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种用于占空比变化范围较大场合的不对称半桥磁耦合驱动电路，由NPN型三极管和PNP型三极管集电极相连组成图腾柱输出，NPN型三极管和NPN型三极管的两端分别反并联两个相同续流二极管，图腾柱输出连接一个原边隔直电容正极端，原边隔直电容另一端连接高频隔离变压器原边，高频隔离变压器副边连接一个副边电容，副边电容正极端连接栅极输入电阻，栅极输入电阻的两端并联二极管，稳压二极管一端连接于副边电容和栅极输入电阻之间，另一端连接功率MOSFET管源极，在MOSFET管栅极和源极间连接保护电阻。输出驱动电压保持不变，不随输入信号占空比的变化而变化，结构简单，成本低廉。

Description

一种不对称半桥磁耦合驱动电路
技术领域
本实用新型属于一种驱动功率开关管的电子电路，用于占空比变化范围较大的场合。
背景技术
目前，常用的电路驱动芯片的价格较高，在不同的特殊应用场合存在一定的局限性。传统的磁耦合MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）驱动电路包括两个三极管、一个隔直电容、一个变压器、一个栅极输入电阻和一个稳压管，两个三极管组成图腾柱输出，经过隔直电容连接到变压器原边，变压器副边经过一个栅极输入电阻连接到MOSFET管的栅极，MOSFET管的栅极和源极之间接一个稳压二极管。这种传统的磁耦合驱动电路，一定条件时起到升压的作用，且占空比变化时，驱动的关断能力不受影响，但是其缺陷是：输出脉冲电压幅值会随着占空比的变化而变化，当占空比较小时，负向电压小，电路的抗干扰能力变差，正向电压较高，此时应使其幅值不超过MOSFET栅极的允许电压；当占空比大于0.5时，驱动电压正向电压小于其负向电压，此时应使其负电压值不超过MOSFET栅极的允许电压；所以传统的磁耦合驱动电路只适用于占空比固定或变化不大的场合，不适用于占空比变化范围较大的场合，例如太阳能电池最大功率跟踪电路等。
发明内容
针对传统的磁耦合驱动电路只适用于占空比固定或变化不大的场合的不足，本实用新型提出一种带高频变压器隔离的不对称半桥磁耦合驱动电路，能适用于占空比变化范围较大的场合。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：NPN型三极管集电极接正电源、其发射极和PNP型三极管集电极相连，组成图腾柱输出， NPN型三极管和NPN型三极管的两端分别反并联两个相同续流二极管，图腾柱输出连接一个原边隔直电容正极端，原边隔直电容另一端连接高频隔离变压器原边，高频隔离变压器副边连接一个副边电容，副边电容正极端连接栅极输入电阻，栅极输入电阻连接功率MOSFET管栅极，栅极输入电阻的两端并联二极管，稳压二极管一端连接于副边电容和栅极输入电阻之间，另一端连接功率MOSFET管源极，在MOSFET管栅极和源极间连接保护电阻。
本实用新型的有益效果是：输出驱动电压保持不变，不随输入信号占空比的变化而变化，对太阳能电池最大功率跟踪电路等占空比变化范围较大的场合有很好的驱动效果，结构简单，成本低廉。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明；
图1是本实用新型的电路原理图；
图2是图1中高频隔离变压器T的铁芯处于交变磁化时磁通的波形；
图3是图1中的实验结果波形；
图1中：Vg.电源；Tr1.NPN型三极管；Tr2.PNP型三极管；D1、D2.续流二极管；C1.原边隔直电容；T.高频隔离变压器；C2.副边电容；D3.稳压二极管；D4.二极管；R1.栅极输入电阻；R2.保护电阻；Q.功率MOSFET管；
图2中：D为占空比；T为开关周期；DT为导通时间；Vin为输入脉冲电压幅值；S+为正向导通时间内的伏秒面积；S-为反向导通时间内的伏秒面积；Φm为磁通；
图3中：Vg为驱动电路的输入PWM波形，VGS为驱动电路的输出驱动波形，图3（a）中驱动电路的占空比为0.2，图3（b）中驱动电路的占空比为0.8。
具体实施方式
参见图1中，NPN型三极管Tr1的集电极接正电源Vg，NPN型三极管Tr1的发射极和PNP型三极管Tr2的集电极相连，组成图腾柱输出，对输入电流起到放大作用，用来匹配电压，提高驱动能力。在组成图腾柱输出的NPN型三极管Tr1和NPN型三极管Tr1的两端分别反并联两个相同的续流二极管D1、D2，在感性负载时起到续流的作用。在图腾柱输出点连接一个原边隔直电容C1的正极端，原边隔直电容C1的另一端与高频隔离变压器T的原边相连，用于阻止直流分量通过，避免高频隔离变压器T直流磁化而饱和，高频隔离变压器T通常为高频、高磁率的磁环或磁罐。在高频隔离变压器T的副边连接一个副边电容C2，副边电容C2的正极端连接栅极输入电阻R1，当变压器的匝数比为1:1时用来复现原边隔直电容C1的电压。栅极输入电阻R1连接功率MOSFET管Q栅极，在栅极输入电阻R1的两端并联二极管D4，给功率MOSFET管Q输入电容提供低阻抗放电通道，加速输入电容放电，从而加速MOSFET管Q的关断。在副边电容C2和栅极输入电阻R1之间连接稳压二极管D3一端，稳压二极管D3的另一端与功率MOSFET管Q源极相连，在正向导通时间内，使得输出正电压振荡尖峰限制在稳压二极管D3两端的电压值，反向导通时间内通过稳压二极管D3给副边电容C2充电。在MOSFET管Q的栅极和源极之间连接保护电阻R2，因为功率MOSFET管Q的栅极和源极之间绝缘性能好，电容量又很小，很小的一点感应电荷就能引起很高的电压，通过保护电阻R2可以放电，防止静电击穿，起到保护作用。
参见图2的高频隔离变压器T的铁芯处于交变磁化时磁通的波形，设PWM信号的占空比为D，开关周期为T,，忽略开关转换过程中的死区时间，当一个开关管的占空比为D，导通时间为DT，则另外一个开关管的占空比为(1- D)，导通时间为(1-D)T，由于高频脉冲变压器的伏秒平衡，平均电压为零，因此电压（输入端PWM信号）的直流分量都加在原边隔直电容C1上，这样加在高频隔离变压器T原副边的电压为不对称的互补交变电压信号，且产生相应的交变磁通。在交变电压作用下，铁芯的磁通Φ正向导通时间从-Φm磁化到+Φm，反向导通时间从+Φm磁化到-Φm，周而复始地沿着整个磁滞回线（四象限）交替磁化，无直流磁化分量。
图3为根据图1所示驱动电路的实验结果波形，主电路功率MOSFET管Q选IRFP250，输入驱动电压为12V，开关频率为200KHZ，高频隔离变压器T的铁芯采用环形磁芯，原边匝数为15匝，副边匝数为18匝，原边隔直电容C1取1.2uF的CBB电容，副边电容C2取1uF的CBB电容。从实验结果波形可以看出，当占空比分别为0.2和0.8时，输出驱动电压基本保持不变，所以输出驱动电压不随输入信号占空比的变化而变化。

Claims (2)

1.一种不对称半桥磁耦合驱动电路，NPN型三极管（Tr1）集电极接正电源（Vg）、其发射极和PNP型三极管（Tr2）集电极相连，组成图腾柱输出，其特征是：NPN型三极管（Tr1）和NPN型三极管（Tr1）的两端分别反并联两个相同续流二极管（D1、D2），图腾柱输出连接一个原边隔直电容（C1）正极端，原边隔直电容（C1）另一端连接高频隔离变压器（T）原边，高频隔离变压器（T）副边连接一个副边电容（C2），副边电容（C2）正极端连接栅极输入电阻（R1），栅极输入电阻（R1）连接功率MOSFET管（Q）栅极，栅极输入电阻（R1）的两端并联二极管（D4），稳压二极管（D3）一端连接于副边电容（C2）和栅极输入电阻（R1）之间，另一端连接功率MOSFET管（Q）源极，在MOSFET管（Q）栅极和源极间连接保护电阻（R2）。
2.根据权利要求1所述的一种不对称半桥磁耦合驱动电路，其特征是：高频隔离变压器（T）是磁环或磁罐。
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CN101997420A (zh) * 2010-11-11 2011-03-30 江苏大学 一种不对称半桥磁耦合驱动电路
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