CN203251221U - 一种全桥变换器驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种全桥变换器驱动电路，由驱动信号互锁电路、光耦隔离电路、消噪功率放大及泄放电路和供电电源组成；其中，驱动信号互锁电路的信号输出端与光耦隔离电路的信号输入端相连接，光耦隔离电路的信号输出端与消噪功率放大及泄放电路的信号输入端相连接，供电电源分别与驱动信号互锁电路、光耦隔离电路和消噪功率放大及泄放电路相连接并供电；本产品的有益效果有：能有效的防止两路信号干扰形成同臂开关管直通；驱动能力强，能产生最高14A的驱动电流；有效减小了信号延迟，保证了信号的电气隔离。
Description
技术领域
本实用新型属于开关电源领域，具体涉及一种全桥变换器驱动电路。
背景技术
近年来，脉冲频率调制（PFM）及脉宽调制（PWM）方式在DC-DC型电源全桥变换器控制中得到广泛应用。高压输出采样信号经反馈由集成控制芯片输出频率或脉宽可调的MOSFET器件(或IGBT等)驱动信号HIN+、LIN+。集成控制芯片给出的信号通常无法满足驱动能力和隔离要求，这就需要增加电源驱动电路。考虑到减小开关损耗及其他动态特性要求，驱动电路在电路设计和参数选取上就要做很多考量。在高压变换器中，控制系统和主回路之间也需有电气隔离。
目前中小功率的民用产品驱动电路中，多采用变压器隔离的分立器件组成的驱动电路，其体积大，调试复杂。变压器初级的功率放大电路，其放大能力有限，或为了获得较好的放大能力，电路设计变得复杂。该驱动电路通用性差，经常要根据工作频率、脉宽等进行个性化设计，工作量繁杂。因为变压器杂散参数的存在，驱动波形不理想、上升下降沿变差。且对于全桥变换器，两路由电源控保提供的相位相差180度的驱动信号之间或外来信号对其的干扰时有发生，这就会造成开关管的误导通，从而最终导致开关管直通损坏。
实用新型内容
针对中小功率的民用产品驱动电路所存在的上述问题，本实用新型提供一种适用于PFM控制方式的大功率MOSFET管全桥逆变器的驱动电路，它可以工作在100kHz,且具有很强的驱动能力、抗干扰能力好，此外，该产品的结构简单、工作稳定可靠。本实用新型的具体结构如下：
一种全桥变换器驱动电路，由驱动信号互锁电路1、光耦隔离电路2、消噪功率放大及泄放电路3和供电电源7组成；驱动信号互锁电路1的信号输出端与光耦隔离电路2的信号输入端相连接，光耦隔离电路2的信号输出端与消噪功率放大及泄放电路3的信号输入端相连接，供电电源7分别与驱动信号互锁电路1、光耦隔离电路2和消噪功率放大及泄放电路3相连接并供电；其中，
驱动信号互锁电路1包括第一信号互锁模块和第二信号互锁模块，其中，第一信号互锁模块的驱动信号相位与第二信号互锁模块的驱动信号相位相差180度；驱动信号互锁电路1负责将接收到的两路高电平脉冲信号互锁后，产生两路互不干扰的驱动信号，传递至下一级电路；光耦隔离电路2负责将自驱动信号互锁电路1传递来的两路信号分成四路信号，并通过光耦隔离后传递至消噪功率放大及泄放电路3；消噪功率放大及泄放电路3负责将光耦隔离电路2输出的四路信号进行功率放大，同时它也会消除外界的干扰噪声，保证信号传输的准确性，并为负载电容提供放电通路；消噪功率放大及泄放电路3由四个结构相同的消噪放大及泄放子电路组成，即消噪功率放大及泄放电路3由结构相同的第一消噪放大及泄放子电路31、第二消噪放大及泄放子电路32、第三消噪放大及泄放子电路33和第四消噪放大及泄放子电路34分别与光耦隔离电路2的四路输出信号相连。
本实用新型的有益效果如下
1）、本实用新型利用了单稳态触发器和门电路设计了驱动信号互锁电路，能有效的防止两路信号干扰形成同臂开关管直通。当电路受到外来信号干扰时，通过干扰抑制及电容储能泄放电路中三极管电路导通，将栅源极间电压钳位，防止截止的开关管误导通，这也防止了开关管直通；
2）、本实用新型通过电路设计和器件选取，能产生最高14A的驱动电流,驱动能力强。通过参数设计，既获得较短的驱动信号上升下降沿，减小了开关损耗，又使得尖峰电压降低，电压电流变化率小；
3）、本实用新型通过采用高速光耦器件，减小了信号延迟，保证了信号的电气隔离。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是图1中驱动信号互锁电路的电路结构图。
图3是图1中光耦隔离电路的电路结构图。
图4是图1中功率放大模块的电路结构图。
图5是图1中干扰抑制及电容储能泄放模块的电路结构图。
图6是图1中尖峰电压抑制模块的电路结构图。
图7是本产品输入与输出信号的时序图。
图中的序号为：驱动信号互锁电路1、光耦隔离电路2、消噪功率放大及泄放电路3、功率放大模块4、干扰抑制及电容储能泄放模块5、尖峰电压抑制模块6、供电电源7、第一消噪放大及泄放子电路31、第二消噪放大及泄放子电路32、第三消噪放大及泄放子电路33、第四消噪放大及泄放子电路34。
具体实施方式
现结合附图详细说明本实用新型的结构原理。
参见图1，一种全桥变换器驱动电路，由驱动信号互锁电路1、光耦隔离电路2、消噪功率放大及泄放电路3和供电电源7组成；驱动信号互锁电路1的信号输出端与光耦隔离电路2的信号输入端相连接，光耦隔离电路2的信号输出端与消噪功率放大及泄放电路3的信号输入端相连接，供电电源7分别与驱动信号互锁电路1、光耦隔离电路2和消噪功率放大及泄放电路3相连接并供电；其中，驱动信号互锁电路1包括第一信号互锁模块和第二信号互锁模块，其中，第一信号互锁模块的驱动信号相位与第二信号互锁模块的驱动信号相位相差180度；驱动信号互锁电路1负责将接收到的两路高电平脉冲信号互锁后，产生两路互不干扰的驱动信号，传递至下一级电路；光耦隔离电路2负责将自驱动信号互锁电路1传递来的两路信号分成四路信号，并通过光耦隔离后传递至消噪功率放大及泄放电路3；消噪功率放大及泄放电路3负责将光耦隔离电路2输出的四路信号进行功率放大，同时它也会消除外界的干扰噪声，保证信号传输的准确性，并为负载电容提供放电通路；消噪功率放大及泄放电路3由四个结构相同的消噪放大及泄放子电路组成，即消噪功率放大及泄放电路3由结构相同的第一消噪放大及泄放子电路31、第二消噪放大及泄放子电路32、第三消噪放大及泄放子电路33和第四消噪放大及泄放子电路34分别与光耦隔离电路2的四路输出信号相连；消噪功率放大及泄放电路3中的四个相同结构的消噪放大及泄放子电路均由依次串联的功率放大模块4、干扰抑制及电容储能泄放模块5和尖峰电压抑制模块6组成；即第一消噪放大及泄放子电路31由依次串联的功率放大模块4、干扰抑制及电容储能泄放模块5和尖峰电压抑制模块6组成；第二消噪放大及泄放子电路31由依次串联的功率放大模块4、干扰抑制及电容储能泄放模块5和尖峰电压抑制模块6组成；第三消噪放大及泄放子电路33由依次串联的功率放大模块4、干扰抑制及电容储能泄放模块5和尖峰电压抑制模块6组成；第四消噪放大及泄放子电路34由依次串联的功率放大模块4、干扰抑制及电容储能泄放模块5和尖峰电压抑制模块6组成。
参见图2，驱动信号互锁电路1由互锁电路第一单稳态触发器D1、电阻R1、电阻R2、电阻R25、互锁电路第一与门D3、电容C1、互锁电路第二单稳态触发器D2、电阻R3、电阻R4、电阻R26、互锁电路第二与门D4、电容C2组成。
参见图3，光耦隔离电路2由第一光耦V2、第二光耦V4、第三光耦V6 和第四光耦V8、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8 、电阻R9、电阻R10、 电阻R11、电阻R12、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、二极管V1、二极管V3、二极管V5 、二极管V7、光耦电路第一驱动D5、光耦电路第二驱动D6、光耦电路第三驱动D7和光耦电路第四驱动D8组成；通过光耦电路第一驱动D5、光耦电路第二驱动D6、光耦电路第三驱动D7和光耦电路第四驱动D8将自两路驱动信号互锁电路1输入的两路信号分成四路信号；其中，第一光耦V2、第二光耦V4、第三光耦V6 和第四光耦V8依次与第一消噪放大及泄放子电路31、第二消噪放大及泄放子电路32、第三消噪放大及泄放子电路33和第四消噪放大及泄放子电路34 相连；电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8分别调整其所对应的第一光耦V2、第二光耦V4、第三光耦V6 和第四光耦V8的前向电流，电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12均为对应的上拉电阻。
参见图4，功率放大模块4由功率放大芯片D9、电容C15和C16组成，其中，功率放大芯片D9的型号为IXDN614PI。
参见图5，干扰抑制及电容储能泄放模块5由电阻R13、电阻R14、二极管V9和三极管V10组成；三极管V10对干扰信号进行钳位，防止误导通。
参见图6，尖峰电压抑制模块6由TVS管V11和电阻R15组成。
此外，互锁电路第一单稳态触发器D1与互锁电路第二单稳态触发器D2共用同一片型号为MC14538的芯片，互锁电路第一与门D3与互锁电路第二与门D4共用同一片型号为4081的芯片。
此外，光耦电路第一驱动D5、光耦电路第二驱动D6、光耦电路第三驱动D7和光耦电路第四驱动D8共用同一片型号为4041的驱动芯片；第一光耦V2、第二光耦V4、第三光耦V6 和第四光耦V8的型号均为HCPL0201。
参见图7，为两路信号经本产品处理后的信号结果，其中，本产品接入的两个信号分别为输入高信号HIN+和输入低信号LIN+，本产品输出的四个信号分别为第一输出高信号DH1+、第一输出低信号DL1+、第二输出高信号DH2+和第二输出低信号DL2+；由图可知，第一输出高信号DH1+、第一输出低信号DL1+与输入高信号HIN+同频率、同相位、同脉宽，第二输出高信号DH2+和第二输出低信号DL2+与输入低信号LIN+同频率、同相位、同脉宽。
Claims (9)
1.一种全桥变换器驱动电路，其特征在于，由驱动信号互锁电路（1）、光耦隔离电路（2）、消噪功率放大及泄放电路（3）和供电电源（7）组成；驱动信号互锁电路（1）的信号输出端与光耦隔离电路（2）的信号输入端相连接，光耦隔离电路（2）的信号输出端与消噪功率放大及泄放电路（3）的信号输入端相连接，供电电源（7）分别与驱动信号互锁电路（1）、光耦隔离电路（2）和消噪功率放大及泄放电路（3）相连接并供电；其中，
驱动信号互锁电路（1）包括第一信号互锁模块和第二信号互锁模块，其中，第一信号互锁模块的驱动信号相位与第二信号互锁模块的驱动信号相位相差180度；驱动信号互锁电路（1）负责将接收到的两路高电平脉冲信号互锁后，产生两路互不干扰的驱动信号，传递至下一级电路；
光耦隔离电路（2）负责将自驱动信号互锁电路（1）传递来的两路信号分成四路信号，并通过光耦隔离后传递至消噪功率放大及泄放电路（3）；
消噪功率放大及泄放电路（3）负责将光耦隔离电路2输出的四路信号进行功率放大，同时它也会消除外界的干扰噪声，保证信号传输的准确性，并为负载电容提供放电通路；；
消噪功率放大及泄放电路（3）由四个结构相同的消噪放大及泄放子电路组成，即消噪功率放大及泄放电路（3）由结构相同的第一消噪放大及泄放子电路（31）、第二消噪放大及泄放子电路（32）、第三消噪放大及泄放子电路（33）和第四消噪放大及泄放子电路（34）分别与光耦隔离电路(2)的四路输出信号相连。
2.根据权利要求1所述的一种全桥变换器驱动电路，其特征在于，消噪功率放大及泄放电路（3）中的四个相同结构的消噪放大及泄放子电路均由依次串联的功率放大模块（4）、干扰抑制及电容储能泄放模块（5）和尖峰电压抑制模块（6）组成；即第一消噪放大及泄放子电路（31）由依次串联的功率放大模块（4）、干扰抑制及电容储能泄放模块（5）和尖峰电压抑制模块（6）组成；第二消噪放大及泄放子电路（31）由依次串联的功率放大模块（4）、干扰抑制及电容储能泄放模块（5）和尖峰电压抑制模块（6）组成；第三消噪放大及泄放子电路（33）由依次串联的功率放大模块（4）、干扰抑制及电容储能泄放模块（5）和尖峰电压抑制模块（6）组成；第四消噪放大及泄放子电路（34）由依次串联的功率放大模块（4）、干扰抑制及电容储能泄放模块（5）和尖峰电压抑制模块（6）组成。
3.根据权利要求1所述的一种全桥变换器驱动电路，其特征在于，驱动信号互锁电路（1）由互锁电路第一单稳态触发器D1、电阻R1、电阻R2、电阻R25、互锁电路第一与门D3、电容C1、互锁电路第二单稳态触发器D2、电阻R3、电阻R4、电阻R26、互锁电路第二与门D4、电容C2组成。
4.根据权利要求1所述的一种全桥变换器驱动电路，其特征在于，光耦隔离电路（2）由第一光耦V2、第二光耦V4、第三光耦V6 和第四光耦V8、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8 、电阻R9、电阻R10、 电阻R11、电阻R12、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、二极管V1、二极管V3、二极管V5 、二极管V7、光耦电路第一驱动D5、光耦电路第二驱动D6、光耦电路第三驱动D7和光耦电路第四驱动D8组成；通过光耦电路第一驱动D5、光耦电路第二驱动D6、光耦电路第三驱动D7和光耦电路第四驱动D8将自两路驱动信号互锁电路（1）输入的两路信号分成四路信号；其中，第一光耦V2、第二光耦V4、第三光耦V6 和第四光耦V8依次与第一消噪放大及泄放子电路（31）、第二消噪放大及泄放子电路（32）、第三消噪放大及泄放子电路（33）和第四消噪放大及泄放子电路（34）相连；电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8分别调整其所对应的第一光耦V2、第二光耦V4、第三光耦V6 和第四光耦V8的前向电流，电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12均为对应的上拉电阻。
5.根据权利要求2所述的一种全桥变换器驱动电路，其特征在于，功率放大模块（4）由功率放大芯片D9、电容C15和C16组成，其中，功率放大芯片D9的型号为IXDN614PI。
6.根据权利要求2所述的一种全桥变换器驱动电路，其特征在于，干扰抑制及电容储能泄放模块（5）由电阻R13、电阻R14、二极管V9和三极管V10组成；三极管V10对干扰信号进行钳位，防止误导通。
7.根据权利要求2所述的一种全桥变换器驱动电路，其特征在于，尖峰电压抑制模块（6）由TVS管V11和电阻R15组成。
8.根据权利要求3所述的一种全桥变换器驱动电路，其特征在于，互锁电路第一单稳态触发器D1与互锁电路第二单稳态触发器D2共用同一片型号为MC14538的芯片，互锁电路第一与门D3与互锁电路第二与门D4共用同一片型号为4081的芯片。
9.根据权利要求4所述的一种全桥变换器驱动电路，其特征在于，光耦电路第一驱动D5、光耦电路第二驱动D6、光耦电路第三驱动D7和光耦电路第四驱动D8共用同一片型号为4041的驱动芯片；第一光耦V2、第二光耦V4、第三光耦V6 和第四光耦V8的型号均为HCPL0201。
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