CN203445775U - 一种大占空比磁隔离驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种大占空比磁隔离驱动电路，包括：脉冲分解控制电路、原边隔直电容、隔离驱动变压器、变压器副边自举电容、自举二极管、驱动芯片和电阻。本实用新型利用脉冲分解、磁隔离传输、脉冲还原整形技术巧妙使磁隔离的占空比达到98％以上。本实用新型首先把占空比大于90％的信号分解为两路占空比小于50％的信号，然后分别用两个变压器分时传输至变压器副边，再把传输至变压器副边的信号还原为大占空比信号，最后通过驱动芯片把驱动信号整形输出。本实用新型解决了大占空比驱动信号磁隔离传输问题，提高了驱动电路的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于开关变换器功率开关管的驱动电路，属于开关电源领域。
背景技术
开关电源现在已被广泛应用于各个领域，其功率开关管工作在高频开关状态。由于拓扑本身原因或出于安全考虑需要将控制电路驱动脉冲与功率开关管进行隔离。
传统的功率开关管磁隔离驱动电路将驱动脉冲信号变压器传送到副边，再经过自举二极管将变压器传送过来的驱动脉冲信号进行电位提升，使得功率管的脉冲方波跟随驱动信号的波形，但是传统的功率开关管磁隔离驱动电路存在传送驱动脉冲占空比不能大于50％缺陷，当占空比大于50％时，隔离传送至变压器副边的脉冲波形发生严重畸变。改进型的磁隔离驱动电路通过增加变压器副边自举电容使变压器副边波形得到有效改善，但对于占空比增大没有改善。无论传统和改进型的功率开关磁隔离驱动电路都是单路传输，无法使占空比得到质的提高，当占空比到达约90%时，输出的驱动脉冲严重失真。现在急需研究一种传送驱动占空比能够大于90％以上的磁隔离开关驱动电路。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种大占空比磁隔离驱动电路，解决现有技术中当磁隔离驱动电路驱动脉冲占空比大于90％时，隔离变压器副边驱动脉冲严重失真问题。
本发明的技术解决方案是：
一种大占空比磁隔离驱动电路包括脉冲分解控制电路、隔离驱动变压器电路和驱动脉冲还原整形电路；用于将大占空比驱动脉冲分解为两路驱动脉冲的脉冲分解控制电路两路输出分别连接用于将脉冲分解控制电路分解的两路驱动脉冲隔离传输的隔离驱动变压器电路的两路输入，隔离驱动变压器电路输出连接用于还原驱动脉冲的驱动脉冲还原整形电路，驱动脉冲还原整形电路将脉冲还原输出；
所述的脉冲分解电路包括电压比较器U1、T触发器U2、逻辑“与”门U3、U4、三极管Q1、Q2、Q3和Q4；误差信号S1连接电压比较器U1的同相输入，锯齿波信号S2连接电压比较器U1的反相输入，电压比较器U1的输出连接T触发器时钟输入端，T触发器输出端Q连接“与”门U3的一输入端，T触发器输出端连接“与”门U4的一输入端，电压比较器U1的输出同时连接“与”门U3和U4的另一输入端；“与”门U3输出连接三极管Q1、Q2基极，“与”门U4输出连接三极管Q3、Q4基极，三极管Q1、Q3集电极连接电源Vc，三极管Q2、Q4发射极接地，三极管Q1发射极与三极管Q2集电极相连接为输出端OUTA，三极管Q3发射极与三极管Q4集电极相连接为输出端OUTB；
所述的隔离驱动变压器电路包括原边隔直电容C1、C3、隔离驱动变压器T1、T2、变压器副边自举电容C2、C4和自举二极管D2、D4；控制电路的两路输出分别与隔直电容C1和C3的一端连接，C1和C3的另一端分别连接隔离驱动变压器T1和T2原边绕组，隔离驱动变压器副边连接到自举电容C2和C4的一端，自举二极管D1阴极连接C2另一端，D1阳极连接变压器T1和T2副边，自举二极管D3阴极连接C4另一端，D3阳极连接变压器T1和T2副边；
所述的驱动脉冲还原整形电路，包括驱动芯片、电阻R1、电阻R2、电阻R3和MOS管S1；驱动芯片输入端连接电阻R1一端，驱动芯片输出端连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接至MOS管栅极，电阻R3并联于R1的另一端和R2另一端之间；
所述的隔离驱动变压器电路中两路隔离驱动变压器原边独立、副边“或”逻辑关系相连接。
所述的脉冲分解控制电路两路输出脉冲相位相差180度。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
（1）本发明通过将大于90％的大占空比信号分解为两路小于50％占空比信号进行隔离传输，最后将磁隔离去脉冲占空比增大到98％，相对于现有技术，占空比得到显著提高。
（2）本发明相对于现有技术中通过改变变压器工作状态的驱动电路，让变压器工作在饱和状态导致驱动脉冲失控情况，本发明采用两路隔离变压器进行传输的方式，使得驱动脉冲可靠性增强，而且变压器和电路参数设计简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明大占空比磁隔离驱动电路原理图；
图2为本发明脉冲分解控制电路逻辑原理图；
图3为本发明大占空比磁隔离驱动电路关键点波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种大占空比磁隔离驱动电路，包括脉冲分解控制电路、隔离驱动变压器电路和驱动脉冲还原整形电路；脉冲分解控制电路用于将大占空比驱动脉冲分解为两路驱动脉冲；隔离驱动变压器电路用于将控制电路分解的两路驱动脉冲分时传输；驱动脉冲还原整形电路用于还原驱动脉冲并将其输出，脉冲分解控制电路两路输出分别连接隔离驱动变压器电路的两路输入，隔离驱动变压器电路输出连接驱动脉冲还原整形电路，驱动脉冲还原整形电路将脉冲还原输出。
所述的脉冲分解电路包括电压比较器U1、T触发器U2、逻辑“与”门U3、U4、三极管Q1、Q2、Q3和Q4；误差信号S1连接电压比较器U1的同相输入，锯齿波信号S2连接电压比较器U1的反相输入，电压比较器U1的输出连接T触发器时钟输入端，T触发器输出端Q连接“与”门U3的一输入端，T触发器输出端
连接“与”门U4的一输入端，电压比较器U1的输出同时连接“与”门U3和U4的另一输入端；“与”门U3输出连接三极管Q1、Q2基极，“与”门U4输出连接三极管Q3、Q4基极，三极管Q1、Q3集电极连接电源Vc，三极管Q2、Q4发射极接地，三极管Q1发射极与三极管Q2集电极相连接为输出端OUTA，三极管Q3发射极与三极管Q4集电极相连接为输出端OUTB。
隔离驱动变压器电路包括原边隔直电容C1、C3、隔离驱动变压器T1、T2、变压器副边自举电容C2、C4和自举二极管D2、D4；控制电路的两路输出分别与隔直电容C1和C3的一端连接，C1和C3的另一端分别连接变压器T1和T2原边绕组，隔离驱动变压器副边连接到自举电容C2和C4的一端，自举二极管D1阴极连接C2另一端，D1阳极连接隔离驱动变压器T1和T2副边，自举二极管D3阴极连接C4另一端，D3阳极连接隔离驱动变压器T1和T2副边。
驱动脉冲还原整形电路，包括驱动芯片、电阻R1、电阻R2、电阻R3和MOS管S1；驱动芯片输入端连接电阻R1一端，驱动芯片输出端连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接至MOS管栅极，电阻R3并联于R1的另一端和R2另一端之间。
隔离驱动变压器电路中两路隔离驱动变压器原边独立、副边“或”逻辑关系相连接。
如图3所示，对本发明的隔离驱动电路原理图进行展开说明：
（1）进行脉冲分解，在脉冲分解控制电路中将误差信号S1与锯齿载波信号S2进行比较产生S3驱动脉冲信号，S3驱动脉冲信号经过T触发器产生S4、S5信号，S3信号与S4、S5信号分别进行“与”逻辑生成S6信号与S7信号，S6信号与S7信号经过三极管信号放大电路输出OUTA与OUTB信号。从波形可以看出S6、S7信号频率为S3信号频率一半，也就是说OUTA与OUTB信号频率为S3信号频率一半，这样通过降频的方式把占空比大于90%的S3信号分解为占空比小于50%的OUTA与OUTB信号，其中OUTA与OUTB信号两路信号相位相差180度，脉冲宽度与误差信号成正比，OUTA与OUTB信号输出典型波形如图3所示，在一个周期中A路输出脉冲从t0时刻开始，B路输出脉冲从t1时刻开始。
（2）进行脉冲传输，采用两路传统的隔离驱动电路并联工作，将占空比小于50%的A和B两端输出脉冲分别进行传输。
（3）进行脉冲还原部分，采用“或”逻辑将两路变压器副边脉冲进行还原，脉冲还原电路通过“或”逻辑二极管D2和D4将变压器副边两路相位相差180度信号还原为一路信号，由于两路信号相位相差180度，故还原后信号占空比可以很大，理论可达到100%。
（4）进行脉冲整形输出，采用典型驱动芯片将还原后的驱动脉冲整形输出。具体连接为驱动芯片信号输入端连接电阻R1，驱动芯片输出端连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接至MOS管栅极。
当脉冲分解控制电路A输出驱动脉冲为高电平时，经过隔直电容C1和隔离驱动变压器T1原边绕组将能量传送到隔离驱动变压器T1副边。隔离驱动变压器T1副边能量通过自举电容C2和二极管D2将驱动脉冲传到驱动芯片，驱动芯片接受到输入脉冲后整形输出，此时开关S1栅极电压与控制芯片A输出脉冲同相位。此时，控制芯片B输出为低电平，隔离驱动变压器T2不进行脉冲传输。
当控制芯片B输出驱动脉冲为高电平时，经过隔直电容C3和隔离驱动变压器T2原边绕组将能量传送到隔离驱动变压器T2副边。隔离驱动变压器T2副边能量通过自举电容C4和二极管D4将驱动脉冲传到驱动芯片，驱动芯片接受到输入脉冲后整形输出，此时开关S1栅极电压与控制芯片B输出脉冲同相位。如图2所示，此时控制芯片A输出为低电平，变压器T1不进行脉冲传输。
本发明电路变压器传输脉冲为开关管驱动脉冲频率的一半，此电路更适合应用于高频化开关电源中。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (3)
1.一种大占空比磁隔离驱动电路，其特征在于包括脉冲分解控制电路、隔离驱动变压器电路和驱动脉冲还原整形电路；用于分解驱动脉冲的脉冲分解控制电路两路输出分别连接用于驱动脉冲隔离传输的隔离驱动变压器电路的两路输入，隔离驱动变压器电路输出连接用于还原驱动脉冲的驱动脉冲还原整形电路，驱动脉冲还原整形电路将脉冲还原输出；
所述的脉冲分解电路包括电压比较器U1、T触发器U2、逻辑“与”门U3、U4、三极管Q1、Q2、Q3和Q4；误差信号S1连接电压比较器U1的同相输入，锯齿波信号S2连接电压比较器U1的反相输入，电压比较器U1的输出连接T触发器时钟输入端，T触发器输出端Q连接“与”门U3的一输入端，T触发器输出端
连接“与”门U4的一输入端，电压比较器U1的输出同时连接“与”门U3和U4的另一输入端；“与”门U3输出连接三极管Q1、Q2基极，“与”门U4输出连接三极管Q3、Q4基极，三极管Q1、Q3集电极连接电源Vc，三极管Q2、Q4发射极接地，三极管Q1发射极与三极管Q2集电极相连接为输出端OUTA，三极管Q3发射极与三极管Q4集电极相连接为输出端OUTB；
所述的隔离驱动变压器电路包括原边隔直电容C1、C3、隔离驱动变压器T1、T2、变压器副边自举电容C2、C4和自举二极管D2、D4；控制电路的两路输出分别与隔直电容C1和C3的一端连接，C1和C3的另一端分别连接隔离驱动变压器T1和T2原边绕组，隔离驱动变压器副边连接到自举电容C2和C4的一端，自举二极管D1阴极连接C2另一端，D1阳极连接变压器T1和T2副边，自举二极管D3阴极连接C4另一端，D3阳极连接变压器T1和T2副边；
所述的驱动脉冲还原整形电路，包括驱动芯片、电阻R1、电阻R2、电阻R3和MOS管S1；驱动芯片输入端连接电阻R1一端，驱动芯片输出端连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接至MOS管栅极，电阻R3并联于R1的另一端和R2另一端之间；
2.根据权利要求1所述的一种大占空比磁隔离驱动电路，其特征在于：所述的隔离驱动变压器电路中两路隔离驱动变压器原边独立、副边“或”逻辑关系相连接。
3.根据权利要求1所述的一种大占空比磁隔离驱动电路，其特征在于：所述的脉冲分解控制电路两路输出脉冲相位相差180度。
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