CN204131483U - 低损耗高速带隔离驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低损耗高速带隔离驱动电路，其中变压器T的原边驱动电路包括：第一三极管Q1的集电极与PWM控制器连接，发射级经第一电阻R1后接地，基极连接VCC；变压器的原边一端分为两路，一路与经第二电阻R2后与第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极与VCC连接，另一路与电容器C连接后分为两路，一路与第一三极管Q1的发射级连接，另一路连接第三电阻R3后与第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的发射极接地，基极与变压器原边另一端连接，第一二极管D1的正极与VCC连接，负极与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极与第二三极管Q2的基极连接；该电路具有损耗低、驱动能力强的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及功率开关器件驱动技术领域，尤其涉及一种低损耗高速带隔离驱动电路。
背景技术
为了降低动态损耗，需要快速地开关功率半导体器件，这就需要驱动电路具有较强的负载能力，能够提供较大的脉冲电流。特别是对于并联的多个开关功率半导体器件，在现实使用中为了最大限度地获得并联均流，各开关功率半导体器件需要使用同一驱动源，这就需要驱动电路能够输出更大的脉冲电流。目前带隔离的驱动方式大致分为两种，一种为他驱，一种为自驱。他驱方式中应用比较广泛的驱动原理如图1所示。其中，Q为驱动三极管，T是高频隔离变压器，D3是整流二极管，D1、D2是变压器复磁用的二极管和稳压管，R1和R2是限流电阻，C为脉冲驱动支撑电容，PWM为控制器输出的驱动信号，DRV为晶闸管的驱动信号。
其电路工作分为四个阶段：
阶段1：当PWM输出为低时，三极管Q关断，驱动电流到零。电源通过电阻R1给电容C充电，直到电容C两端电压达到电源电压VCC。
阶段2：当PWM输出为高时，三极管Q开通，由于电容C两端电压在三极管Q开通之前被电阻R1充电到电源电压VCC，且其电压不可突变，所以此时的驱动电流峰值约为:VCC/(R2+Rg)(Rg为功率开关管的门极内阻)，而后驱动电流从峰值开始下降，直到阶段3。
阶段3：此时PWM输出仍为高，当电容C度过稳态过程之后，由电源电压VCC给后级驱动提供能量，驱动电流下降到一个平台值，其值为：VCC/ (R1+R2+Rg)。
阶段4：此时PWM输出变为低，三极管Q关断。变压器的励磁电感开始复磁，复磁回路为变压器原边绕组、D1、D2。变压器复磁结束后，电路工作过渡到阶段1。
驱动电流波形如图2所示。从图2可以看出晶闸管驱动电流存在一个尖峰驱动时段，一个平台驱动时段和一个无电流驱动时段，这个尖峰驱动时段决定了功率开关管的开通时间，而VCC、R2、Rg(Rg为功率开关管门极内阻)决定了这个尖峰驱动时段。然而实际使用中功率开关管的稳态驱动电压一般不超过20V，所以VCC不能取太大，而且太大的VCC电压将产生较高的稳态驱动损耗；太小的R2也将产生较高的稳态驱动损坏；Rg主要由功率开关器件本身决定，无法改变。从上述分析中可以看出由于电路本身的限制，这种他驱电路存在较高的损耗，有限的驱动能力。
实用新型内容
本实用新型为解决上述问题，提供一种低损耗高速带隔离驱动电路，该驱动电路不会损耗太多能量，同一驱动源可以驱动多个共地和不共地功率开关器件。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种低损耗高速带隔离驱动电路，包括变压器T以及变压器的原边驱动电路以及副边驱动电路，所述原边驱动电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及电容器C，所述第一三极管Q1的集电极与PWM控制器连接，发射级经第一电阻R1后接地，基极连接VCC；所述变压器T的原边一端分为两路，第一路与经第二电阻R2后与第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极与VCC连接，第二路与电容器C连接后分为两路，第一路与第一三极管Q1的发射级连接，第二路连接第三电阻R3后与第二三极管Q2的集电极连接，所述第二三极管Q2的发射极接地，基极与变压器T的原边另一端连接，第一二极管D1的正极与VCC连接，负极与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极与第二三极管Q2的基极连接。
优选地，所述副边驱动电路包括第四二极管D4、第四电阻R4以及第五二极管D5、第五电阻R5，所述变压器T的第一副边一端连接第四二极管D4的正极，第四二极管D4的负极连接第四电阻R4后接收第一晶闸管的驱动信号DRV1，另一端接地；所述变压器T的第二副边一端连接第五二极管D5的正极，第五二极管D5的负极连接第五电阻R5后接收第二晶闸管的驱动信号DRV2，另一端接地。
本实用新型所述的低损耗高速带隔离驱动电路，其有益效果为：
高速他驱电路中电容C仅需为现有的他驱电路尖峰驱动时段所需电荷，所以该电路中的R2的阻值可取相对较大值，当驱动达到现有他驱电路中的平台驱动时段时，由于门极电容电压已经被充满，此时的Rg的阻抗比较大，驱动电路不会损耗太多能量。
由于该高速他驱电路拥有大驱动脉冲电流，这将允许变压器带多个绕组，以实现同一驱动源驱动多个共地和不共地功率开关器件。
综上所述，该高速他驱电路具有损耗低、驱动能力强的优点。
附图说明
图1为现有技术他驱电路的电路结构示意图；
图2为现有技术他驱电路的驱动电流波形图；
图3为本实用新型实施例低损耗高速带隔离驱动电路的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
实施例：
参照图3，本实用新型所述低损耗高速带隔离驱动电路，包括变压器T以及变压器的原边驱动电路以及副边驱动电路，副边驱动电路与现有技术相同，即包括第四二极管D4（整流二极管）、第四电阻R4以及第五二极管D5（整流二极管）、第五电阻R5，所述变压器T的第一副边一端连接第四二极管D4的正极，第四二极管D4的负极连接第四电阻R4后接收第一晶闸管的驱动信号DRV1，另一端接地；所述变压器T的第二副边一端连接第五二极管D5的正极，第五二极管D5的负极连接第五电阻R5后接收第二晶闸管的驱动信号DRV2，另一端接地。
原边驱动电路在现有技术基础上做了改进，其包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及电容器C，所述第一三极管Q1的集电极与PWM控制器连接，发射级经第一电阻R1后接地，基极连接VCC；所述变压器T的原边一端分为两路，第一路与经第二电阻R2后与第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极与VCC连接，第二路与电容器C连接后分为两路，第一路与第一三极管Q1的发射级连接，第二路连接第三电阻R3后与第二三极管Q2的集电极连接，所述第二三极管Q2的发射极接地，基极与变压器T的原边另一端连接，第一二极管D1的正极与VCC连接，负极与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极与第二三极管Q2的基极连接。
该高速他驱电路工作可分四个阶段：
阶段1：当PWM输出为低时，第一三极管Q1、第二三极管Q2关断，驱动电流为零。此时电源VCC通过第三二极管D3和第一电阻R1、第二电阻R2给电容器Ｃ充电，最终电容器C两端电压为VCC。
阶段2：当PWM输出变为高时，第一三极管Q1开通，第一三极管Q1的发射极即电容器C的2端电位上升至约VCC，电容器C的1端电位被抬升至约2倍VCC，第三二极管D3截止；VCC通过第一三极管Q1和第三电阻R3为第二三极管Q2基极提供电流，第二三极管Q2开通，从而使得约2VCC的电压加到变压器T的原边。变压器T副边第四二极管（整流二极管）D4工作。此时电容器C为功率开关管开通时尖峰时段提供驱动电流，其值为2VCC/（R4+Rg）(Rg为功率开关管的门极内阻)。
阶段3：此时PWM输出仍为高，第一三极管Q1、第二三极管Q2持续开通。随着电容器C存储电荷的释放，电容器C的1端电位逐渐降低，直到第三二极管D3导通，从此时起电源VCC通过第三二极管D3、第二电阻R2、第二三极管Q2和变压器T及变压器副边电路为功率开关管持续提供门极电压和电流,即图2中的平台驱动时段。
阶段4：PWM输出变为低，第一三极管Q1关断，第一三极管Q1的发射极即电容器C的2端电位被第一电阻R1拉至GND，第二三极管Q2关断。变压器T的励磁电感开始复磁，复磁回路为变压器原边绕组、第一二极管D1、第二二极管D2。变压器复磁结束后，电路工作过渡到阶段1。
从以上分析可以看出，高速他驱电路中电容器C仅需为图2中尖峰驱动时段所需电荷，所以高速他驱电路中的第二电阻R2的阻值可相对取大一些，另外当驱动达到图2中平台驱动时段时，由于门极电容电压已经被充满，此时的Rg的阻抗比较大，驱动电路不会损耗太多能量。另外由于高速他驱电路拥有大驱动脉冲电流，这将允许变压器带多个绕组，以实现同一驱动源驱动多个共地和不共地功率开关器件。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种低损耗高速带隔离驱动电路，包括变压器T以及变压器的原边驱动电路以及副边驱动电路，其特征在于，所述原边驱动电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及电容器C，所述第一三极管Q1的集电极与PWM控制器连接，发射级经第一电阻R1后接地，基极连接VCC；所述变压器T的原边一端分为两路，第一路与经第二电阻R2后与第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极与VCC连接，第二路与电容器C连接后分为两路，第一路与第一三极管Q1的发射级连接，第二路连接第三电阻R3后与第二三极管Q2的集电极连接，所述第二三极管Q2的发射极接地，基极与变压器T的原边另一端连接，第一二极管D1的正极与VCC连接，负极与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极与第二三极管Q2的基极连接。
2.根据权利要求1所述低损耗高速带隔离驱动电路，其特征在于：所述副边驱动电路包括第四二极管D4、第四电阻R4以及第五二极管D5、第五电阻R5，所述变压器T的第一副边一端连接第四二极管D4的正极，第四二极管D4的负极连接第四电阻R4后接收第一晶闸管的驱动信号DRV1，另一端接地；所述变压器T的第二副边一端连接第五二极管D5的正极，第五二极管D5的负极连接第五电阻R5后接收第二晶闸管的驱动信号DRV2，另一端接地。
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| CN113765510A (zh) * | 2021-09-13 | 2021-12-07 | 深圳英飞源技术有限公司 | 一种晶闸管驱动电路 |
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