CN210075089U - 一种隔离驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种隔离驱动电路，包括输入PWM信号源，图腾柱放大电路，第一电阻、第一电容、第一二极管与原边绕组组成的原边电路，第一稳压管、第二二极管、第二电容、第三三极管与副边绕组组成的副边电路，该隔离驱动电路输出驱动电压的高电平幅值不受占空比限制，可应用于大占空比电路中，具有较好的动态特性，有效解决因占空比丢失而触发功率开关管误导通的问题，体积小，成本低，驱动变压器可实现平面化生产工艺。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种开关器件的驱动电路，尤其涉及一种功率开关器件的磁隔离驱动电路。
背景技术
在开关电源领域中，隔离驱动技术被广泛应用，桥式电路、多管反激等电路拓扑中都采用了隔离驱动电路。图1是目前常用的隔离驱动电路，包括：输入PWM信号源，第一三极管与第二三极管组成图腾柱放大电路，原边电路和副边电路，其中，第一三极管集电极作为图腾柱放大电路的供电端与VCC连接，第一三极管基极与第二三极管基极连接作为图腾柱放大电路的输入端与输入PWM信号源连接，作为隔离驱动电路的输入端，第一三极管发射极与第二三极管发射极连接作为图腾柱放大电路的输出端，第二三极管集电极作为图腾柱参考端与参考地连接。
对于本领域的技术人员而言，图腾柱放大电路也可以由第一MOS管和第二MOS管组成，MOS管的栅极对应三极管的基极，MOS管的漏极对应三极管的集电极，MOS管的源极对应三极管的发射极。
如图1所示，C1为输入端隔直电容，T1为隔离变压器，功率开关管Q3为被驱动的MOS管。假设变压器T1原边绕组与副边绕组的匝比为1，输入PWM信号源产生的高电平电压信号的幅值为Vin，占空比为D，该电路在稳态工作时，功率开关管Q3的驱动高电平电压Vgs＝Vin*(1-D)。由此可知，该驱动电路在占空比D较大时，功率开关管Q3的驱动高电平电压幅值会减小，导致功率开关管Q3驱动电压不足。
为了改进图1方案的不足，另一种常用的隔离驱动电路如图2所示，采用副边添加隔直电容的驱动方案。C2为输出端隔直电容。假设变压器T1原边绕组和副边绕组的匝比为1，输入PWM信号源产生的高电平电压信号的幅值为Vin，占空比为D，该电路在稳态工作时，功率开关管Q3的驱动高电平电压Vgs＝Vin，与占空比D无关。但是当输入PWM信号突然消失时，次级隔直电容C2上的电压仍然为Vin*D，这样，功率开关管Q3的Vgs电压就从0开始增加，直到与C2电压相等，极有可能导致电路中变压器饱和，损坏功率开关管Q3。
而且图1和图2所示的隔离驱动电路方案，隔直电容容量大，驱动变压器的电感量大，导致驱动电路的体积大，成本高。
实用新型内容
有鉴于此，为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种新的隔离驱动电路。该电路不受驱动占空比限制，具有较好的瞬态特性。
本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的：
一种隔离驱动电路，其原边电路包括第一电阻、第一电容、第一二极管与原边绕组，第一电阻一端和第一二极管阴极与图腾柱放大电路的输出端连接，第一电阻另一端连接第一电容一端，第一电容另一端和第一二极管阳极与原边绕组的同名端连接，原边绕组的异名端与参考地连接；副边电路包括第一稳压管、第二二极管、第二电容、第三三极管与副边绕组，其中第一稳压管阳极与副边绕组的同名端连接，第一稳压管阴极与第二电容一端、第二二极管阳极、第三三极管基极连接，第二电容另一端与第三三极管集电极连接副边绕组的异名端作为隔离驱动电路的输出参考端与功率开关管的源极连接，第二二极管阴极与第三三极管发射极连接作为隔离驱动电路的输出端与功率开关管的栅极连接。
优选的，图腾柱放大电路由NPN型的第一三极管和PNP型的第二三极管组成。
优选的，图腾柱放大电路由N沟道型的第一MOS管和P沟道型的第二MOS管组成。
本实用新型的工作原理后面会结合具体实施例进行详细说明，此处不赘述，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1)输出驱动电压的高电平幅值不受占空比限制，可应用于大占空比电路中；
2)具有较好的动态特性，有效解决因PWM信号消失而触发功率开关管误导通的问题；
3)体积小，成本低，驱动变压器可实现平面化生产工艺。
附图说明
图1为常用的隔离驱动电路原理图；
图2为另一种常用的隔离驱动电路原理图；
图3为本实用新型的第一实施例原理图；
图4为本实用新型的第二实施例原理图；
图5为本实用新型电路工作时各关键点电压波形图。
具体实施方式
第一实施例
参考图3所示，为本实用新型第一实施例隔离驱动电路原理图。
本实施例的隔离驱动电路包括：输入PWM信号源，用于产生脉冲宽度可变的PWM信号；第一二极管Q1与第二二极管Q2组成图腾柱放大电路，用于放大PWM信号源产生的方波信号；第一电阻R1、第一电容C1、第一二极管D1与原边绕组组成的原边电路，第一二极管D1用于减小原边绕组与第一电容C1产生的谐振，防止在原边绕组去磁阶段的续流电流给第一电容C1反向充电；第一稳压管ZD1、第二电容C2、第二二极管D2、第三三极管Q4与副边绕组组成的副边电路。第一三极管Q1集电极作为图腾柱放大电路的供电端与供电VCC连接，第一三极管Q1基极与第二三极管Q2基极连接作为图腾柱放大电路的输入端与输入PWM信号源连接，第一三极管Q1发射极与第二三极管Q2发射极连接作为图腾柱放大电路的输出端，第二三极管Q2集电极与参考地连接；第一电阻R1一端和第一二极管D1阴极与图腾柱放大电路的输出端连接，第一电阻R1另一端连接第一电容C1一端，第一电容C1另一端和第一二极管D1阳极与原边绕组的同名端连接，原边绕组的异名端与参考地连接；第一稳压管ZD1阳极与副边绕组的同名端连接，第一稳压管ZD1阴极与第二电容C2一端、第三三极管Q4基极和第二二极管D2阳极连接，第二电容C2另一端与第三三极管Q4集电极连接作为隔离驱动电路的输出参考端与功率开关管Q3源极连接，第二二极管D2阴极与第三三极管Q4发射极连接作为隔离驱动电路输出端与功率开关管Q3栅极连接。
本实施例的隔离驱动电路的工作原理为：
1、当输入PWM信号为高电平时，图腾柱放大电路的第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，经图腾柱放大电路放大后的高电平信号通过第一电阻R1、第一电容C1和原边绕组组成的回路，在原边绕组上产生一个窄脉冲电压信号。该窄脉冲电压信号的最大幅值与第一电阻R1、第一电容C1、原边绕组的电感量Lp有关，调整合适的参数值时，可使得窄脉冲电压信号最大值约等于输入PWM信号的高电平电压值。假设变压器T1原边绕组和副边绕组的匝比为1，通过正激变换器原理可知，副边绕组同样会产生一个相等幅值和脉宽的窄脉冲电压信号，该窄脉冲电压信号通过第一稳压管ZD1正向导通给第二电容C2充电，因为第一电容C1的容值远大于第二电容C2和功率开关管Q3的输入等效电容Ciss的容值，第二电容C2的充电速度可达到纳秒级别，不影响功率开关管Q3的正常导通。因为第二电容C2与功率开关管Q3的输入等效电容Ciss通过第二二极管D2并联，在第二电容C2电压上升的过程中功率开关管Q3的输入等效电容Ciss也同步升高，达到功率开光Q3的开启阈值电压时功率开关管Q3正常开通。
2、功率开关管Q3开通后，变压器T1电压降为0，第一电容C1上的电压等于输入PWM信号的高电平电压值，功率开关管Q3的输入等效电容Ciss通过第二二极管D2、第一稳压二极管ZD1与副边绕组构成的回路和第三三极管Q4集电极与发射极构成的回路缓慢放电，第二二极管D2和第一稳压管ZD1存在反向漏电流，该漏电流非常小，uA级别，所以该放电过程几乎可忽略；第二电容C2上储存的电量通过第一稳压管ZD1与副边绕组构成的回路缓慢放电，因为第二电容C2放电到第一稳压管ZD1到达稳压值时，第一稳压管ZD1不再被击穿，第二电容C2只能以第一稳压管ZD1的漏电流进行放电，通过调节第二电容C2容值和第一稳压管ZD1稳压值确保功率开关管Q3可持续导通。
3、当输入PWM信号为低电平时，图腾柱放大电路的第一三极管Q1截止，第二三极管Q2导通，此时第一电容C1储存的电压反向加在原边绕组上，形成负向窄脉冲电压信号，同样副边绕组上也产生负电压信号。该负电压信号与第二电容C2上的电压叠加击穿第一稳压管ZD1，使得第二电容C2快速放电为0，第三三极管Q4导通，将功率开关管Q3的等效输入电容Ciss上的电量快速放电到0，使得功率开关管截止。该实用新型电路稳态工作时的关键点电压波形见图5所示。
第二实施例
如图4所示，为实用新型第二实施例的隔离驱动电路原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：图腾柱放大电路由N沟道型的第一开关管和P沟道型的第二开关管组成；第一开关管的漏极作为图腾柱放大电路的供电端，第一开关管的栅极与第二开关管的栅极连接作为图腾柱放大电路的输入端，第一开关管的源极与第二开关管的源极连接作为图腾柱放大电路的输出端，第二开关管的漏极作为图腾柱放大电路的参考地。
本实施例实现隔离驱动的工作原理与第一实施例相同，此处不再赘述。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。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的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种隔离驱动电路，其特征在于：原边电路包括第一电阻、第一电容、第一二极管与原边绕组，第一电阻一端和第一二极管阴极与图腾柱放大电路的输出端连接，第一电阻另一端连接第一电容一端，第一电容另一端和第一二极管阳极与原边绕组的同名端连接，原边绕组的异名端与参考地连接；副边电路包括第一稳压管、第二二极管、第二电容、第三三极管与副边绕组，其中第一稳压管阳极与副边绕组的同名端连接，第一稳压管阴极与第二电容一端、第二二极管阳极、第三三极管基极连接，第二电容另一端与第三三极管集电极连接副边绕组的异名端作为隔离驱动电路的输出参考端与功率开关管的源极连接，第二二极管阴极与第三三极管发射极连接作为隔离驱动电路的输出端与功率开关管的栅极连接。
2.根据权利要求1所述的隔离驱动电路，其特征在于：图腾柱放大电路由NPN型的第一三极管和PNP型的第二三极管组成。
3.根据权利要求1所述的隔离驱动电路，其特征在于：图腾柱放大电路由N沟道型的第一MOS管和P沟道型的第二MOS管组成。
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