CN216599401U - 开关管驱动电路、反激电源电路及电源设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关管驱动电路、反激电源电路及电源设备，涉及电力电子技术领域。开关管驱动电路包括：振荡电路，用于产生振荡信号；反相电路，分别与振荡电路和开关管连接，用于对振荡信号进行反相，获得驱动信号，并将驱动信号施加在开关管的控制端。振荡电路和反相电路通常均不采用芯片，故本实施方式中的开关管驱动电路避免采用高集成芯片，从而降低了成本。

Description

开关管驱动电路、反激电源电路及电源设备

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种开关管驱动电路、反激电源电路及电源设备。

背景技术

开关管通过在电力系统中起到回路通断控制作用。根据设计者的需求，开关管可以按照一定的频率在导通状态与断开状态之间进行切换。但开关管的驱动电路中主要采用集成的专用芯片进行控制，由于这类芯片往往成本较高，导致开关管的应用成本也较高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种开关管驱动电路、反激电源电路及电源设备，旨在解决现有技术中开关管驱动电路的应用成本高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种开关管驱动电路，开关管驱动电路包括：

振荡电路，用于产生振荡信号；

反相电路，分别与振荡电路和开关管连接，用于对振荡信号进行反相，获得驱动信号，并将驱动信号施加在开关管的控制端。

可选的，反相电路包括：

第一反相施密特触发器，第一反相施密特触发器的输入端与振荡电路的输出端连接，第一反相施密特触发器的输出端与开关管的控制端连接。

可选的，反相电路还包括：第一电阻和第一电容；

第一电阻的第一端和第一电容的第一端均与第一反相施密特触发器的输出端连接，第一电阻的第二端和第一电容的第二端均与开关管的控制端连接。

可选的，振荡电路包括：第二反相施密特触发器、第二电阻和第二电容；

第二反相施密特触发器的输入端分别与第二电阻的第一端和第二电容的第一端连接，第二反相施密特触发器的输出端分别与第二电阻的第二端和反相电路的输入端连接，第二电容的第二端接地。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种反激电源电路，反激电源电路包括变压器、开关管和如上述的开关管驱动电路；

变压器的原边线圈的输出端与开关管的输入端连接，开关管的输出端接地，开关管的控制端与开关管驱动电路的输出端连接。

可选的，反激电源电路还包括：第三电阻、第四电阻、第三电容、稳压二极管和供电端子；

第三电阻的第一端与变压器的原边线圈的输入端连接，第三电阻的第二端分别与第四电阻的第一端、第三电容的第一端、稳压二极管的负极和供电端子连接，第四电阻的第二端、第三电容的第二端和稳压二极管的正极均接地，供电端子与开关管驱动电路的供电端子连接。

可选的，开关管驱动电路包括：

复位端子，开关管驱动电路在复位端子接收到复位信号时，控制开关管处于断开状态。

可选的，反激电源电路还包括：第五电阻、第六电阻、第四电容和三极管；

第五电阻设置于开关管的输出端与接地端之间，第五电阻的第一端与开关管的输出端连接，第五电阻的第二端接地；第六电阻的第一端与第五电阻的第一端连接，第六电阻的第二端分别与第四电容的第一端和三极管的基极连接，第四电容的第二端与三极管的发射极连接，三极管的发射极接地，三极管的集电极与复位端子连接；三极管在处于导通状态时，向复位端子发送复位信号。

可选的，反激电源电路还包括：第七电阻、第八电阻、第九电阻和光耦；

第七电阻的第一端和第八电阻的第一端均与变压器的副边线圈的输出端连接，第七电阻的第二端分别与第九电阻的第一端和光耦的输入侧的输入端连接，第八电阻的第二端和第九电阻的第二端均与光耦的输入侧的输出端连接，光耦的输入侧的输出端接地。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种电源设备，电源设备包括如上述的反激电源电路。

本实用新型中，通过设置振荡电路和反相电路构成开关管驱动电路。其中，振荡电路用于产生振荡信号；反相电路用于对振荡信号进行反相，获得驱动信号，并将驱动信号施加在开关管的控制端。振荡电路和反相电路通常均不采用芯片，故本实施方式中的开关管驱动电路避免采用高集成芯片，从而降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型开关管驱动电路第一实施例的结构框图；

图2为本实用新型开关管驱动电路一实施方式的电路原理图；

图3为本实用新型反激电源电路第一实施例的结构框图；

图4为本实用新型反激电源电路第二实施例的结构框图；

图5为本实用新型反激电源电路一实施方式的电路原理图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	开关管驱动电路	U1～U2	第一～第二反相施密特触发器
20	振荡电路	R1～R15	第一～第十五电阻
				30	反相电路	C1～C10	第一～第十电容
40	开关管	DT1～DT2	第一～第二稳压二极管
				50	供电电路	D1～D2	第一～第二二极管
60	过流检测电路	T	变压器
				70	反馈电路	Q	MOS管
80	输入电路	OC	光耦
				90	输出电路	VT	三极管
100	电压设置电路	DZ	双向稳压二极管

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本实用新型开关管驱动电路第一实施例的结构框图。本实用新型提出开关管驱动电路的第一实施例。

如图1所示，在第一实施例中，开关管驱动电路10包括振荡电路20和反相电路30；反相电路30分别与振荡电路20和开关管40连接。其中，振荡电路20用于产生振荡信号；反相电路30用于对振荡信号进行反相，获得驱动信号，并将驱动信号施加在开关管40的控制端。

需要说明的是，开关管可以为MOS管(Metal-OxiDTe-SemiconDTuctor FielDT-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称场效晶体管)或者三极管之类的功率开关管。功率开关管通常具有能承受较大电流，漏电流较小，在一定条件下有较好饱和导通及截止特性开关管。本实施方式以开关管为MOS管为例进行说明。

开关管可以根据驱动信号的电平高低在导通状态和断开状态之间进行切换。例如，MOS管可以在栅极接收到高电平信号时导通，在栅极接收到低电平时断开。

可以理解的是，振荡电路20通常利用相反的输入与输出进行持续的振荡。在开始启动时，输入信号可以从低电平开始，相应的输出信号从高电平开始；或者输入信号可以从高电平开始，相应的输出信号从低电平开始。其中，振荡信号的频率与振荡电路20的具体结构相关，其可以根据用户的需求进行设置，本实施方式对此不加以限制。

在本实施方式中，为了使开关管的控制更便利，开关管驱动电路的输入与输出相同，在振荡电路20后端增加反相电路30。反相电路30的输入与输出为相反相位。由此，反相电路30的输出与振荡电路20的输入相同，即开关管驱动电路的输入与输出相同，开关管的控制逻辑更简单。

在具体实现时，振荡电路20所产生的振荡信号的波形可以为方波或者矩形波，驱动信号的波形与振荡信号的波形类型相同，且频率也相同。驱动信号的电压按照固定的频率在一定的电压范围内波动，以驱动开关管按照一定的开关频率进行运行。例如，驱动信号的电压达到MOS管对应的导通电压时，MOS管处于导通状态，在驱动信号的电压没有达到MOS管对应的导通电压时，MOS管处于断开状态。

在本实施方式中，通过设置振荡电路20和反相电路30构成开关管驱动电路10。其中，振荡电路20用于产生振荡信号；反相电路30用于对振荡信号进行反相，获得驱动信号，并将驱动信号施加在开关管40的控制端。振荡电路20和反相电路30通常均不采用芯片，故本实施方式中的开关管驱动电路10避免采用高集成芯片，从而降低了成本。

参照图2，图2为本实用新型开关管驱动电路一实施方式的电路原理图。基于上述第一实施例，本实用新型提出开关管驱动电路的第二实施例。

在第二实施例中，反相电路30可以包括第一反相施密特触发器U1。第一反相施密特触发器U1的输入端与振荡电路20的输出端连接，第一反相施密特触发器U1的输出端与开关管40的控制端连接。

在本实施方式中，为使开关管40的控制更稳定，将驱动信号设置成方波信号。其中，驱动信号中的高电压大于开关管40对应的导通电压。同时，为同时对振荡信号进行反相处理，反相电路30中设置有第一反相施密特触发器U1。

对于反相施密特触发器，当输入电压高于正向阈值电压，输出为低；当输入电压低于负向阈值电压，输出为高；当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变，也就是说输出由高电准位翻转为低电准位，或是由低电准位翻转为高电准位时所对应的阈值电压是不同的。

在本实施方式中，为使开关管的导通速度更快，反相电路30还可以包括：第一电阻R1和第一电容C1。其中，第一电阻R1的第一端和第一电容C1的第一端均与第一反相施密特触发器U1的输出端连接，第一电阻R1的第二端和第一电容C1的第二端均与开关管40的控制端连接。第一电阻R1可以其限流作用，第一电容C1可用于稳定开关管40控制端的电压。

此外，在本实施方式中，振荡电路20可以包括：第二反相施密特触发器U2、第二电阻R2和第二电容C2；第二反相施密特触发器U2的输入端分别与第二电阻R2的第一端和第二电容C2的第一端连接，第二反相施密特触发器U2的输出端分别与第二电阻R2的第二端和反相电路30的输入端连接，第二电容C2的第二端接地。

可以理解的是，在开始上电时，第二反相施密特触发器U2的输入为低，其输出为高。此时输出通过第二电阻R2反馈至输入，输入逐渐升高，在大于正向阈值电压时，输出为低。然后，输入由于反馈逐渐降低，在小于负向阈值电压时，输出为高。然后重复上述过程，进行震荡。其中，第二电容C2利用充放电对第二反相施密特触发器U2的输入电压进行延迟。故，振荡信号的频率可以通过第二电阻R2和第二电容C2的参数进行配置。

在第二实施例中，反相电路30可以包括第一反相施密特触发器U1，振荡电路20可以包括：第二反相施密特触发器U2。本实施方式通过反相施密特触发器构建开关管40的驱动电路，电路结构简单，成本更低。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种反激电源电路。参照图3，图3为本实用新型反激电源电路第一实施例的结构框图。基于上述实施例，本实用新型提出反激电源电路的一实施例。

如图3所示，本实施例中，反激电源电路包括变压器T、开关管40和如上述的开关管驱动电路10。变压器T的原边线圈的输出端与开关管40的输入端连接，开关管40的输出端接地，开关管40的控制端与开关管驱动电路10的输出端连接。

需要说明的是，变压器T的原边线圈的输入端可以连接供电电源，该供电电源可以为市电或者其他供电设备提供的电源。变压器T的幅边线圈可以与负载或者其他电源模块(如降压、整流等)连接。

在开关管40处于导通状态，且变压器T的原边线圈输入为高电平时，原边线圈为充电状态；相反，在开关管40处于断开状态，且变压器T的原边线圈输入为高电平时，原边线圈为放电状态。反激电源电路的基本原理已有成熟技术，本实施方式在此不再赘述。由于本实施方式中的反激电源电路中的开关管驱动电路10可以采用上述实施例一和实施例二的结构，故本实施方式中的反激电源电路也具有上述实施例的技术方案所带来的有益效果(如成本更低)，在此不再一一赘述。

参照图4，图4为本实用新型反激电源电路第二实施例的结构框图。基于上述实施例，本实用新型提出反激电源电路的第二实施例。

在本实施例中，为提高反激电源电路的性能，反激电源电路还可以包括供电电路50、过流检测电路60、反馈电路70、输入电路80、输出电路90和电压设置电路100。其中，供电电路50用于对开关管驱动电路10进行供电；过流检测电路60用于在输入电流过大时，对反激电源电路进行保护；反馈电路70用于对变压器T的输出检测；输入电路80用于对变压器T原边线圈的输入电源进行调整；输出电路90用于对变压器T副边线圈的输出进行调整后输出；电压设置电路100用于调节变压器T副边线圈的输出电压。

参照图5，图5为本实用新型反激电源电路一实施方式的电路原理图。在具体实现时，开关管40可以为MOS管Q。MOS管Q的栅极分别与第一电阻R1的第二端和第十五电阻R15的第一端连接，第十五电阻R15的第二端与MOS管Q的源极。第十五电阻R15起到分压作用，第十五电阻R15两端的压差与MOS管Q的栅极与源极之间的压差相同。

供电电路50可以包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3、第一稳压二极管DT1和供电端子。其中，第三电阻R3的第一端与变压器T的原边线圈的输入端连接。第三电阻R3的第二端分别与第四电阻R4的第一端、第三电容C3的第一端、第一稳压二极管DT1的负极和供电端子连接。第四电阻R4的第二端、第三电容C3的第二端和第一稳压二极管DT1的正极均接地，供电端子与开关管驱动电路10的供电端子连接。

需要说明的是，开关管驱动电路10的供电端子与开关管驱动电路10内的有源器件连接。参照实施例二，该有源器件可以为第一反相施密特触发器U1和第二反相施密特触发器U2。第三电阻R3起限流作用，第四电阻R4作为负载，调节供电端子的电压。供电端子的电压可以为3.3V或5V，其具体值可以根据需求设置，本实施方式对此不加以限制。

在本实施方式中，为便于反激电源电路的安全控制，开关管驱动电路包括10：复位端子，开关管驱动电路10在复位端子接收到复位信号时，控制开关管40处于断开状态。

需要说明的是，复位端子可以设置于第二电阻R2和第二电容C2之间。该复位信号可以为低电平信号。在复位端子接收到复位信号时，第二反相施密特触发器U2的输入拉低，输出为高，第一反相施密特触发器U1的输出为低，MOS管Q截止。

在本实施方式中，过流检测电路60可以包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第四电容C4和三极管VT。第五电阻R5设置于开关管40的输出端与接地端之间。第五电阻R5的第一端与开关管40的输出端连接，第五电阻R5的第二端接地。第六电阻R6的第一端与第五电阻R5的第一端连接，第六电阻R6的第二端分别与第四电容C4的第一端和三极管VT的基极连接。第四电容C4的第二端与三极VT管的发射极连接，三极管VT的发射极接地。三极管VT的集电极与复位端子连接；三极管VT在处于导通状态时，向复位端子发送复位信号。

具体的，开关管40的输出端为MOS管Q的源极。在MOS管Q的源极流经的电流过大时，三极管VT导通。此时复位端子接地，第二反相施密特触发器U2的输入拉低，MOS管Q截止，实现过滤保护。

在本实施方式中，反馈电路70可以包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电R9阻和光耦OC。第七电阻R7的第一端和第八电阻R8的第一端均与变压器T的副边线圈的输出端连接。第七电阻R7的第二端分别与第九电阻R9的第一端和光耦OC的输入侧的输入端连接，第八电阻R8的第二端和第九电阻R9的第二端均与光耦OC的输入侧的输出端连接，光耦OC的输入侧的输出端接地。

可以理解的是，反馈电路70通过光耦OC进行隔离，在变压器T的输出电流过高时，光耦OC内的二极管发光，光耦OC内的晶体管导通。此时复位端子接地，第二反相施密特触发器U2的输入拉低，MOS管Q截止，实现过滤保护。

此外，电压设置电路100可以包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第五电容C5、第六电容C6和第二稳压二极管DT2。第二稳压二极管DT2可以为三段稳压管。第十电阻R10的第一端与变压器T的副边线圈的输出端连接，第十电阻R10的第二端分别与第十一电阻R11的第一端、第二稳压二极管DT2的基准端、第五电容C5的第一端和第六电容C6的第一端连接。第十一电阻R11的第二端和第二稳压二极管DT2正极接地。第二稳压二极管DT2的负极分别与光耦OC的输入侧的输出端、第十二电阻R12的第一端和第六电容C6的第二端连接。第十二电阻R12的第二端与第五电容C5的第二端连接。其中，第十电阻R10、第十一电阻R11和第二稳压二极管DT2可调整变压器T的输出。第十二电阻R12、第五电容C5和第六电容C6起补偿作用。

输入电路80可以包括第十三电阻R13、第七电容C7、第八电容C8、双向稳压二极管DZ和第一二极管D1。第十三电阻R13的第一端、第七电容C7的第一端、第八电容C8的第一端和双向稳压二极管DZ的第一端均与电源输入端连接。电源输入端与变压器T的原边线圈的输入端连接。第十三电阻R13的第二端、第七电容C7的第二端和双向稳压二极管DZ的第二端均与第一二极管D1的负极连接，第一二极管D1正极与变压器T的原边线圈的输出端连接。第八电容C8的第二端接地。第一二极管D1起续流作用，用于稳压。双向稳压二极管DZ可以抑制瞬态电路。输入电路80能够维持变压器T的输入电源稳定。

输出电路90可以包括第十四电阻R14、第九电容C9、第十电容C10和第二二极管D2。变压器T的副边线圈的一端接地，另一端分别与第九电容C9的第一端和第二二极管D2的正极连接。第十四电阻R14的第一端与第九电容C9的第二端连接。第十四电阻R14的第二端分别与第二二极管D2的负极、第十电容C10的第一端和输出端子连接。第十电容C10的第二端接地。其中，第十四电阻R14、第九电容C9、第十电容C10能够起到稳压作用，从而保证输出电压的稳定。输出端子可以与负载等设备连接，用于供电。

在本实施方式中，反激电源电路还可以包括供电电路50、过流检测电路60、反馈电路70、输入电路80、输出电路90和电压设置电路100。本实施方式提供的反激电源电路输出稳定，安全系数高，成本较低。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种电源设备，该电源设备包括如上述的反激电源电路。该反激电源电路的具体结构参照上述实施例，由于本电源设备可以采用上述所有实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种开关管驱动电路，其特征在于，所述开关管驱动电路包括：

振荡电路，用于产生振荡信号；

反相电路，分别与所述振荡电路和开关管连接，用于对所述振荡信号进行反相，获得驱动信号，并将所述驱动信号施加在所述开关管的控制端。

2.如权利要求1所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述反相电路包括：

第一反相施密特触发器，所述第一反相施密特触发器的输入端与所述振荡电路的输出端连接，所述第一反相施密特触发器的输出端与所述开关管的控制端连接。

3.如权利要求2所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述反相电路还包括：第一电阻和第一电容；

所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端均与所述第一反相施密特触发器的输出端连接，所述第一电阻的第二端和所述第一电容的第二端均与所述开关管的控制端连接。

4.如权利要求1-3中任一项所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述振荡电路包括：第二反相施密特触发器、第二电阻和第二电容；

所述第二反相施密特触发器的输入端分别与所述第二电阻的第一端和所述第二电容的第一端连接，所述第二反相施密特触发器的输出端分别与所述第二电阻的第二端和所述反相电路的输入端连接，所述第二电容的第二端接地。

5.一种反激电源电路，其特征在于，所述反激电源电路包括变压器、开关管和如权利要求1-4中任一项所述的开关管驱动电路；

所述变压器的原边线圈的输出端与所述开关管的输入端连接，所述开关管的输出端接地，所述开关管的控制端与所述开关管驱动电路的输出端连接。

6.如权利要求5所述的反激电源电路，其特征在于，所述反激电源电路还包括：第三电阻、第四电阻、第三电容、稳压二极管和供电端子；

所述第三电阻的第一端与所述变压器的原边线圈的输入端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第四电阻的第一端、所述第三电容的第一端、所述稳压二极管的负极和所述供电端子连接，所述第四电阻的第二端、所述第三电容的第二端和所述稳压二极管的正极均接地，所述供电端子与所述开关管驱动电路的供电端子连接。

7.如权利要求5或6所述的反激电源电路，其特征在于，所述开关管驱动电路包括：

复位端子，所述开关管驱动电路在所述复位端子接收到复位信号时，控制所述开关管处于断开状态。

8.如权利要求7所述的反激电源电路，其特征在于，所述反激电源电路还包括：第五电阻、第六电阻、第四电容和三极管；

所述第五电阻设置于所述开关管的输出端与接地端之间，所述第五电阻的第一端与所述开关管的输出端连接，所述第五电阻的第二端接地；所述第六电阻的第一端与所述第五电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端分别与所述第四电容的第一端和所述三极管的基极连接，所述第四电容的第二端与所述三极管的发射极连接，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极与所述复位端子连接；所述三极管在处于导通状态时，向所述复位端子发送复位信号。

9.如权利要求6所述的反激电源电路，其特征在于，所述反激电源电路还包括：第七电阻、第八电阻、第九电阻和光耦；

所述第七电阻的第一端和所述第八电阻的第一端均与所述变压器的副边线圈的输出端连接，所述第七电阻的第二端分别与所述第九电阻的第一端和所述光耦的输入侧的输入端连接，所述第八电阻的第二端和所述第九电阻的第二端均与所述光耦的输入侧的输出端连接，所述光耦的输入侧的输出端接地。

10.一种电源设备，其特征在于，所述电源设备包括如权利要求5-9中任一项所述的反激电源电路。

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