CN219960387U - 一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，涉及开关电源功率电路技术领域，电路结构包括驱动电源VCC、图腾柱电路、MOS管V3、基极电阻R1、电阻R2、缓冲电路、去耦电阻Rx、去耦电容Cx和GND端。本申请方案通过在驱动电源VCC与GND端之间增加去耦电阻Rx和去耦电容Cx，可以实现对图腾柱电路开关时的电流缓冲，防止开关导通时对驱动电源VCC的冲击，同时去耦电容Cx还能提供瞬间能量输出，能够正常驱动MOS管V3工作，最大限度使用了辅助电源的供电能力，无需扩大辅助电源的功率，节约了产品空间和成本。

Description

一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构

技术领域

本实用新型属于开关电源功率电路技术领域，具体涉及一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构。

背景技术

当使用LLC拓扑电路的开关电源工作在轻载状态时，容易出现辅助电源欠压告警现象。随着负载增大，告警现象消失。经分析，LLC拓扑电路开关电源的开关频率是变频的，轻载工作时，MOS管的开关频率最高，造成的开关损耗最大。由于MOS管的驱动采用图腾柱电路模块，驱动电路能量由辅助电源提供，在高频工作时，存在辅助电源能量供应不足，容易造成欠压告警，且图腾柱驱动损坏较大的问题。

实用新型内容

为解决上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，旨在解决当前LLC拓扑电路开关电源在高频工作时，存在辅助电源能量供应不足，容易造成欠压告警，且图腾柱驱动损坏较大的问题。

为达成以上目的，本申请采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，包括驱动电源VCC、图腾柱电路、MOS管V3、基极电阻R1、电阻R2、缓冲电路、去耦电阻Rx、去耦电容Cx和GND端；所述驱动电源VCC与去耦电阻Rx的输入端连接；所述图腾柱电路的驱动输入端与基极电阻R1的输出端连接，所述图腾柱电路的驱动输出端与所述缓冲电路的输入端连接，所述去耦电阻Rx的输出端与所述图腾柱电路的电源输入端连接，所述图腾柱电路的电源输出端与GND端连接；所述电阻R2的一端与所述基极电阻R1的输出端连接，其另一端与GND端连接；所述缓冲电路的输出端与MOS管V3的栅极连接；所述去耦电容Cx的一端与GND端连接，其另一端与所述去耦电阻Rx的输出端连接；GND端于MOS管V3的源极连接。

进一步地，所述图腾柱电路包括三极管V1和三极管V2；所述基极电阻R1的输出端分别与三极管V1的基极和三极管V2的基极连接；三极管V1的集电极与所述去耦电阻Rx的输出端连接，三极管V1的发射极分别与所述缓冲电路的输入端和三极管V2的集电极连接；三极管V2的发射极与所述GND端连接。

进一步地，所述缓冲电路具体包括驱动电阻R3和结电容Ciss；驱动电阻R3的输入端与所述三极管V1的发射极连接，驱动电阻R3的输出端与所述MOS管V3的栅极连接；结电容Ciss的两端分别与驱动电阻R3的输出端和MOS管V3的源极连接。

进一步地，所述去耦电容Cx采用型号为10μF～100μF的电容。

进一步地，限制图腾柱驱动损耗的电路结构还包括控制器，控制器与基极电阻R1的输入端连接。

进一步地，所述三极管V1采用NPN型号的三极管。

进一步地，所述三极管V2采用PNP型号的三极管。

进一步地，所述去耦电阻Rx为可调电阻。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请方案提供的限制图腾柱驱动损耗的电路结构包括驱动电源VCC、图腾柱电路、MOS管V3、基极电阻R1、电阻R2、缓冲电路、去耦电阻Rx、去耦电容Cx和GND端。所述驱动电源VCC与去耦电阻Rx的输入端连接；所述图腾柱电路的驱动输入端与基极电阻R1的输出端连接，所述图腾柱电路的驱动输出端与所述缓冲电路的输入端连接，所述去耦电阻Rx的输出端与所述图腾柱电路的电源输入端连接，所述图腾柱电路的电源输出端与GND端连接；所述电阻R2的一端与所述基极电阻R1的输出端连接，其另一端与GND端连接；所述缓冲电路的输出端与MOS管V3的栅极连接；所述去耦电容Cx的一端与GND端连接，其另一端与所述去耦电阻Rx的输出端连接；GND端于MOS管V3的源极连接。本申请方案在驱动电源VCC与GND端之间增加去耦电阻Rx和去耦电容Cx，可以实现对图腾柱电路开关时的电流缓冲，防止开关导通时对驱动电源VCC的冲击，同时去耦电容Cx还能提供瞬间能量输出，能够正常驱动MOS管V3工作。本申请方案通过增加去耦电阻Rx和去耦电容Cx这两个限流稳压阻容器件，解决了当前LLC拓扑电路开关电源在高频工作时，存在辅助电源能量供应不足，容易造成欠压告警，且图腾柱驱动损坏较大的问题，达到了限制图腾柱驱动损耗的目的。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是根据一实施例示出的现有开关电源功率电路的图腾柱驱动电路图；

图2是根据一实施例示出的限制图腾柱驱动损耗的电路结构图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的开关电源功率电路的图腾柱驱动电路图。如图1所示，现有的图腾柱驱动电路包括驱动电源VCC、三极管V1、三极管V2、MOS管V3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、结电容Ciss和GND端(电源地或电线接地端)。

图1中，控制器的驱动信号经过电阻R1、R2驱动三极管V1、V2的通断，经过三极管V1、V2将驱动电源VCC或地信号，接入电阻R3和结电容Ciss的缓冲电路，最终驱动功率MOS管V3的通断。电源通过MOS管V3，对外部负载提高功率输出。

由图1知，当三极管V1导通时，驱动电源VCC通过电阻R3接入到MOS管V3的驱动端。由于R3的阻值一般为4.7Ω～20Ω，在MOS管V3导通时，驱动电源VCC需要提供冲击电流，同时驱动电源VCC还需要给系统中其他器件供电，此时会出现驱动电源VCC输出功率不足的问题。考虑到VCC功率不足会存在限流，造成VCC电压下降现象时会影响其他用电器件的正常工作。此外，由于三极管V1的通断特性，在VCC电源上形成较强的电磁干扰。

由于现在功率电子使用的LLC拓扑电路开关频率是变频的。满载时工作MOS管V3的开关频率最低，轻载时工作频率最高。因此MOS管V3的驱动损耗和频率有关系，频率越高损耗越大，MOS管损耗越大要求驱动电源VCC的功率越大。当驱动电源功率达不到时，驱动电源VCC电压会由于限流保护而降低，从而出现辅助电源欠压故障。基于上述原因，使用LLC拓扑电路的数字电源通常出现满载时可以工作正常，轻载工作时出现欠压告警故障的问题。

请参阅图2，图2是本申请方案针对上述图腾柱驱动电路中的缺陷而设计的一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构图。如图2所示，一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，包括驱动电源VCC、图腾柱电路、MOS管V3、基极电阻R1、电阻R2、缓冲电路、去耦电阻Rx、去耦电容Cx和GND端；所述驱动电源VCC与去耦电阻Rx的输入端连接；所述图腾柱电路的驱动输入端与基极电阻R1的输出端连接，所述图腾柱电路的驱动输出端与所述缓冲电路的输入端连接，所述去耦电阻Rx的输出端与所述图腾柱电路的电源输入端连接，所述图腾柱电路的电源输出端与GND端连接；所述电阻R2的一端与所述基极电阻R1的输出端连接，其另一端与GND端连接；所述缓冲电路的输出端与MOS管V3的栅极连接；所述去耦电容Cx的一端与GND端连接，其另一端与所述去耦电阻Rx的输出端连接；GND端于MOS管V3的源极连接。此外，图2中的VAX端是MOS管的输出端，其一端连接MOS管V3的漏极，另一端连接外部负载。

进一步地，所述图腾柱电路包括三极管V1和三极管V2；所述基极电阻R1的输出端分别与三极管V1的基极和三极管V2的基极连接；三极管V1的集电极与所述去耦电阻Rx的输出端连接，三极管V1的发射极分别与所述缓冲电路的输入端和三极管V2的集电极连接；三极管V2的发射极与所述GND端连接。

进一步地，所述缓冲电路具体包括驱动电阻R3和结电容Ciss；驱动电阻R3的输入端与所述三极管V1的发射极连接，驱动电阻R3的输出端与所述MOS管V3的栅极连接；结电容Ciss的两端分别与驱动电阻R3的输出端和MOS管V3的源极连接。其中，所述三极管V1采用NPN型号的三极管，三极管V2采用PNP型号的三极管。

进一步地，所述去耦电容Cx采用型号为10μF～100μF的电容。

进一步地，限制图腾柱驱动损耗的电路结构中还包括控制器，用于输入驱动信号，控制器与基极电阻R1的输入端连接。

具体的，本申请方案中，当控制器(如DSP)给出驱动信号，由驱动电源VCC和三极管V1、V2放大驱动MOS管V3。驱动电源VCC通常取12V，Rx为去耦电阻，Cx为去耦电容。由于MOS管的电压开通特性是大于8V就能完全开通，因此，可以通过增加去耦电阻Rx的阻值，以实现限制VCC输出功率的目的。去耦电容Cx为稳定MOS管V3的供电器件，可以根据MOS管V3的型号选用Cx为10uF～100uF的电容。为保证MOS管V3的电压Vx＞8V，去耦电阻Rx的阻值可以通过理论计算获得。

去耦电阻Rx的阻值理论计算过程如下：

图2中，驱动电阻R3映射到去耦电阻Rx，电阻值为0Ω。电容Ciss为MOS管V3的结电容，由器件手册可以查到。此时，

驱动MOS管V3的损耗功率为P1＝1/2*Ciss*Vx^2*f(1)；

去耦电阻Rx的功率为由式(2)得到：

P2＝Ix^2*Rx＝(Vcc-Vx) ^2/Rx (2)；

假设驱动电源VCC设计对MOS管V3正常工作的功率为Pmin，

则Pmin≥P1+P2 (3)；

Pmin≥1/2*Ciss*Vx^2*f + (Vcc-Vx) ^2/Rx (4)。

上述公式中的MOS管V3的电压Vx由器件手册的传输特性曲线可以查到，假设为8V；设计驱动电源VCC对MOS管V3的功率为P＝1.2W；驱动电源电压为VCC＝12V；MOS管结电容Ciss＝96nF；最大工作频率f＝250kHz。将以上数据代入公式4进行计算得1.2≥0.768+16/Rx；

由结果可知，Vgs电压为8V时，电源最低功率为0.768W，当供电功率为1.2W时，Rx＝37Ω。

进一步的，本申请方案中，也可根据MOS管输出的电流要求，由MOS管的传输特性调整Vgs，可以得出Rx的不同需求阻值。

在实际使用过程中，如果不增加去耦电阻Rx这个器件，增大驱动电阻R3的阻值同样可以起到限流的作用，但是驱动电阻R3的阻值增大，会减小MOS管V3的Igs开通驱动电流，增大MOS管V3的开通损耗，不利于MOS管工作。因此，去耦电阻Rx可以采用可调电阻，能提高驱动电路对MOS管的适配性。

在上述电路中，增加电容Cx，当MOS管开通时，提供MOS管的导通电流，减小开通时间，进而减小导通损坏。

本申请方案充分考虑LLC拓扑电路的工作模式，利用上述图腾柱限流驱动电路，最大限度使用辅助电源的供电能力，无需扩大辅助电源的功率，节约了产品空间和成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，其特征在于，包括驱动电源VCC、图腾柱电路、MOS管V3、基极电阻R1、电阻R2、缓冲电路、去耦电阻Rx、去耦电容Cx和GND端；所述驱动电源VCC与去耦电阻Rx的输入端连接；所述图腾柱电路的驱动输入端与基极电阻R1的输出端连接，所述图腾柱电路的驱动输出端与所述缓冲电路的输入端连接，所述去耦电阻Rx的输出端与所述图腾柱电路的电源输入端连接，所述图腾柱电路的电源输出端与GND端连接；所述电阻R2的一端与所述基极电阻R1的输出端连接，其另一端与GND端连接；所述缓冲电路的输出端与MOS管V3的栅极连接；所述去耦电容Cx的一端与GND端连接，其另一端与所述去耦电阻Rx的输出端连接；GND端于MOS管V3的源极连接。

2.根据权利要求1所述的一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，其特征在于，所述图腾柱电路包括三极管V1和三极管V2；所述基极电阻R1的输出端分别与三极管V1的基极和三极管V2的基极连接；三极管V1的集电极与所述去耦电阻Rx的输出端连接，三极管V1的发射极分别与所述缓冲电路的输入端和三极管V2的集电极连接；三极管V2的发射极与所述GND端连接。

3.根据权利要求2所述的一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，其特征在于，所述缓冲电路具体包括驱动电阻R3和结电容Ciss；驱动电阻R3的输入端与所述三极管V1的发射极连接，驱动电阻R3的输出端与所述MOS管V3的栅极连接；结电容Ciss的两端分别与驱动电阻R3的输出端和MOS管V3的源极连接。

4.根据权利要求1所述的一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，其特征在于，所述去耦电容Cx采用型号为10μF～100μF的电容。

5.根据权利要求1所述的一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，其特征在于，还包括控制器，控制器与基极电阻R1的输入端连接。

6.根据权利要求2所述的一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，其特征在于，所述三极管V1采用NPN型号的三极管。

7.根据权利要求2所述的一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，其特征在于，所述三极管V2采用PNP型号的三极管。

8.根据权利要求1所述的一种限制图腾柱驱动损耗的电路结构，其特征在于，所述去耦电阻Rx为可调电阻。