專利名稱：一種隔離驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改進的隔離驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
磁隔離驅(qū)動器可以用于高端功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的驅(qū)動，習(xí)知常用的一種驅(qū)動器電路如圖1所述。其中電容Cl為輸入端隔直電容，電容電壓的參考極性如圖1所示，Tl為隔離變壓器，QO為被驅(qū)動的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，C3為QO的等效輸入電容。Vl是脈沖寬度調(diào)變驅(qū)動器的輸出信號波形，Vp是變壓器輸入端的波形，Vs是該磁隔離驅(qū)動器的輸出波形，圖1所示電路工作波形請參閱圖2所示。假設(shè)穩(wěn)態(tài)時該驅(qū)動器輸出信號Vl的周期為T，占空比為D，幅值為Vccl，同時假設(shè)變壓器Tl的輸入輸出匝比為I，則穩(wěn)態(tài)時輸入端直流隔直電容Cl上的電壓為DVccl。在Vl為高電平時，Vs也為高電平，其幅值為(Vl-Vci)，即(1-D) Vccl。而在Vl為低電平時，Vs為負電平，其幅值為(_Va)， 即D Vccl0由此可見這種隔離驅(qū)動器的線路簡單，而且被驅(qū)動金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管有反向的驅(qū)動電壓，抗干擾能力強。但其有待改進之處在于，在占空比D較小時，Vs的高電平幅值(1-D) V就較大，可能超過QO的Vgs能夠承受的最大電壓。
同時當所述控制或驅(qū)動芯片發(fā)出的脈沖方波波形占空比快速減小時，所述原邊隔直電容和隔離變壓器原邊勵磁電感產(chǎn)生諧振，從而使所述隔離變壓器原邊繞組兩端電壓也會劇烈變化。從而使Vs劇烈變化。使得開關(guān)管不能夠被可靠驅(qū)動。特別是當Cl變化為負值時，在Vl為高電平時，Vs也為高電平，其幅值為(Vl-Va),有可能會超過柵源極能夠承受的最大電壓。而在Vl為低電平時，Vs為負電平，其幅值為(-να)，也即為高電平，開關(guān)管被誤開通。
基于上述分析這種驅(qū)動器電路不適合應(yīng)用在占空比變化較大的場合。本發(fā)明人針對現(xiàn)有的隔離驅(qū)動裝置進行 深入研究，并經(jīng)多次改進，本案由此產(chǎn)生。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的磁隔離驅(qū)動器不適合應(yīng)用在占空比變化較大的場合， 本發(fā)明提供一種隔離驅(qū)動電路，包括產(chǎn)生驅(qū)動脈沖的驅(qū)動控制電路、包含原邊繞組和副邊繞組的驅(qū)動變壓器、連接于所述驅(qū)動控制電路和所述驅(qū)動變壓器原邊繞組之間的防反電路、并聯(lián)于所述驅(qū)動變壓器副邊繞組的副邊處理電路。
上述防反電路由一電容和一第一二極管組成，其連接方式為所述電容和所述第一二極管并聯(lián)。并且所述第一二極管的陰極和所述驅(qū)動控制電路的一輸出端相連，所述第一二極管的陽極和所述驅(qū)動變壓器的繞組相連。
上述副邊處理電路包括一輸出電壓箝位電路，所述電壓箝位電路由一第二二極管和一 PNP型三極管以及一穩(wěn)壓二極管組成，其連接方式為所述三極管的發(fā)射極和所述第二二極管的陰極相連，所述三極管的基極和穩(wěn)壓二極管的陰極相連，所述三極管的集電極和所述穩(wěn)壓二極管的陽極相連并且與所述驅(qū)動變壓器的副邊繞組的第一端口相連，所述第二二極管的陽極和所述驅(qū)動變壓器的副邊繞組的第二端口相連。
上述副邊處理電路還包括一放電回路，所述放電回路由一第三二極管、一第四二 極管和一第二三極管組成，其連接方式為所述第四二極管和所述第二三極管串聯(lián)后與所 述驅(qū)動變壓器的副邊繞組的第一端口相連，所述第二三極管的集電極和基極分別與所述驅(qū) 動變壓器的副邊繞組的第二端口相連，并在所述第二三極管的集電極和基極之間串接所述 第三二極管。
上述副邊處理電路另一實施方式為由三個二極管、一三極管和一穩(wěn)壓管組成，其 連接方式為所述第五二極管、第六二極管和所述第二穩(wěn)壓二極管串聯(lián)，并且所述第六二極 管的陰極和穩(wěn)壓二極管的陰極相連，所述穩(wěn)壓二極管的陽極和所述驅(qū)動變壓器副邊繞組的 一端相連，所述第五二極管的陽極和第六二極管的陽極相連后與三極管的基極相連，所述 第五二極管的陰極和所述第七二極管的陽極相連后與所述驅(qū)動變壓器副邊繞組的另一端 相連，所述三極管的發(fā)射極與第六二極管的陰極相連，集電極和所述穩(wěn)壓二極管的陽極相 連。
本發(fā)明具有驅(qū)動速度快、適合應(yīng)用在占空比變化較大的場合等優(yōu)點，同時不需偏 置電源和主動器件，因而線路簡單?？蓮V泛應(yīng)用于控制與驅(qū)動需要隔離的PWM型電力電子 線路中，如Flyback, forward, Half bridge型開關(guān)電源等。


圖1是一已知技術(shù)的隔離驅(qū)動電路。
圖2是圖1中關(guān)鍵點的波形圖。
圖3是本發(fā)明第一實施例。
圖4是本發(fā)明第一實施例的關(guān)鍵點的波形圖。
圖5是本發(fā)明的第二實施例。
圖6是本發(fā)明的第三實施例。
圖7是本發(fā)明的第四實施例。
具體實施方式
本發(fā)明提供一種隔離驅(qū)動電路，在隔離變壓器原邊繞組連接一防反電路，由電容 并聯(lián)一二極管組成，同時在隔離變壓器的副邊繞組并聯(lián)一副邊處理電路，防止占空比突變 時，如突變?yōu)榱?，電容和變壓器勵磁電感發(fā)生諧振，電容上的電壓在諧振振蕩中極性發(fā)生變 化，隔離變壓器輸出電壓超過功率開關(guān)管柵源極能夠承受的最大電壓值；以下結(jié)合附圖，對 本發(fā)明展開說明。
本發(fā)明所述的電路由以下幾部分組成，參考圖3中的虛框300 1、驅(qū)動控制電路，產(chǎn)生驅(qū)動功率開關(guān)管QO的驅(qū)動脈沖。
2、A、B組成原邊輸入信號接口，來自驅(qū)動控制電路的驅(qū)動脈沖從輸入信號接口進 入本發(fā)明的電路。
3、原邊防反電路301，此電路由電容Cl和二極管Dl并聯(lián)組成，連接在A點和隔離 變壓器Tl之間，并且二極管Dl的陰極和A點連接，陽極和變壓器繞組第一端I連接。
4、隔離變壓器Tl，匝比根據(jù)實際情況選取，以保證開關(guān)管可靠開通。
5、副邊處理電路302，為一電壓箝位電路，并聯(lián)在隔離變壓器Tl的副邊繞組和功率開關(guān)管的柵源極之間，由二極管D2，三極管Ql和穩(wěn)壓二極管DZl組成，其中二極管D2的陽極和隔離變壓器Tl的第三端3連接，陰極和三極管Ql的發(fā)射極連接，穩(wěn)壓二極管DZl并聯(lián)在三極管Ql的基極和發(fā)射極之間，并且其陰極和三極管Ql的基極相連，陽極和三極管Ql 的集電極相連然后與隔離變壓器Tl的第四端4連接。隔離變壓器Tl的輸出經(jīng)過電壓箝位電路302的處理之后與功率開關(guān)管的柵源極并聯(lián)。
本發(fā)明所述電路的工作原理如下來自驅(qū)動控制電路的驅(qū)動脈沖通過A、B進入本發(fā)明的隔離驅(qū)動電路。若驅(qū)動脈沖為單極信號，存在直流偏置，防反電路301的作用在與濾除其中的直流偏置，得到其的交流分量以防止隔離變壓器出現(xiàn)偏磁以致飽和的情況。當來自驅(qū)動控制電路的驅(qū)動脈沖Vl的占空比突然變小時，隔直電容Cl和原邊繞組Lp構(gòu)成諧振回路，剛開始諧振時隔直電容上的電壓Va為左正右負，二極管Dl截止，當諧振使隔直電容 Cl上電壓Va變?yōu)樽筘撚艺?，并且達到二極管Dl的導(dǎo)通電壓時，二極管Dl導(dǎo)通，導(dǎo)通的二極管Dl使隔直電容兩端的電壓Va箝位在二極管Dl的飽和通態(tài)壓降，如O. 7V，這樣隔離變壓器原邊的電壓Vp= (Vl+0. 7)V，耦合到副邊的電壓也很低，這樣就避免了由于諧振使原邊繞組兩端產(chǎn)生較高的驅(qū)動電壓而使副邊輸出電壓超過功率開關(guān)管QO柵源極能夠承受的最大電壓。同時也能夠保證控制電路關(guān)斷時，功率開關(guān)管QO能夠可靠關(guān)斷。
同時穩(wěn)態(tài)時，假設(shè)穩(wěn)態(tài)時該驅(qū)動器輸出信號Vl的周期為T，占空比為D，幅值為 VCC1，同時假設(shè)隔離變壓器Tl的輸入輸出匝比為1，則穩(wěn)態(tài)時輸入端直流隔直電容Cl上的電壓為DV1。此時，圖3中Vl和Vp的電壓波形如圖4所示。在Vl為高電平時，Vp也為高電平，其幅值為(Vl-Va)，S卩(1-D) VI。Vp的正幅值為VCCl (1-D)，當D很小時，會使隔離變壓器副邊繞組輸出電壓Vs超過功率開關(guān)管柵源極之間所能承受的最大電壓，此時電壓箝位電路可以保證功率開關(guān)管QO的安全工作。其中DZl穩(wěn)壓值可以選為略低于QO的最大柵源極電壓Vgs max-0. 7V，如18V，這樣當VP>VDZ1時，Q2的發(fā)射極-基極導(dǎo)通，進而使其發(fā)射極-集電極導(dǎo)通，起到為DZl分流的作用。
圖5為本發(fā)明的第二實施例，功率開關(guān)管QO的柵-源間結(jié)電容往往很大，如果沒有放電回路關(guān)斷速度會很慢，造成比較大的關(guān)斷損耗。本實施例在第一實施例的副邊處理電路中加入了一種低阻抗放電回路。此部分電路如圖5中電路503所示，由D3，D4以及PNP 型三極管Q2組成。二極管D3的陰極和三極管Q2的基極相連后與變壓器的第三端(3)相連，二極管D3的陰極和三極管Q2的集電極相連后與功率開關(guān)管QO門極(G)相連，三極管 Q2的發(fā)射極和二極管D4的陽極相連后與隔離變壓器Tl的第四端4相連。
隔離變壓器副邊電壓Vs為正時，功率開關(guān)管QO導(dǎo)通，有電流流過二極管D3，形成導(dǎo)通壓降O. 7V，使Q2截止，放電回路不起作用。
當隔離變壓器副邊電壓Vs為負時，D3兩端的電壓Vd3為Vs-Vgs，D3截止，Q2發(fā)射極-基極導(dǎo)通使Q2發(fā)射極-集電極導(dǎo)通，形成QO關(guān)斷的門極放電回路Q2-D4，QO節(jié)電容上的電荷通過放電回路快速釋放，從而加速Q(mào)O的關(guān)斷，降低關(guān)斷損耗。其中，D3防止Vs為負時Q2的反向?qū)?，并避免Q2的基極-發(fā)射極PN結(jié)被反向擊穿。
將圖5中的502，503電路做進一步簡化，為圖6中602，Vs為正時，D2截止，D4導(dǎo)通。當功率開關(guān)管QO柵源極電壓大于(VDZ1+0.7)V時，穩(wěn)壓二極管DZ1、D3導(dǎo)通，三極管的發(fā)射極-基極導(dǎo)通，，使柵源極電壓箝位在(VDZ1+1.4)V，實現(xiàn)了副邊電壓箝位的功能。當Vs為負時，D2導(dǎo)通，此時電路與圖5中500結(jié)構(gòu)相似。其原理在此不再重復(fù)。
圖7為本發(fā)明的又一實施例，電阻Rl起到調(diào)整QO開通速度和DZl箝位時的限流 作用；R3起到調(diào)整QO關(guān)斷速度的作用。
綜上，可以發(fā)現(xiàn)該驅(qū)動電路特點如下(O 采用變壓器隔離，延時小，驅(qū)動速度快；(2)可以保證在較寬的占空比范圍內(nèi)可靠驅(qū)動；(3)防止死區(qū)及驅(qū)動控制電路死鎖期間的誤導(dǎo)通；(4)抗干擾性強；(5)不需要偏置電源、無主動器件，線路簡單，可靠性高。
可廣泛應(yīng)用于控制與驅(qū)動需要隔離的PWM型電力電子線路(如Flyback， forward, Half bridge型開關(guān)電源等)中。
權(quán)利要求
1.一種隔離驅(qū)動電路，包括 一產(chǎn)生驅(qū)動脈沖的驅(qū)動控制電路； 一包含原邊繞組和副邊繞組的驅(qū)動變壓器；其特征在于還包括 一連接于所述驅(qū)動控制電路和所述驅(qū)動變壓器原邊繞組之間的防反電路； 一并聯(lián)于所述驅(qū)動變壓器副邊繞組的副邊處理電路。
2.如權(quán)利要求1所述隔離驅(qū)動電路，其特征在于所述防反電路由一隔直電容和一第一二極管組成，其連接方式為所述隔直電容和所述二極管并聯(lián)后連接在所述驅(qū)動控制電路和所述驅(qū)動變壓器原邊繞組之間。
3.如權(quán)利要求1所述隔離驅(qū)動電路，其特征在于所述副邊處理電路包括一輸出電壓箝位電路，所述電壓箝位電路由一第二二極管和一 PNP型三極管以及一穩(wěn)壓二極管組成，其連接方式為所述三極管的發(fā)射極和所述第二二極管的陰極相連，所述三極管的基極和穩(wěn)壓二極管的陰極相連，所述三極管的集電極和所述穩(wěn)壓二極管的陽極相連并且與所述驅(qū)動變壓器的副邊繞組的第一端口相連，所述第二二極管的陽極和所述驅(qū)動變壓器的副邊繞組的第二端口相連。
4.如權(quán)利要求4所述隔離驅(qū)動電路，其特征在于所述副邊處理電路還包括一放電回路，所述放電回路由一第三二極管、一第四二極管和一第二三極管組成，其連接方式為所述第四二極管和所述第二三極管串聯(lián)后與所述驅(qū)動變壓器的副邊繞組的第一端口相連，所述第二三極管的集電極和基極分別與所述驅(qū)動變壓器的副邊繞組的第二端口相連，并在所述第二三極管的集電極和基極之間串接所述第三二極管。
5.如權(quán)利要求1所述隔離驅(qū)動電路，其特征在于所述副邊處理電路由三個二極管、一三極管和一穩(wěn)壓管組成，其連接方式為所述第五二極管、第六二極管和所述第二穩(wěn)壓二極管串聯(lián)，并且所述第六二極管的陰極和穩(wěn)壓二極管的陰極相連，所述穩(wěn)壓二極管的陽極和所述驅(qū)動變壓器副邊繞組的一端相連，所述第五二極管的陽極和第六二極管的陽極相連后與三極管的基極相連，所述第五二極管的陰極和所述第七二極管的陽極相連后與所述驅(qū)動變壓器副邊繞組的另一端相連，所述三極管的發(fā)射極與第六二極管的陰極相連，集電極和所述穩(wěn)壓二極管的陽極相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及驅(qū)動電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改進的驅(qū)動功率開關(guān)管的隔離驅(qū)動電路。包括驅(qū)動控制電路、防反電路、驅(qū)動變壓器、副邊處理電路。本發(fā)明的技術(shù)保證了占空比變化范圍較大的時候隔離驅(qū)動電路仍能正常工作，并且輸出波形無尖刺和振蕩，幅值被限制在安全驅(qū)動范圍內(nèi)。本發(fā)明具有可靠易實現(xiàn)的優(yōu)點，添加的元件少，不需要增加控制電路，成本低。
文檔編號H02M1/08GK103023282SQ20111028573
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者徐 明, 朱經(jīng)鵬, 孫巨祿, 南長合 申請人:南京博蘭得電子科技有限公司