一種隔離式大功率驅動電路及應用該電路的開關電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隔離式大功率驅動電路及應用該電路的開關電源，其中，所述隔離式大功率驅動電路包括：隔離驅動變壓器、原邊驅動電路、副邊驅動電路；原邊驅動電路，用于產(chǎn)生并發(fā)送脈寬信號給隔離驅動變壓器；隔離驅動變壓器，用于將所述脈寬信號進行隔離處理，獲取隔離信號；并將所述隔離信號傳遞給副邊驅動電路；副邊驅動電路，采用驅動芯片將隔離信號進行驅動放大,得到具有驅動能力的驅動信號來驅動功率開關管。采用本發(fā)明提供的隔離式大功率驅動電路可提高驅動能力，有利于驅動一個或者多個并聯(lián)的大功率開關管。因此，在功率開關管隔離驅動電路工作在輸出最大驅動能力時,可以選擇體積較小的隔離驅動變壓器,從而大大降低開關電源成本。
【專利說明】—種隔離式大功率驅動電路及應用該電路的開關電源
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及隔離式大功率驅動電路【技術領域】，尤其涉及一種由驅動芯片和隔離驅動變壓器組成的一種隔離式大功率驅動電路及應用該電路的開關電源。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，開關電源得到越來越多的應用。開關電源中各種電路拓撲都需要通過功率器件進行能量的傳輸，可以以直接或者間接的方式對功率器件進行驅動。當功率開關管應用于橋式拓撲或者需要隔離控制時，需要對所述功率開關管進行隔離驅動。隔離驅動的方式有多種拓撲，如圖1所示，為一種傳統(tǒng)的功率開關管隔離驅動電路，該電路包括:原邊驅動信號電路、原邊隔直電容Cl、隔離驅動變壓器Tl、驅動電阻R1，功率開關管Q1。所述原邊驅動信號電路發(fā)出不同占空比和頻率的脈寬波形信號，經(jīng)過隔離驅動變壓器Tl的原、副邊隔離、放大后產(chǎn)生具有驅動能力的驅動信號，再經(jīng)過驅動電阻Rl后對功率開關管Ql進行驅動。
[0003]現(xiàn)有傳統(tǒng)的功率開關管隔離驅動電路方案中，由于所述控制電路發(fā)出的方波脈寬信號經(jīng)隔離驅動變壓器Tl后輸出的驅動能力較小，只能驅動功率較小的功率開關管，而且經(jīng)隔離驅動變壓器的輸出驅動波形失真較大；當驅動變壓器的原邊占空比變化較大時，副邊輸出驅動脈寬的正負幅值變化太大，可能導致電路工作不正常。另外，當所述功率開關管隔離驅動電路工作在輸出最大驅動能力時，必然會因為驅動電流增大而將隔離變壓器設計成較大尺寸，這會降低產(chǎn)品的功率密度，增加成本。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明實施例提供了一種隔離式大功率驅動電路及應用該電路的開關電源，為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案:
[0005]一種隔離式大功率驅動電路，該電路包括:隔離驅動變壓器、原邊驅動電路、副邊驅動電路；
[0006]所述原邊驅動電路，用于產(chǎn)生并發(fā)送脈寬信號給所述隔離驅動變壓器；
[0007]所述隔離驅動變壓器，用于將所述脈寬信號進行隔離處理，獲取隔離信號；并將所述隔離信號傳遞給所述副邊驅動電路；
[0008]所述副邊驅動電路，用于增加所述隔離信號的驅動能力，驅動功率開關管。
[0009]一種開關電源，該電源包括:如上所述的隔離式大功率驅動電路。
[0010]本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路及應用該電路的開關電源，通過所述原邊驅動信號電路產(chǎn)生并發(fā)送脈寬信號給所述隔離驅動變壓器；由所述隔離驅動變壓器將所述脈寬信號進行隔離處理，獲取隔離信號；并將所述隔離信號傳遞給所述副邊驅動電路；所述副邊驅動電路增強所述隔離信號的驅動能力，驅動功率開關管。本發(fā)明實施例提供的隔離式大功率驅動電路，由于副邊驅動電路采用了增強所述隔離信號驅動能力的驅動芯片來滿足功率開關管所需的驅動能力，從而使得功率開關管在隔離驅動電路工作在輸出最大驅動能力時，也可以選擇體積較小的隔離變壓器，從而大大降低了開關電源的成本，同時隔離驅動變壓器的副邊驅動電路采用驅動芯片增強驅動信號的驅動能力，這種電路拓撲適用于占空比變化莫測或者信號頻率也變化的場合。
[0011]所述的隔離驅動變壓器比以往通過隔離變壓器直接驅動功率管的驅動變壓器體積可以做到很小，占用PCB空間很?。槐纫酝捎玫母咚俟怦罡綦x驅動芯片在價格方面占據(jù)更大的優(yōu)勢，而且傳輸信號延遲小；這種隔離式大功率驅動電路結構可以根據(jù)實際應用的功率管數(shù)量和參數(shù)值不同來靈活選擇具有不同驅動能力的驅動芯片。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為一種傳統(tǒng)的功率開關管隔離驅動電路圖；
[0013]圖2為本發(fā)明一種隔離式大功率驅動電路的結構示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路原理圖；
[0015]圖4為本發(fā)明實施例提供的一種改進型隔離式大功率驅動電路原理圖；
[0016]圖5為本發(fā)明實施例提供的一種正激式隔離大功率驅動電路原理圖；
[0017]圖6為本發(fā)明實施例提供的一種反激式隔離大功率驅動電路原理圖；
[0018]圖7為本發(fā)明實施例提供的一種多路輸出隔離大功率驅動電路原理圖；
[0019]圖8為本發(fā)明實施例提供的一種改進型隔離式大功率驅動電路原理圖；
[0020]圖9為本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路圖；
[0021]圖10為本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路圖9的輸入信號S1-S2波形圖；輸出信號S3波形圖和輸出信號S4波形圖；
[0022]圖11為本發(fā)明實施例提供的另一種隔離式大功率驅動電路圖；
[0023]圖12為本發(fā)明實施例提供的另一種隔離式大功率驅動電路圖11的輸入信號S1-S2波形圖；輸出信號S3波形圖和輸出信號S4波形圖；
[0024]圖13為本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路中隔離變壓器副邊輸出的驅動信號經(jīng)驅動芯片驅動的電路圖；
[0025]圖14為本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路中驅動芯片輸出的驅動信號驅動功率開關管的電路圖；
[0026]圖15為本發(fā)明實施例提供的一種應用隔離式大功率驅動電路的開關電源的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路及應用該電路的開關電源進行詳細描述。
[0028]如圖2所示，為本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路的結構示意圖；所述隔離式大功率驅動電路，包括:隔離驅動變壓器、原邊驅動電路、副邊驅動電路；
[0029]所述原邊驅動電路，用于產(chǎn)生并發(fā)送脈寬信號給所述隔離驅動變壓器；
[0030]所述隔離驅動變壓器，用于將所述脈寬信號進行隔離處理，獲取隔離信號；并將所述隔離信號傳遞給所述副邊驅動電路；
[0031]所述副邊驅動電路，用于增強所述隔離信號的驅動能力，驅動功率開關管。[0032]基于以上實施例，如圖3所示，為本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路原理圖；所述原邊驅動電路包括:驅動信號電路、隔直電容C2和放電電阻R2 ;所述副邊驅動電路包括:驅動芯片、限流電阻R3、驅動電阻R4 ；
[0033]所述隔直電容C2和所述放電電阻R2并聯(lián)；
[0034]將所述隔直電容C2和所述放電電阻R2并聯(lián)兩端分別與所述驅動信號電路輸出端
1、隔離驅動變壓器T2的原邊繞組輸入端A串聯(lián)在一起；
[0035]所述驅動信號電路輸出端2與所述隔離驅動變壓器T2的原邊繞組輸入端B相連；
[0036]所述限流電阻R 3兩端串聯(lián)在所述隔離驅動變壓器T2的副邊輸出端C與所述驅動芯片的輸入端I ;所述驅動芯片輸出端2與所述隔離驅動變壓器T2的副邊輸出端D相連；所述驅動芯片輸出端3與所述驅動電阻R4 —端相連；所述驅動芯片輸出端4與功率開關管Q2源極端S相連；所述驅動電阻R4另一端與所述功率開關管Q2柵極端G相連。
[0037]如圖4所示為本發(fā)明實施例提供的一種改進型隔離式大功率驅動電路的結構示意圖；所述驅動芯片匹配電阻R5兩端并聯(lián)在隔離驅動變壓器副邊輸出端C和D。
[0038]需要說明的是，以上圖3和圖4實施例中驅動信號電路發(fā)出脈寬方波作為驅動信號，驅動信號經(jīng)過隔直電容C2傳到所述隔離驅動變壓器T2的原邊繞組，所述隔直電容C2可以起到了隔直流通交流的作用，防止隔離驅動變壓器發(fā)生磁飽和，C2讓交流信號傳到隔離驅動變壓器T2的原邊繞組，放電電阻R2是為了給C2放電，避免C2起不到隔直作用。
[0039]圖3和圖4中所述隔離驅動變壓器T2的原邊繞組得到的是一組脈寬方波，傳到副邊繞組也是一組脈寬方波，副邊得到的脈寬方波作為驅動芯片的輸入信號，其中，所述限流電阻R3在電路中起到限流作用，限制流入驅動芯片的電流；其中，所述匹配R5在電路中起到阻抗匹配，增強副邊驅動信號的抗干擾能力；驅動芯片輸出端的波形跟蹤(同向或者反向)輸入端波形，經(jīng)過驅動電阻R4傳到功率開關管G、S兩端。驅動芯片的選型可根據(jù)開關管的功率等級來選。本發(fā)明所述隔離式大功率驅動電路通過隔離驅動變壓器傳遞信號，通過驅動芯片提供驅動能力，可以讓設計者對電路進行靈活設計，從而可降低產(chǎn)品成本，并提高可靠性。
[0040]需要說明的是，所述隔離驅動變壓器的副邊包括至少一個副邊繞組；所述隔離驅動變壓器可根據(jù)所述功率開關管的數(shù)量來確定副邊繞組的數(shù)量。
[0041]需要說明的是，所述原邊驅動信號電路中所發(fā)出的驅動脈寬信號為一組正向方波脈寬，或者為一組負向方波脈寬，或者為一組正負交替方波脈寬；所述原邊驅動電路所發(fā)出的驅動脈寬信號為任意占空比。
[0042]還需要說明的是，所述驅動信號電路發(fā)出的為SG3525，或者UC3844，或者L6562等控制芯片發(fā)出的驅動脈寬信號，或者由CPU芯片發(fā)出的驅動脈寬信號。
[0043]需要說明的是，所述驅動芯片的選型可根據(jù)所述功率開關管的功率等級和功率開關管的參數(shù)來選擇；所述驅動芯片較優(yōu)選的，可以為TC4424，或者IT2110或者其他驅動芯片。
[0044]需要說明的是，所述副邊驅動電路還包括:一個二極管；所述二極管并聯(lián)連接于所述驅動芯片的輸入端I和2之間，所述二極管正負極連接方向由所述隔離變壓器的同名端決定。
[0045]還需要說明的是，所述隔離驅動變壓器T2為正激式變壓器，或者，為反激式變壓器，或者，為組合變壓器。
[0046]基于以上實例，如圖5所示，為本發(fā)明實施例提供的一種隔離驅動變壓器T2為正激式變壓器的隔離式大功率驅動電路圖；其中，所述隔離驅動變壓器T2的原邊繞組輸入端Al與副邊輸出端Cl為同名端。所述限流電阻R3 —端與驅動芯片輸入端I相連，另一端與副邊輸出端Cl相連。
[0047]基于以上實例，如圖6所示，為本發(fā)明實施例提供的一種隔離驅動變壓器T2為反激式變壓器的隔離式大功率驅動電路圖；其中，所述隔離驅動變壓器T2的原邊繞組輸入端Al與副邊輸出端Dl為同名端。所述限流電阻R3—端與驅動芯片輸入端2相連，另一端與副邊輸出端Dl相連。
[0048]基于以上實例，如圖7所示，為本發(fā)明實施例提供的一種隔離驅動變壓器T2為組合式變壓器的隔離式大功率驅動電路圖；所述隔離驅動變壓器T2包含兩個副邊繞組。其中，所述隔離驅動變壓器T2的原邊繞組輸入端Al與副邊輸出端C1、D1為同名端。所述限流電阻R3 —端與驅動芯片A輸入端I相連，另一端與副邊輸出端Cl相連；所述限流電阻R6 —端與驅動芯片B輸入端2相連,另一端與副邊輸出端Dl相連。
[0049]基于以上實例，如圖8所示，為本發(fā)明實施例提供的一種帶二極管的正激式變壓器的隔離式大功率驅動電路圖；該電路所述隔離驅動變壓器T2的原邊繞組輸入端Al與副邊輸出端Cl為同名端。所述限流電阻R3 —端與驅動芯片輸入端I相連，另一端與副邊輸出端Cl相連。所述二極管Dl并聯(lián)于所述驅動芯片輸入端I與輸入端2之間，所述二極管Dl正極端與所述驅動芯片輸入端2相連；負極端與所述驅動芯片輸入端I相連。
[0050]需要注意的是，所述二極管并聯(lián)連接于所述驅動芯片的輸入端I和2之間，所述二極管正負極連接方向由所述隔離變壓器的同名端決定。如果所述隔離式大功率驅動電路采用的反激式變壓器如圖6所示，所述二極管將正極端與所述驅動芯片輸入端I相連；負極端與所述驅動芯片輸入端2相連。
[0051]如圖9所示，為本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路圖；該實施例是以2個副邊繞組的隔離驅動變壓器，驅動兩組4個功率開關管為例對本發(fā)明的隔離式大功率驅動電路進行說明。其中T2為隔離驅動變壓器；R9和RlO是電路中的匹配電阻，Rll和R12為電路中的限流電阻，R8為放電電阻，電容C2為隔直電容。由驅動信號電路發(fā)出的S1-S2波形經(jīng)過隔離驅動變壓器T2得到的驅動信號S4和S3的波形如圖10所示。
[0052]經(jīng)過隔離驅動變壓器隔離的驅動信號S3和S4進入驅動芯片TC4424，如圖13所示，根據(jù)實際電路需求，單個驅動信號經(jīng)輸入輸出同向的TC4424芯片(分別是Ul和U2)后得到具有高驅動能力的雙路驅動信號。再經(jīng)驅動電阻得到驅動MOS管的信號S3A、S3B和S4A和S4B。其中Ul的兩路輸出分別接驅動電阻R16和R17 ;其中U2的兩路輸出分別接驅動電阻R18和R19;電容C3和C4分別是驅動芯片電源的穩(wěn)壓濾波電容。
[0053]由于不同公司的驅動芯片本身內部結構不同，有的驅動芯片可以承受不同電壓等級的負壓，有的芯片是不能承受負壓的，因此為了解決本發(fā)明這種大功率隔離驅動電路可以采用不同類型的驅動芯片這個問題，可以采用如圖11所示的另外一種隔離式大功率驅動電路圖，在輸出端增加二極管D2和D3。其中D2 —端接GNDI，一端接S3 ;其中D3 —端接GND2，一端接S4。這樣如果由原邊傳來的驅動信號電壓存在負值，二極管D2和D 3就可以阻止負壓信號的產(chǎn)生，最終得到無負壓的驅動信號，如圖12所示。[0054]經(jīng)過兩片驅動芯片TC4424后輸出具有驅動能力的驅動信號S3A、S3B和S4A、S4B直接驅動功率開關管Q3至Q6，如圖14所示，其中電阻R20至R23為功率開關管的柵極下拉電阻，使功率管可靠的導通和關斷。
[0055]如圖15所示，為本發(fā)明實施例提供的一種開關電源；該電源包括:如上所述任意一種隔離式大功率驅動電路。
[0056]本發(fā)明實施例提供的一種隔離式大功率驅動電路及應用該電路的開關電源，通過所述原邊驅動信號電路產(chǎn)生并發(fā)送脈寬信號給所述隔離驅動變壓器；由所述隔驅動離變壓器將所述脈寬信號進行隔離處理，獲取隔離信號；并將所述隔離信號傳遞給所述副邊驅動電路；所述副邊驅動電路增強所述隔離信號的驅動能力，驅動功率開關管。本發(fā)明實施例提供的隔離式大功率驅動電路，由于副邊驅動電路采用了增強所述隔離信號驅動能力的驅動芯片，滿足了功率開關管所需的驅動能力，從而使得功率開關管在隔離驅動電路工作在輸出最大驅動能力時，可以選擇體積較小的隔離變壓器，從而大大降低了開關電源的成本。
[0057]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種隔離式大功率驅動電路，其特征在于，包括:隔離驅動變壓器、原邊驅動電路、副邊驅動電路； 所述原邊驅動電路，用于產(chǎn)生并發(fā)送脈寬信號給所述隔離驅動變壓器； 所述隔離驅動變壓器，用于將所述脈寬信號進行隔離處理，獲取隔離信號；并將所述隔離信號傳遞給所述副邊驅動電路； 所述副邊驅動電路，用于增強所述隔離信號的驅動能力，驅動功率開關管。
2.根據(jù)權利要求1所述的隔離式大功率驅動電路，其特征在于，所述原邊驅動電路包括:驅動信號電路、隔直電容C2和放電電阻R2 ;所述副邊驅動電路包括:驅動芯片、限流電阻R3以及驅動電阻R4 ； 所述隔直電容C2和所述放電電阻R2并聯(lián)； 將所述隔直電容C2和所述放電電阻R2并聯(lián)，兩端分別與所述驅動信號電路輸出端1、隔離驅動變壓器T2的原邊繞組輸入端A串聯(lián)在一起； 所述驅動信號電路輸出端2與所述隔離驅動變壓器T2的原邊繞組輸入端B相連； 所述限流電阻R 3兩端串聯(lián)在所述隔離驅動變壓器T2的副邊輸出端C與所述驅動芯片的輸入端I之間；所述驅動芯片輸出端2與所述隔離驅動變壓器T2的副邊輸出端D相連；所述驅動芯片輸出端3與所述驅動電阻R4 —端相連；所述驅動芯片輸出端4與功率開關管Q2的源極端S相連；所述驅動電阻R4另一端與所述功率開關管柵極Q2的柵極端G相連。
3.根據(jù)權利要求2所述的隔離式大功率驅動電路，其特征在于，所述副邊驅動電路還包括:匹配電阻R5 ;所述匹配電阻R5并聯(lián)于所述隔離驅動變壓器T2的副邊輸出端C與輸出端D之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的隔離式大功率驅動電路，其特征在于，所述副邊驅動電路還包括:一個二極管；所述二極管并聯(lián)連接于所述驅動芯片的輸入端I和2之間，所述二極管正負極連接方向由所述隔離變壓器的同名端決定。
5.根據(jù)權利要求1至4中任意一項所述的隔離式大功率驅動電路，其特征在于，所述隔離驅動變壓器T2的副邊包括至少一個副邊繞組；所述隔離驅動變壓器T2可根據(jù)所述功率開關管的數(shù)量來確定副邊繞組的數(shù)量。
6.根據(jù)權利要求5所述的隔離式大功率驅動電路，其特征在于，所述隔離驅動變壓器T2為正激式變壓器，或者，為反激式變壓器，或者，為組合變壓器。
7.根據(jù)權利要求6所述的隔離式大功率驅動電路，其特征在于，所述原邊驅動電路中所發(fā)出的驅動脈寬信號為一組正向方波脈寬，或者為一組負向方波脈寬，或者為一組正負交替的方波脈寬；所述原邊驅動電路所發(fā)出的驅動脈寬信號為任意占空比。
8.根據(jù)權利要求7所述的隔離式大功率驅動電路，其特征在于，所述原邊驅動電路發(fā)出的信號是由SG 3525、或者UC 3844、或者L6562控制芯片發(fā)出的驅動脈寬信號，或者由CPU芯片發(fā)出的驅動脈寬信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的隔離式大功率驅動電路，其特征在于，所述驅動芯片的選型可根據(jù)所述功率開關管的功率等級和功率開關管的參數(shù)來選擇。
10.根據(jù)權利要求9所述的隔離式大功率驅動電路，其特征在于，所述驅動芯片為TC4424、或者IR2110，或者其他驅動芯片。
11.一種開關電源，其特征在于，該開關電源包括:如權利要求1至10中任意一項所述的隔離式大功率驅動電路。`
【文檔編號】H02M5/10GK103683863SQ201210359067
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月25日 優(yōu)先權日:2012年9月25日
【發(fā)明者】張黎黎 申請人:深圳市安能能源技術有限公司, 安徽動力源科技有限公司