专利名称：：一种提高开关电源工作可靠性的保护方法
技术领域：
：本发明涉及开关电源关键技术中驱动部分和功率开关电路模块可靠性的技术方法，具体地说就是为大功率及超大功率开关电源驱动模块和功率开关电路模块设计提供一种低成本且高可靠性的保护方法，以保证开关电源在复杂环境中可靠地工作。本发明适用于桥式开关电源电路设计。
背景技术：
：在开关电源电路设计中，驱动电路设计的好坏对开关电源的可靠性起着决定性作用。在中小功率输出的开关电源中，一般情况下通用的驱动模块和功率开关电路模块能保证电源可靠地工作。此时电路设计需要注意的是选择合适的驱动功率。但在大功率开关电源及超大功率开关电源中，随着工作电流的加大，各种电磁干扰加剧，整机可靠性逐渐降低。其中的一种情况是，电源模块中产生误驱动脉冲，而功率模块常常被误驱动脉冲驱动。大功率开关电源一般都需要采用开关电源技术中常用的半桥或全桥电路结构，以满足输出功率要求。另外在这种桥式电路结构中，移相软开关桥式电路是最常被采用的。桥式电路为了提高电源的输出效率，上下臂之间换流的死区时间设计的必须尽可能地短。依靠调脉宽来控制输出电压的桥式电路，死区不是固定的，只有在最高输出电压时死区时间才是最小的。依靠调相来控制输出电压的桥式电路，死区一般是固定的，任何时候，死区都保持一个可能的最小值。这样桥臂上的死区时间都是很短的，如果误驱动脉冲在这个很短的死区时间内产生，通常会引起桥式电路中上下两个功率管同时直通，导致贮能大电容短路，电源一次侧短路，功率管发生爆炸，同时引起电网短路，危害极大一般的驱动模块和功率开关电路模块在大功率或超大功率电源中可能产生的误驱动脉冲，根据申请人的实测总结，主要分为以下三类第一类正常驱动脉冲前出现的误驱动脉冲。从产生原因看是其中一个功率管的导通和关断是对另一个功率管造成干扰产生误驱动脉冲所致，如图2所示。第二类正常驱动脉冲前沿出现小的凸起，并逐渐抬升，将原来的驱动脉冲加宽。从产生原因看是大电流长时间工作所致。如图3所示。第三类正常驱动脉冲结束后出现的驱动脉冲。产生的原因和第一类的误驱动脉冲类似。如图4和图5所示。另外，通过采集大功率或超大功率电源桥臂的功率管饱和压降的方法，也有缺点。这种检测方法是通过串联快恢复二极管来检测桥式电路模块中功率管的漏极(或集电极)到源级(或发射极)的饱和压降来实现的。在功率管开关的过程中。漏极(或集电极)到源级(或发射极)的压降会发生很快的变化。桥式电路模块给负载供电的其中一对工作在推挽方式的功率管，当其中一个功率管在关断的过程中，另外一个功率管的压降将从电源电压迅速变化到零伏左右。同样与功率管漏极(或集电极)相连的用于检测饱和压降的二极管两端的电压也会发生同样的变化。由于此二极管具有结电容，使得驱动模块端口出现一个很大幅度的负脉冲，参见图6，这种幅度的负压会引起驱动模块的误动作，也是产生误驱动脉冲，造成电源短路的重要原因。
发明内容针对大功率或超大功率电源工作时容易产生误驱动脉冲的问题，本发明的目的在于，为大功率及超大功率开关电源驱动模块和功率开关电路模块设计提供一种低成本且高可靠性的保护方法，以提高大功率及超大功率电源工作时的可靠性。本发明提出的保护方法主要是基于目前市场上较容易购买的驱动模块和功率开关电路模块进行设计和改造。以降低大功率及超大功率电源驱动模块和功率开关电路模块更改成本。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案一种提高开关电源工作可靠性的保护方法，其特征在于，该方法在桥式电路模块的驱动模块和功率开关电路模块增加了提高驱动可靠性模块，该提高驱动可靠性模块对于常见的三种类型的脉冲进行不同的处理；所述的三种类型的脉冲是第一类正常驱动脉冲前出现的误驱动脉冲；第二类正常驱动脉冲前沿出现小的凸起，并逐渐抬升，将原来的驱动脉冲加宽；第三类正常驱动脉冲结束后出现新的驱动脉冲；其处理方法分别如下对于第一类，提高驱动可靠性模块采取并联肖特基二极管，它与驱动模块并联，肖特基二极管的阴极连接在驱动模块的饱和压降检测端，阳极连接在驱动模块的另一个端口，这个端口连接功率开关管的源极，即发射极，用于钳制饱和压降检测端口的电压，抑制在此处出现很大幅度的负脉冲，避免桥式电路模块中处于推挽工作模式的两个功率管同时导通；对于第二类，提高驱动可靠性模块在并联肖特基二极管的基础上引入电阻和电容的滤波回路，其中，电阻位于驱动模块的饱和压降检测端与饱和压降检测二极管的阳极之间，电容的安装位置与肖特基二极管安装位置相同，它和肖特基二极管一起并联连接在驱动模块两端；使得桥式电路模块中处于推挽工作模式的两个功率管在死区附近，对干扰信号不敏感，从而避免功率管误驱动；对于第三类，提高驱动可靠性模块采用降低从驱动模块到功率开关电路模块回路电感以及驱动模块内部电感的方法来解决。本发明所提出的提高开关电源工作可靠性的方法，具有以下显著特点-1)该方法能有效地抑制大功率及超大功率电源工作时产生的误驱动脉冲，大大延长功率管的使用寿命，提高电源的可靠性。2)该方法可以基于一般的驱动模块和功率开关电路模块进行改造处理，该方法简单易行，大幅降低了大功率及超大功率电源高可靠性的设计成本。图1是与本发明相关的桥式电路示意图。图2是与本发明相关的正常驱动脉冲前出现的误驱动脉冲波形。图3是与本发明相关的正常驱动脉冲前沿被逐渐抬升后出现的加宽的误驱动脉冲波形；图4是与本发明相关的正常驱动脉冲结束后出现的误驱动脉冲波形。图5是与本发明相关的正常驱动脉冲结束后出现的误驱动脉冲(即图4的放大图)。图6是与本发明相关的驱动模块功率管饱和压降检测端口出现很大幅度的负脉冲；其中，波形1为驱动脉冲，波形2为功率管饱和压降检测波形。图7是传统的驱动模块和功率开关电路模块组成示意图；图8是对图7改进的示意图。图9是提高驱动可靠性模块的一个实际电路示意图。下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。具体实施例方式为了便于理解本发明的技术方案，首先介绍本发明涉及开关电源的其中一种有关的工作系统。该系统主要由五个部分组成。如图l所示，包括四个桥式电路模块A、B、C、D，一个工作负载。四个桥式电路模块A，B，C，D具有相同的电路结构，每个模块又都是由驱动模块和功率开关电路模块组成(参见图7)。驱动模块的主要作用在于按照开关的电源的时序要求，产生驱动脉冲，驱动功率开关电路模块处于工作或截止状态。而功率开关电路模块中的开关管将依照时序进行工作。对于不同功率的开关电源，开关管的选择，要求具有不同的功率大小，以满足大功率或超大功率开关电源功率的要求。这四个桥式模块的结构虽然相同，但是在工作方式上，必须满足开关电源严格的时序关系。其中桥式电路模块A，B具有相同的工作方式，而桥式电路模块C，D具有相同的工作方式，当桥式电路模块A、C为工作负载供电时，桥式电路模块B、D必须处于关闭状态；反之也一样，目的就是为了防止电源对地短路。就是这个四个桥式电路模块工作过程中，由于开关电源的工作频率高，功率大等原因，造成整机内部干扰非常严重，虽然在这些大功率及超大功率开关电源的入口电源处添加了防电磁干扰的滤波器电路，大大抑制了共模和差模噪声，但是内部的干扰还是存在的，容易产生误驱动脉冲。为此，申请人对桥式电路模块的驱动模块和功率开关电路模块进行了一些电路改造，增加了一个提高驱动可靠性模块，如图8所示，驱动模块和功率开关电路模块是前面提到的桥式电路模块的组成部分，它们按照开关电源的时序要求，为工作负载提供电源或处于截止状态。而提高驱动可靠性模块则是为抑制误驱动脉冲添加的处理电路。这个电路专门针对前面提到的几种误驱动脉冲进行处理对于第一类误驱动脉冲，提高驱动可靠性模块里设置有肖特基二极管，它与驱动模块并联，肖特基二极管的阴极连接在驱动模块的饱和压降检测端(驱动模块的一个端口)，阳极连接在驱动模块的另一个端口，这个端口连接功率开关管的源极(发射极)，目的是为了钳制饱和压降检测端口的电压，抑制在此处出现很大幅度的负脉冲。肖特基二极管在选型上要求恢复时间短，同时要求正向压降低。对于第二类误驱动脉冲，提高驱动可靠性模块在并联肖特基二极管的基础上引入电阻和电容的滤波回路，图9给出了提高驱动可靠性模块解决第二类误驱动脉冲的一个实际电路示意图，在该电路中，电阻和电容将发挥抑制作用，电阻位于驱动模块的饱和压降检测端与饱和压降检测二极管的阳极之间。电容的安装位置与肖特基二极管安装位置相同，它和肖特基二极管一起并联连接在驱动模块两端。电阻和电容的取值需要参考误驱动脉冲的周期宽度，本领域的技术人员都知道，电阻和电容的乘积是时间，在设置电阻和电容的值时，就可以根据电阻和电容的乘积等于误驱动脉冲的时间宽度来选择。只要设定其中一个(电阻或电容)值，另一个(电容或电阻)的值也就确定了。对于第三类误驱动脉冲，可以采取减小电感的方式来解决，这里需要注意，减小电感不但要减小驱动模块到功率开关电路模块的电感，也要减小功率开关电路模块内部的电感，由于开关电源为了縮小整机的体积，常常工作在高频模式，这种模式下的寄生电感效应非常明显，必须要减小它们对电源的影响，通常采取縮短驱动模块到功率开关电路模块连线的方式来减少电感，但在大功率开关电源及超大功率开关电源实际工程中，受结构制约，连线不可能縮的很短。本发明采取在驱动模块和功率开关电路模块之间并联电感量非常小的导线或铜排的方式来较少电感。特别是此并联线中从驱动模块到功率开关管的驱动源极(发射极)的导线是直接连接在功率开关模块的源极(发射极)的管脚上的而不是连接到功率开关模块的驱动引出端的。在一般的大功率开关电源及超大功率开关电源中，这几种方法常常同时采用，对抑制误驱动脉冲能起到非常好的效果。四个桥式电路模块的处理方法完全相同。本发明实现后，申请人就本发明的相关内容进行了文献检索，具体检索的内容如下一、国内专利检索部分1、主题词开关电源驱动，共检索到5篇，其中相关内容3篇摘录如下序号专利号
专利名称：简评<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>2.主题词errordriver,共检索到21篇，其中相关内容l篇摘录如下<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>综上所述，本发明所提出的提高开关电源工作可靠性的方法，对于一般的大功率开关电源及超大功率的开关电源中的几类误驱动脉冲具有非常有效的抑制作用。本方法简单易行，可以基于一般的驱动模块和功率开关电路模块进行改造，增加提高驱动可靠性模块，就可以抑制误驱动脉冲，延长功率开关的使用寿命，大大降低了大功率开关电源及超大功率开关电源驱动模块和功率开关电路模块的成本，提高了产品的竞争力。权利要求1、一种提高开关电源工作可靠性的保护方法，其特征在于，该方法在桥式电路模块的驱动模块和功率开关电路模块增加了提高驱动可靠性模块，该提高驱动可靠性模块对于常见的三种类型的脉冲进行不同的处理；所述的三种类型的脉冲是第一类正常驱动脉冲前出现的误驱动脉冲；第二类正常驱动脉冲前沿出现小的凸起，并逐渐抬升，将原来的驱动脉冲加宽；第三类正常驱动脉冲结束后出现新的驱动脉冲；其处理方法分别如下对于第一类，提高驱动可靠性模块采取并联肖特基二极管，它与驱动模块并联，肖特基二极管的阴极连接在驱动模块的饱和压降检测端，阳极连接在驱动模块的另一个端口，这个端口连接功率开关管的源极，即发射极，用于钳制饱和压降检测端口的电压，抑制在此处出现很大幅度的负脉冲，避免桥式电路模块中处于推挽工作模式的两个功率管同时导通；对于第二类，提高驱动可靠性模块在并联肖特基二极管的基础上引入电阻和电容的滤波回路，其中，电阻位于驱动模块的饱和压降检测端与饱和压降检测二极管的阳极之间，电容的安装位置与肖特基二极管安装位置相同，它和肖特基二极管一起并联连接在驱动模块两端；使得桥式电路模块中处于推挽工作模式的两个功率管在死区附近，对干扰信号不敏感，从而避免功率管误驱动；对于第三类，提高驱动可靠性模块采用降低从驱动模块到功率开关电路模块回路电感以及驱动模块内部电感的方法来解决。2、如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的肖特基二极管在选型上要求恢复时间短，同时要求正向压降低。3、如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的电阻和电容的滤波回路的电阻和电容的值根据电阻和电容的乘积等于误驱动脉冲的时间宽度来选择。4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的降低从驱动模块到功率开关电路模块回路电感以及驱动模块内部电感的方法是，在驱动模块和功率开关电路模块之间并联电感量非常小的导线或铜排的方式来较少电感；且从驱动模块到功率开关管的驱动源极的导线是直接连接在功率开关模块的源极的管脚上的而不是连接到功率开关模块的驱动引出端。全文摘要本发明公开了一种提高开关电源工作可靠性的保护方法，该方法对桥式电路模块的驱动模块和功率开关电路模块增加了提高驱动可靠性模块，对于第一类型的正常驱动脉冲前出现的误驱动脉冲，第二类型的正常驱动脉冲前沿出现小的凸起，并逐渐抬升，将原来的驱动脉冲加宽，以及第三类型的正常驱动脉冲结束后出现的驱动脉冲，进行不同的处理；本方法简单易行，可以基于一般的驱动模块和功率开关电路模块进行改造，大大降低了大功率开关电源及超大功率开关电源驱动模块和功率开关电路模块的成本，提高了产品的竞争力。文档编号H02M1/08GK101635503SQ20091002367公开日2010年1月27日申请日期2009年8月25日优先权日2009年8月25日发明者毛建华,丰王,晓蔡申请人:西安迅湃快速充电技术有限公司