专利名称：磁隔离驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动电聘^支术领i或，具体地i兌涉及 一 种改进的》兹隔离 驱动电if各。
背景技术：
》兹隔离驱动电^各广泛应用于工作电压4交高的电源内部，用来驱动 电源功率回路主开关管的导通和关断。图l是我们经常看到的一种磁 隔离驱动电路。其中第一电容Cl是输入侧驱动电容，第二电容C2是 输出侧驱动电容，变压器T是隔离驱动变压器，二极管D与磁隔离驱 动电路的输出端并4关。图1所示电路稳态正常工作时各点原理电压波 形见图2 (忽略隔离驱动变压器T漏感的影响)。其中Vin是脉宽信号 输出电路的电压波形，幅值为VI; Vcl是Cl两端的电压波形；Vtp 和Vts分别是隔离驱动变压器输入侧和输出侧绕组的电压波形；Vc2 是C2两端的电压波形，Vout是》兹隔离驱动电^各lt出的电压波形。
假设脉宽信号周期为T,占空比为D，隔离驱动变压器绕组匝比 为n。当脉宽信号输出低电平时，Vcl=Vtp。隔离驱动变压器每个周期 内伏秒值相等，见图2阴影面积。所以Cl两端电压为DV1，隔离驱 动变压器输入侧绕组高电平幅值为(1-D)V1，低电平幅值为-DVl。通 过变压器电压转换，隔离驱动变压器输出侧绕组高电平幅值为 (l-D)nVl, ^氐电平幅^直为-DnVl。当输出侧绕组4氐电平时，二极管D 导通，对电容C2充电，所以Vc2=DnVl。由于》兹隔离驱动电^各输出 电平为 Vc2+Vts , 所以》兹隔离驱动电^各车叙出 Vout高电平为 DnVl+(l-D)nVl-nVl， 4氐电平为DnVl-DnVl=0。
此磁隔离驱动电路的优点是输出电平不随占空比D的变化而变 化，只与输入侧脉宽电平信号幅值VI和隔离驱动变压器绕组匝比n 有关。 一般情况下Vl和n恒定，所以此驱动电^^输出电平稳定。
但此磁隔离驱动电路也有很明显的缺点。由于隔离驱动变压器T绕制工艺的影响，会产生一定的漏感值。
电路稳态工作时，隔离驱动变压器T的漏感值会形成错误触发信号， 实际工作波形见图3。漏感导致隔离驱动变压器输出侧绕组电压Vts 波形上叠加电压尖峰。当Vin转换为低电平时，隔离驱动变压器输出 侧绕组电压Vts转换为j氐电平^K沖，电压总和^奪-f直为V3 ( V3比平台 值DnVl幅值大)，二极管D导通，将输出侧驱动电容C2充电至V3。 隔离驱动变压器输出侧绕组电压波形尖峰过后，因为电压平台值 DnVl幅值低于V3, 二极管D反偏截止工作。此时磁隔离驱动电路输 出电平为V3-DnVl，如果此差值大于功率回^各主开关管导通阈值，主 开关管会错误开通，可能导致电源失效。
另外，因种种原因当脉宽信号消失后，驱动电路会产生错误信号， 导致驱动电路输出电平不正常，具体电压波形见图4。当脉宽信号消 失时，脉宽信号输出电路输出低电平，即Vin=0。根据上述分析在工 作周期时间内磁隔离驱动电路进行信号转换，同时输出低电平，即 Vout=()，其驱动的功率回路主开关管截止工作。由于C1电容电压Vcl 不能被立即释放掉，导致隔离驱动变压器输入侧绕组电压恒定保持在 -DVl。随着隔离驱动变压器逐渐饱和，电压Vtp和Vts逐渐减小。CI 可以通过驱动变压器输入侧绕组放电，所以其电压Vcl与Vtp同比例 减小。但C2电压Vc2没有快速放电途径，导致》兹隔离驱动电路输出 电平Vout从0开始同比緩慢上升。直至隔离驱动变压器饱和，此时 Vcl=Vtp=Vts=0, Vout= Vc2。虽然C2同时通过其它方式进行放电， 但其放电速度相对非常緩慢， 一旦Vc2电平高于功率回路主开关管的 导通阈值，主开关管将重新开通工作。因此，此石兹隔离驱动电路在脉 宽信号消失后，会产生错误电平信号，导致功率回路主开关管误动作， 有可能致使电源失效。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的磁隔离 驱动电路，利用该电路可以限制错误电平信号，避免功率回路主开关在一些可选的实施例中，所述》兹隔离驱动电^各包括隔离驱动信
号传送的隔离驱动变压器，与所述隔离驱动变压器输入侧串联的第一
电容C1，与所述隔离驱动变压器输出侧串联的第二电容C2，还包括 与所述》兹隔离驱动电^各的输出端并联的》文电MOS管，以及连接至所 述放电MOS管的栅极的放电MOS管驱动电路。其中，隔离驱动变压 器的输出侧绕组、第一电容Cl和》文电MOS管组成串耳关回i 各。
上述实施例提供了一种应用MOS管开关放电从而提高稳态和瞬 态特性和降低损耗的改进型》兹隔离驱动电路。所述^兹隔离驱动电路进 入稳态工作过程时，在放电MOS管开通阶段，由于其双向导电性， 将Vout箝位一直为零，即使出现漏感值导致的电压尖峰。同时当脉沖 信号消失后，通过放电MOS管驱动电路，放电MOS管导通，直接将 Vout短路，强迫C2通过隔离驱动变压器输出侧绕组快速放电。保证 隔离驱动变压器饱和时，C2放电已基本完毕，即Vc2=0。功率回路主 开关管不因此再次开通，有效防止脉宽信号消失后电源因功率回路主 开关管的误开通而失效。所述磁隔离驱动电路结构简单，成本低廉， 有效提高,电源在稳态和瞬态工作过程中的稳定性。
图1是一种常用的磁隔离驱动电路。
图2是图1电路稳态工作时的电路各点理想电压波形图。 图3是图1电路稳态工作时的电路各点实际电压波形图。 图4是图1电路瞬态截止工作时的电路各点电压波形图。 图5是本发明改进型磁隔离驱动电路原理图。 图6是图5电路稳态工作时的电路各点实际电压波形图。 图7是图5电路瞬态截止工作时的电路各点电压波形图。 图8是本发明改进型磁隔离驱动电路的第一实例图。 图9是本发明改进型磁隔离驱动电路的第二实例图。 图IO是本发明改进型磁隔离驱动电路的第三实例图。图11是本发明改进型磁隔离驱动电路的第四实例图。 图12是本发明改进型磁隔离驱动电路的第五实例图。
具体实施例方式
为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图
i羊细i兌明。
在图5所示的一个可选实例中，；兹隔离驱动电路包括隔离驱动 信号传送的隔离驱动变压器T，与所述隔离驱动变压器输入侧串联的 第一电容C1，与所述隔离驱动变压器输出侧串联的第二电容C2,与 所述浪f隔离驱动电^各的输出端并联的》文电MOS管Q，以及连接至放 电MOS管Q的片册才及的》丈电MOS管驱动电^^。其中，隔离驱动变压器 的输出侧绕组、第一电容Cl和放电MOS管组成串联回路。
图5所示的石兹隔离驱动电^^，该电^4t-态理想工作时电压波形同 图2。其中Vin是脉宽信号输出电路的电压波形，幅值为V1; Vcl是 第一电容Cl两端的电压波形；Vtp和Vts分别是隔离驱动变压器T输 入侧和输出侧绕组的电压波形；Vc2是第二电容C2两端的电压波形， Vout是磁隔离驱动电路输出电压波形。稳态正常工作时，当脉宽信号 输出为低电平，Vcl=Vtp。隔离驱动变压器T每个周期内伏秒值相等， 见图2阴影面积。所以第一电容Cl两端电压为DV1，隔离驱动变压 器T输入侧绕组高电平幅值为(l-D)Vl,低电平幅值为-DVl。同时通 过变压器电压转换，隔离驱动变压器T输出侧绕组高电平幅值为 (l-D)nVl,低电平幅值为-DnVl。当输出侧绕组低电平时，通过放电 MOS管驱动电路，放电MOS管Q导通，对第二电容C2充电，所以 Vc2=DnV1 。由于》兹隔离驱动电路输出电平为Vc2+Vts,所以磁隔离驱 动电路输出 Vout高电平为 DnVl+(l-D)nVl=nVl ， 低电平为 DnVl-DnVl=0。
此电路实际稳态工作电压波形见图6。石兹隔离驱动电^各输出Vout 高电平平台值为DnVl+(l-D)nVl=nVl，低电平为DnVl-DnVl=0，高
电平电压尖>%忽略。当脉宽信号消失时，脉宽信号输出电路输出4氐电平，即Vin二0。 根据上述分析在工作周期时间内磁隔离驱动电^各进行信号转换，同时 输出低电平，即Vout=0，其驱动的功率回路主开关管截止工作。由于 第一电容Cl的电容电压Vcl不能被立即释放掉，导致隔离驱动变压 器T输入侧绕组电压恒定保持在-DV1。随着隔离驱动变压器T逐渐饱 和，电压Vtp和Vts逐渐减小。第一电容Cl可以通过驱动变压器T 输入侧绕组放电，所以其电压Vcl与Vtp同比例减小。通过放电MOS 管驱动电路，；汰电MOS管Q保持导通。由于MOS管的双向导电性， 不仅可以同前述二极管D—样对第二电容C2充电，同时也可以将第 二电容C2与隔离驱动变压器T输出侧绕组短^各，通过放电MOS管Q 对第二电容C2进行放电。与第一电容Cl放电波形相同，第二电容 C2电压Vc2与Vts也保持同比例减小。直至隔离驱动变压器T饱和， 此时Vcl=Vtp=Vts=0， Vout=Vc2约等于0，远小于功率回路主开关管 的导通阈值。由此可见，脉宽信号消失后，此石兹隔离驱动电路不会产 生错误信号，功率回路主开关管不再次开通，避免因图l所示电路误 触发导致的电源失效。
从以上描述得出此改进型磁隔离驱动电路不会影响稳态正常工作 时驱动效果，同时在瞬态工作中有效地消除了误触发信号，避免功率 回路主开关管因错误信号开通。图7展示此改进型磁隔离驱动电路瞬 态工作过程中的电压波形。
在图8所示的可选实例中，所述放电MOS管Q选用N沟道MOS 管。放电MOS管驱动电路使用隔离驱动变压器T的辅助绕组实现， 辅助绕组一端连接至隔离驱动变压器T与》丈电NMOS管源极的接点 处，另一端连接至放电NMOS管的栅极。
假设隔离驱动变压器T输入侧绕组与辅助绕组匝比为m。当脉冲 信号消失后，隔离驱动变压器T输入侧绕组电压保持为低电平-DVl ， 转换至辅助绕组为j氐电平-DmVl ，相对于力文电NMOS管为高电平 DmVl，放电NMOS管保持开通，第二电容C2通过放电NMOS管和 隔离驱动变压器T输出侧绕组快速放电。直至辅助绕组电平低于放电NMOS管导通阈值，放电NMOS管截止。通过合适的匣比m的配合， 即使放电NMOS管已经截止，但第二电容C2残留电平远低于功率回 路主开关管的导通阈值，所以功率回路主开关管不会误开通。
图9所示的可选实例与图8不同之处在于，放电NMOS管的栅极 和源极之间并Jf关了 一个二才及管Dl和一个电阻R，同时在辅助绕组与 放电NMOS管栅极之间串联第三电容C3。由于隔离驱动变压器T辅 助绕组输出通过二才及管Dl对第三电容C3充电，可以保证辅助绕组驱 动电路输出电平不随占空比D的变化而变化，其幅值恒定为mVl。即 使隔离驱动变压器T饱和，由于第三电容C3不能被迅速放电，可以 保持放电NMOS管的持续开通，直至Vout=0。电阻R才是供第三电容 C3相对緩慢放电途径，保证脉宽信号再次发生时，放电NMOS管已 经截止。图9电路可以通过较少圈数的辅助绕组实现Vout完全等于0。
在图10所示的可选实例中，所述放电MOS管Q选用P沟道MOS 管。放电MOS管驱动电路使用隔离驱动变压器T的辅助绕组实现， 辅助绕组一端连4妻至第二电容C2与》文电PMOS管源极接点处，另一 端接至放电PMOS管的4册极，且辅助绕组同名端变更反相。
图ll所示的可选实例与图10不同之处在于隔离驱动变压器的输 出侧绕组和辅助绕组同名端变更反相。图8至10所示石兹隔离驱动电i 各 的输入信号Vin与输出信号Vout同相，即磁隔离驱动电^各输入高电平 时电路输出高电平；输入低电平时电路输出低电平。本实例中，磁隔 离驱动电路输入信号Vin与输出信号Vout反相，即石兹隔离驱动电路输 入高电平时电^各输出低电平；输入低电平时电^各输出高电平。
图12所示的可选实例与图8不同之处在于，隔离驱动变压器T 的输出侧绕组和辅助绕组同名端变更反相。图8至10所示》兹隔离驱动 电路的输入信号Vin与输出信号Vout同相，即i兹隔离驱动电路输入高 电平时电路输出高电平；输入低电平时电路输出低电平。本实例中， 磁隔离驱动电路的输入信号Vin与输出信号Vout反相，即磁隔离驱动 电路输入高电平时电路输出低电平；输入低电平时电路输出高电平。
在其它的可选实例中，隔离驱动变压器T的输入侧绕组和Z或输出侧绕组可以选择性地串联电阻。
在其它的可选实例中，第一电容Cl和第二电容C2可以选择性地
并联电阻。
在其它的可选实例中，第一电容Cl可以选4奪性地并耳关二极管， 此二极管的阳极接至第一电容Cl与隔离驱动变压器T的接点端，其 阴极接至第一电容Cl与脉宽信号输出电路正极的接点端。
在其它的可选实例中，第一电容Cl可以选择性地并联二极管， 此二极管的阴极接至第一电容Cl与隔离驱动变压器T的接点端，其 阳极接至第一电容Cl与脉宽信号输出电路负极的接点端。
在其它的可选实例中，第一电容Cl的一端连接至隔离驱动变压 器T输出侧绕组的一个端口 ，另一端4妻至》i:电NMOS管的漏极或者放 电PMOS管的源才及。
在其它的可选实例中，第二电容C2的一端连接至隔离驱动变压 器T的输出侧绕组的一个端口 ，另一端接至放电NMOS管的源极或者 放电PMOS管的漏极。
对于本发明各个实施例中所阐述的方法和装置，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种磁隔离驱动电路，包括隔离驱动信号传送的隔离驱动变压器，与所述隔离驱动变压器输入侧串联的第一电容C1，与所述隔离驱动变压器输出侧串联的第二电容C2；其特征在于，还包括与所述磁隔离驱动电路的输出端并联的放电MOS管；和，连接至所述放电MOS管的栅极的放电MOS管驱动电路；其中，所述隔离驱动变压器的输出侧绕组、第二电容C2和放电MOS管组成串联回路。
2、 如权利要求1所述的磁隔离驱动电路，其特征在于，所述放电 MOS管选用N沟道MOS管，放电MOS管驱动电路使用所述隔离驱 动变压器输出侧的辅助绕组实现。
3、 如权利要求2所述的磁隔离驱动电路，其特征在于，所述辅助 绕组的第一端连4妄至所述隔离驱动变压器与所述》文电MOS管源极的 接点处，第二端连接至所述放电MOS管的柵极。
4、 如权利要求3所述的磁隔离驱动电路，其特征在于，还包括 在所述放电MOS管的4册极和源极之间并耳关的一个二极管D]和一个电阻R;以及，在所述辅助绕组第二端与所述放电MOS管的栅极之间串联的第 三电容C3。
5、 如权利要求2所述的磁隔离驱动电路，其特征在于，所述辅助 绕组和所述隔离驱动变压器的输出侧绕组的同名端为同相。
6、 如权利要求1所述的》兹隔离驱动电^各，其特征在于，放电MOS 管选用P沟道MOS管，放电MOS管驱动电路使用所述隔离驱动变压 器输出侧的辅助绕组实现。
7、 如权利要求6所述的磁隔离驱动电路，其特征在于，所述辅助 绕组的第二端连接至所述第二电容C2与所述放电MOS管源极接点 处，第一端接至所述力支电MOS管的^t极。
8、 如权利要求6所述的磁隔离驱动电路，其特征在于，所述辅助 绕组和所述隔离驱动变压器的输出侧绕组的同名端为反相。
9、 如权利要求1至8任一项所述的磁隔离驱动电路，其特征在于，所述隔离驱动变压器的输入侧绕组和输出侧绕组极性相同。
10、如权利要求l、 2、 5、 6或8所述的磁隔离驱动电路，其特征 在于，所述隔离驱动变压器的输入侧绕组和输出侧绕组极性相反。
全文摘要
本发明公开一种磁隔离驱动电路，包括隔离驱动信号传送的隔离驱动变压器，与所述隔离驱动变压器输入侧串联的第一电容C1，与所述隔离驱动变压器输出侧串联的第二电容C2；还包括与所述磁隔离驱动电路的输出端并联的放电MOS管；连接至所述放电MOS管的栅极的放电MOS管驱动电路；其中，所述隔离驱动变压器的输出侧绕组、第二电容C2和放电MOS管组成串联回路。所述磁隔离驱动电路结构简单，成本低廉，有效提高电源在稳态和瞬态工作过程中的稳定性。
文档编号H02M1/08GK101621246SQ20091008701
公开日2010年1月6日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者刘红瑞, 郭霄飞 申请人:北京新雷能科技股份有限公司;深圳市雷能混合集成电路有限公司