一种死区可调的变压器隔离互补驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种死区可调的变压器隔离互补驱动电路，包括：驱动变压器；隔直电容；自举电路；加速关断电路；死区电路；防直通电路。本发明的死区电路在驱动脉冲变为高电平时产生作用，延时驱动输出响应，有效地解决了传统变压器隔离互补驱动电路无法加入死区并调节死区时间的问题。另外针对传统驱动电路隔直电容和自举电容能量无法及时泄放，关闭驱动时存在功率开关管直通的现象，通过加入防直通电路有效地避免了直通问题。本发明具有很强的实用价值。
【专利说明】—种死区可调的变压器隔离互补驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变压器隔离互补驱动电路，尤其涉及一种死区可调的变压器隔离互补驱动电路。
【背景技术】
[0002]开关电源已经被广泛使用，而驱动电路是开关电源非常重要的一部分。由于电源拓扑本身的需要或者出于安全考虑，常需要将来自控制电路的驱动脉冲与功率开关管进行隔离。
[0003]脉冲变压器隔离是功率器件驱动电路常用的一种隔离形式，它不仅结构简单，不需要提供隔离电源，而且能够无延时的传输脉冲信号，满足了对驱动电路电气隔离、快速性以及驱动能力的要求，因而在隔离驱动电路中应用广泛。
[0004]在一些常见的有源箝位电路拓扑中，利用脉冲变压器提供电气隔离实现互补驱动是一种最为简单、经济的方法。但是脉冲变压器隔离互补驱动也存在一定的问题，其两路互补驱动输出死区很小，且不可调节，严重影响了主电路的安全运行。为了防止变换器因驱动死区较小而造成可能的上下管直通现象，通常需要在驱动电路输出的两路驱动信号间加入一定的死区时间。另外，为了实现功率开关管的软开关，提高变换器的效率，有时候还需要驱动电路能够根据实际情况灵活调节死区时间。
[0005]与半桥、全桥拓扑不同，在有源箝位电路拓扑应用中，其主功率开关管和箝位开关管的占空比并非恒定的50%，而是随着输入电压变化而变化的。因此，在此类应用中，互补驱动电路必须有能力提供较宽范围的占空比输出，以此满足变换器的正常工作需要。
[0006]为了保证驱动电路能够在宽占空比范围下实现稳定的驱动输出，比较简单的方法是在驱动电路变压器原边加入隔直电容，副边加入自举电容。然而加入了隔直电容和自举电容的驱动电路也存在一定的问题，当驱动脉冲输入关断时，由于隔直电容和自举电容上仍存在电压，会造成主功率开关管和箝位开关管的直通。
[0007]上述问题是在变压器隔离互补驱动设计与使用中应当予以考虑并解决的。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了克服现有技术中，变压器隔离互补驱动的死区时间无法调节的问题以及当驱动电路驱动脉冲关断时出现功率开关管直通的问题。
[0009]本发明的技术解决方案是:
[0010]一种死区可调的变压器隔离互补驱动电路，包括:
[0011]一个原边绕组，两个副边绕组的驱动变压器；
[0012]连接于驱动脉冲输入和驱动变压器原边绕组之间的隔直电容；
[0013]由自举电容、二极管构成的自举电路，电容的一端连接驱动变压器副边绕组的一端，另一端于二极管阴极相连，二极管的阳极连接在驱动变压器副边绕组另一端；
[0014]由电阻、PNP三极管、二极管构成的加速关断电路，电阻并接在三极管的基极和集电极，三极管的发射极连接二极管的阴极以及功率开关管的栅极，三极管的基极连接二极管的阳极，三极管的集电极连接功率开关管的源极；
[0015]死区电路，串接于自举电路和加速关断电路之间，所述死区电路由RC积分电路、NPN三极管、三极管基极偏置电阻、三极管集电极偏置电阻、死区调节MOS管组成；
[0016]防直通电路，并联于隔直电容、自举电容两端。
[0017]所述死区电路，通过调整RC积分电路以及三极管基极偏置电阻的参数，可以调节驱动电路输出的死区时间。
[0018]所述防直通电路在驱动电路原边驱动脉冲关断时，对原边隔直电容和副边自举电容进行放电。
[0019]所述驱动变压器的两个副边同名端相反。
[0020]与现有技术相比，本发明的一种死区可调的变压器隔离互补驱动电路具有以下优占-
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[0021]I)保留了原边的隔直电容以及副边的自举电容，可以使驱动变压器在较宽的占空比范围内实现稳定的驱动电压输出。
[0022]2)通过加入防直通电路，有效的解决了在变压器隔离互补驱动中，驱动脉冲关断时功率开关管误导通的现象。
[0023]3)防直通电路仅在驱动脉冲关断时才起作用，对驱动电路正常工作时无影响，不会影响驱动电路的效率。
[0024]4)通过加入死区电路，使得变压器隔离互补驱动电路能够灵活的调节驱动输出的死区时间，为有效实现软开关创造条件。
[0025]本发明在保留了传统驱动电路优点的基础上，解决了传统驱动电路中存在的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是传统的变压器隔离互补驱动电路示意图；
[0027]图2是图1中驱动电路正常工作时的驱动波形示意图；
[0028]图3是图1中驱动电路驱动脉冲输入关断时的驱动波形示意图；
[0029]图4是本发明的一种死区可调的变压器隔离互补驱动电路示意图；
[0030]图5是本发明的驱动电路正常工作时的驱动波形示意图；
[0031]图6是本发明的驱动电路驱动脉冲输入关断时的驱动波形示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明的实施作进一步的详细描述:
[0033]图1是以前传统的驱动电路，其工作原理在此不详细描述，图2、图3分别是其正常工作时的驱动波形示意图以及驱动脉冲输入关断时的驱动波形示意图。
[0034]本发明主要应用于开关电源中，用于驱动需要互补导通的两个功率开关管。
[0035]如图4所示，本发明所述驱动电路主要包括驱动电路原边以及对称设置的副边驱动电路一和副边驱动电路二，所述驱动电路原边包括绕组N1、电容Cl以及防直通电路I，所述绕组NI与电容Cl串联，所述防直通电路I与电容Cl并联。所述副边驱动电路一包括绕组N2、电容C2、二极管D1、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1、M0S管Q2、电阻R4、二极管D2、三极管Q3、稳压管D3、稳压管D4以及防直通电路2，所述绕组N2的同名端通过电容C2分别连接所述二极管Dl的阴极、所述二极管D2的阳极和所述三极管Q3的基极，所述二极管Dl阴极通过所述电阻R3分别连接所述三极管Ql的集电极和所述MOS管的栅极，所述二极管Dl的阴极通过串联连接的所述电容C3和所述电阻R2连接所述三极管Ql的基极，所述二极管Dl的阴极通过串联连接的所述电容C3和所述电阻Rl连接所述二极管Dl的阳极，所述二极管Dl的阳极连接在所述绕组N2异名端与所述三极管Ql发射极的连线上，所述三极管Ql的发射极连接所述MOS管Q2的源极，所述二极管D2的阴极分别连接所述三极管Q3的发射极和所述稳压管D3的阳极，所述稳压管D3的阴极连接所述稳压管D4的阴极，所述稳压管D4的阳极分别连接所述三极管Q3的集电极和所述MOS管的漏极，所述三极管Q3的集电极通过所述电阻R4连接所述三极管Q3的基极，所述防直通电路2与电容C2并联。所述副边驱动电路一的绕组NI和副边驱动电路二的绕组N2同名端相反且所述副边驱动电路一和副边驱动电路二的连接电路相同。
[0036]本发明一种死区可调的变压器隔离互补驱动电路，通过加入防直通电路，有效的解决了传统变压器隔离互补驱动中，驱动脉冲关断时，功率开关管的直通现象，增强了驱动电路的可靠性。
[0037]正常工作时，驱动电路的隔直电容Cl电压左负右正，自举电容C2、C3电压左负右正。当驱动脉冲关断时，A点变为低电平，若不加防直通电路，则隔直电容Cl电压加在绕组NI上，副边驱动电路二输出高电平，副边驱动电路一输出低电平。随着电容Cl的放电时间的增加，驱动变压器饱和，隔直电容Cl被短路，驱动变压器绕组N2、N3电压降为0，副边驱动电路一输出电压为自举电容C2上的电压，副边驱动电路二输出电压为自举电容C3上的电压，其波形图如图3所示。由于本发明加入了防直通电路，当驱动脉冲关断时，隔直电容Cl、自举电容C2、自举电容C3上能量立即泄放，电压降为0，两路输出驱动迅速降为0，有效的解决了驱动脉冲关断后功率开关管直通的问题，加入防直通电路后的驱动电路波形图如图6所示。
[0038]本发明的一种死区可调的变压器隔离互补驱动电路，通过加入图4虚框中所示的死区电路，有效地实现了副边驱动电路一和副边驱动电路二驱动输出死区的加入以及调节。
[0039]结合图4的原理框图以及图5的波形图，进一步详细地描述死区可调的变压器隔离互补驱动电路。由于副边驱动电路一和副边驱动电路二是对称设置的，下面将以副边驱动电路一为例进行说明。驱动电路正常工作，当驱动脉冲由低电平变为高电平时，A点变为高电平，绕组NI电位上正下负，绕组N2电位上正下负，副边驱动电路一 C点变为高电平，由于电容C3上的电压不能突变，E点电压等于C点电压，三极管Ql开通(Ql工作在饱和区)，MOS管Q2栅极为低电平，MOS管Q2保持关断，驱动电路一无输出。随着C、D点电压通过电阻R1、电阻R2给电容C3充电，E点电压下降，经过死区时间后，E点电压降至0.7V，此时三极管Ql关断，MOS管Q2的栅极电压等于C点电压，MOS管Q2导通，二极管D2导通，F点电压等于C点电压，G点电压等于D点电压，副边驱动电路一输出高电平，功率开关管开通，C、D点电压继续通过电阻Rl给电容C3充电，直至电容C3上电压等于C点电压。当驱动脉冲变为低电平时，A点变为低电平，绕组NI电位上负下正，绕组N2电位上负下正，副边驱动电路一二极管Dl导通，C点变为低电平，MOS管Q2栅极变为低电平，MOS管Q2关断，三极管Q3的基极通过电阻R4流出基极电流，三极管Q3导通，加速功率开关管关断。由于电容C3上的电压不能突变，E点电压变为负，三极管Ql保持关断，电容C3通过电容C2、绕组N2以及电阻Rl构成回路放电。通过调整电容C3和电阻R1、R2的参数改变死区电路的充放电时间常数，可以调节所加入死区时间的大小。
[0040]使用了本发明的驱动电路，相比于传统的驱动电路，不仅能够避免在驱动脉冲关断时由于隔直电容以及自举电容未及时放电造成的功率开关管误导通现象，而且能够灵活的调节互补驱动输出的死区时间，具有很强的实用价值。
【权利要求】
1.一种死区可调的变压器隔离互补驱动电路，包括: 一个原边绕组，两个副边绕组的驱动变压器； 连接于驱动脉冲输入和驱动变压器原边绕组之间的隔直电容； 由自举电容、二极管构成的自举电路，电容的一端连接驱动变压器副边绕组的一端，另一端与二极管阴极相连，二极管的阳极连接在驱动变压器副边绕组另一端； 由电阻、PNP三极管、二极管构成的加速关断电路，电阻并接在三极管的基极和集电极，三极管的发射极连接二极管的阴极以及功率开关管的栅极，三极管的基极连接二极管的阳极，三极管的集电极连接功率开关管的源极。 其特征还在于包括: 死区电路，串接于自举电路和加速关断电路之间，所述死区电路由RC积分电路、NPN三极管、三极管基极偏置电阻、三极管集电极偏置电阻、死区调节MOS管组成； 防直通电路，并联于隔直电容和自举电容两端。
2.如权利要求1所述的死区可调的变压器隔离互补驱动电路，其特征在于:所述死区电路，通过调整RC积分电路以及三极管基极偏置电阻的参数，可以调节驱动电路输出的死区时间。
3.如权利要求1-2任一项所述的死区可调的变压器隔离互补驱动电路，其特征在于:所述防直通电路在驱动电路原边驱动脉冲关断时，对原边隔直电容和副边自举电容进行放电。
4.如权利要求1-3任一项所述的死区可调的变压器隔离互补驱动电路，其特征在于:所述驱动变压器的两个副边同名端相反。
【文档编号】H02M1/08GK104269997SQ201410541845
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】钱彬, 刘华吾, 魏涛, 胡海兵 申请人:南京航空航天大学