一种双管驱动电路及其控制方法与流程

本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种双管驱动电路及其控制方法。

背景技术：

现有的开关功率管的驱动电路中，通常采用两个半导体开关管同时导通或关断来控制电路启闭。然而，如图1所示，两个半导体开关管同时导通或关断会产生过高的电压尖峰，导致半导体器件损坏，以及导致输出肖特基或快恢复二极管损坏，严重影响产品使用寿命，甚至可能造成击穿。

技术实现要素：

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种延时通断的双管驱动电路及其控制方法，通过调节上管或下管驱动电阻、电容的大小，使上管和下管的导通或关断不同时发生，避免产生过高的电压尖峰。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双管驱动电路，包括：

输入变压器，用于接收脉宽调制信号和输入电压，并且将输入电压进行分压分配给上半导体管和下半导体管；

上半导体管，与输入变压器连接，并且接收脉宽调制信号，根据脉宽调制信号执行导通或关断工作；上半导体管与输入变压器之间还具有第一电阻和第一电容；

下半导体管，与上半导体管并联，与输入变压器连接，并且接收脉宽调制信号，根据脉宽调制信号执行导通或关断工作；下半导体管与输入变压器之间还具有第二电阻和第二电容；

输出电路，与上半导体管、下半导体管分别连接，利用上半导体管、下半导体管的导通或关断来控制输出电路输出目标波形；所述第一电阻和所述第一电容的乘积与所述第二电阻和所述第二电容的乘积不相同。

在一些实施例中，所述第一电阻和所述第一电容之间还连接有第一放电回路，所述第二电阻和所述第二电容之间还连接有第二放电回路。

在一些实施例中，所述第一电阻为可调节电阻，所述第二电阻为可调节电阻。

在一些实施例中，所述第一电阻的可调节范围不大于1000欧姆，所述第二电阻的可调节范围不大于1000欧姆。

在一些实施例中，所述双管驱动电路中具体连接关系如下：

脉宽调制信号从输入变压器t1的初级第2脚输入，在输入变压器t1的次级第5号脚和第6号脚产生一个隔离的脉宽调制信号，输入变压器t1的第6号脚与第一电阻r1串联，第一二极管d1与第一电阻r1串联，第三电阻r3与第一电阻r1串联；第三电阻r3与三极管q3的基极b连接，三极管q3的发射极e与输入变压器t1的第5号脚连接，三极管q3的集电极c与第一二极管d3的负极连接；第一电容c1一端与第一二极管d1的负极相连，另一端接输入变压器的5脚；上半导体管的栅极g与第一二极管d1的负极连接，上半导体管的源极s连接输入变压器的第5号脚，上半导体管的漏极d接高压电源输入端hvcc；上半导体管的源极接输出电路；

脉宽调制信号从输入变压器t1的初级第2脚输入，在输入变压器t1的次级第3号脚和第4号脚产生一个隔离的脉宽调制信号，输入变压器t1的第4号脚与第二电阻r2串联，第二二极管d2与第二电阻r2串联，第四电阻r4与第二电阻r2串联；第四电阻r4与三极管q4的基极b连接，三极管q4的发射极e与输入变压器t1的第3号脚连接，三极管q4的集电极c与第二二极管d2的负极连接；第二电容c2的一端与第二二极管d2的负极相连，另一端接输入变压器的3脚；下半导体管的栅极g与第二二极管d2的负极连接，下半导体管的源极s连接输入变压器的第3号脚并且共同接地；下半导体管的漏极d连接输出电路。

在一些实施例中，所述输出电路为全波整流电路；所述全波整流电路中具有输出变压器，输出变压器的第1号脚接上半导体管的源极；输出变压器的第2号脚接下半导体管的漏极；输出变压器的第4号脚与第三二极管的正极相连，第三二极管的负极串联第三电容；输出变压器的第3号脚与第四二极管的正极连接，第三二极管、第四二极管和第三电容共同组成全波整流电路。

在一些实施例中，所述上半导体管为mos管、三极管或者绝缘栅双极型晶体管，所述下半导体与所述上半导体管相同。

在一些实施例中，所述mos管为场效应晶体管。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种采用上述的双管驱动电路的驱动控制方法，包括：

输入变压器接收脉宽调制信号和输入电压；

将输入电压进行分压分配给上半导体管和下半导体管；

在脉宽调制信号控制下，利用第一电阻和第一电容形成的回路，实现上半导体管的导通或关断；

利用第二电阻和第二电容形成的回路，实现下半导体管的导通和关断；

通过导通的上半导体管和下半导体管控制输出电路来输出目标波形；其中，

上半导体管的导通早于下半导体管的导通；上半导体管的关断早于下半导体管的关断；或者，

上半导体管的导通晚于下半导体管的导通，上半导体管的关断晚于下半导体管的关断。

在一些实施例中，所述第一电阻和所述第一电容之间还连接有第一放电回路，所述第二电阻和所述第二电容之间还连接有第二放电回路；则在上半导体管关断的瞬间，利用第一放电回路使得上半导体管的电流得到释放；在下半导体管关断的瞬间，利用第二放电回路使得下半导体管的电流得到释放。

本发明的延时通断的双管驱动电路及其控制方法，通过在上半导体管和输入变压器之间设置第一电阻和第一电容，在下半导体管和输入变压器之间设置第二电阻和第二电容，并且设计第一电阻和第一电容的乘积不同于第二电阻和第二电容的乘积，从而实现上半导体管的导通早于或晚于下半导体管的导通，从而降低了现有电路中的电压尖峰过高导致半导体元器件损坏的问题；此外，输出电路中在采用整流滤波的情况下，同时上半导体管的导通早于或晚于下半导体管的导通，还避免了输出变压器产生尖峰，避免输出肖特基或快恢复二极管烧坏。

附图说明

图1为现有的双管驱动控制电路在导通和关断时的驱动波形图；

图2为本发明的一个较佳实施例的双管驱动控制电路示意图；

图3为本发明的另一个较佳实施例的双管驱动控制电路示意图；

图4为本发明的一个实施例的双管驱动控制电路在导通和关断时的驱动波形图；

图5为本发明的一个实施例的上半导体管和下半导体管导通时的波形图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明中的双管驱动电路，可以是正激驱动电路，也可以是反激驱动电路。其包括输入变压器、上半导体管、下半导体管和输出电路。输入变压器用于接收脉宽调制信号和输入电压，并且将输入电压进行分压分配给上半导体管和下半导体管；上半导体管与输入变压器连接，并且接收脉宽调制信号，根据脉宽调制信号执行导通或关断工作；下半导体管与上半导体管并联，与输入变压器连接，并且接收脉宽调制信号，根据脉宽调制信号执行导通或关断工作；输出电路与上半导体管、下半导体管分别连接，利用上半导体管、下半导体管的导通或关断来控制输出电路输出目标波形；第一电阻和第一电容的乘积与第二电阻和所述第二电容的乘积不相同。特别是，在上半导体管与输入变压器之间设置了第一电阻和第一电容，在下半导体管和输入变压器之间设置了第二电阻和第二电容。通过设置第一电阻和第一电容的乘积与第二电阻和第二电容的乘积不同，从而使得上半导体管和下半导体管的导通时间不同。

采用本发明的双管驱动电路进行驱动控制的方法包括：

输入变压器接收脉宽调制信号和输入电压；

将输入电压进行分压分配给上半导体管和下半导体管；

在脉宽调制信号控制下，利用第一电阻和第一电容形成的回路，实现上半导体管的导通或关断；

利用第二电阻和第二电容形成的回路，实现下半导体管的导通和关断；

通过导通的上半导体管和下半导体管控制输出电路来输出目标波形；其中，

上半导体管的导通早于下半导体管的导通；上半导体管的关断早于下半导体管的关断；或者，

上半导体管的导通晚于下半导体管的导通，上半导体管的关断晚于下半导体管的关断。

这里，根据第一电阻和第一电容的乘积与第二电阻和第二电容的乘积的大小，来得到是上半导体管先导通还是下半导体管先导通。当第一电阻和第一电容的乘积大于第二电阻和第二电容的乘积时，下半导体管先导通；反之，则上半导体管先导通。

以下结合附图2~5和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

本实施例中，以双管反激驱动电路为例子，来对本发明的技术方案进行详细说明。但这并不用于限制本发明的保护范围。

本实施例中，第一电阻和第一电容之间还可以连接有第一放电回路，第二电阻和第二电容之间还可以连接有第二放电回路。但这不用于限制本发明的保护范围。第一放电回路和第二放电回路的设置，可是使得与其连接的上半导体管和下半导体管在关断的瞬间快速放电，避免过冲，从而保护上半导体管和下半导体管不受过冲损伤，延长使用寿命。

如图2所示，脉宽调制信号从输入变压器t1的初级第2脚输入，在输入变压器t1的次级第5号脚和第6号脚产生一个隔离的脉宽调制信号，输入变压器t1的第6号脚与第一电阻r1串联，第一二极管d1与第一电阻r1串联，第三电阻r3与第一电阻r1串联；第三电阻r3与三极管q3的基极（b）连接，三极管q3的发射极（e）与输入变压器t1的第5号脚连接，三极管q3的集电极（c）与第一二极管d3的负极连接；第一电容c1一端与第一二极管d1的负极相连，另一端接输入变压器的5脚；上半导体管的栅极（g）与第一二极管d1的负极连接，上半导体管的源极（s）连接输入变压器的第5号脚，上半导体管的漏极（d）接高压电源输入端hvcc；上半导体管的源极接输出电路；

脉宽调制信号从输入变压器t1的初级第2脚输入，在输入变压器t1的次级第3号脚和第4号脚产生一个隔离的脉宽调制信号，输入变压器t1的第4号脚与第二电阻r2串联，第二二极管d2与第二电阻r2串联，第四电阻r4与第二电阻r2串联；第四电阻r4与三极管q4的基极（b）连接，三极管q4的发射极（e）与输入变压器t1的第3号脚连接，三极管q4的集电极（c）与第二二极管d2的负极连接；第二电容c2的一端与第二二极管d2的负极相连，另一端接输入变压器的3脚；下半导体管的栅极（g）与第二二极管d2的负极连接，下半导体管的源极（s）连接输入变压器的第3号脚并且共同接地；下半导体管的漏极（d）连接输出电路。

输出电路为全波整流电路；所述全波整流电路中具有输出变压器，输出变压器的第1号脚接上半导体管的源极；输出变压器的第2号脚接下半导体管的漏极；输出变压器的第4号脚与第三二极管的正极相连，第三二极管的负极串联第三电容；输出变压器的第3号脚与第四二极管的正极连接，第三二极管、第四二极管和第三电容共同组成全波整流电路。

需要说明的是，本实施例中以双管反激驱动电路为例，但在本发明的其它实施例中，双管正激驱动电路也同样适用，和上述双管反激驱动电路的区别在于，双管正激驱动电路中的输出电路的输出端具有功率电感，而双管正激驱动电路中的输出电路没的输出端没有电感。

这里，第一电阻和第二电阻均可以为可调节电阻，较佳的，第一电阻的可调节范围不大于1000欧姆，第二电阻的可调节范围不大于1000欧姆。此外，第一电容和第二电容也可以为可调节电容，第一电容和第二电容的可调节范围均不大于100纳法拉。

本实施例中的上半导体管和下半导体管可以相同，可以为mos管、三极管或者绝缘栅双极型晶体管。mos管可以为场效应晶体管，例如sic场效应晶体管。

本实施例中，采用上述的双管驱动电路的驱动控制方法具体包括：

i.脉宽调制信号输入变压器t1；

ii.在输入变压器的次级产生两路pwm驱动信号；其中，第5号脚为低电平，第6号脚位高电平；第3号脚为低电平时，第4号脚位高电平；

iii.第一二极管d1和第二二极管d2正向导通；

iv.上半导体管先导通，下半导体管再导通；或者下半导体管先导通，上半导体管再导通；

v.根据脉宽调制信号，上半导体管关断、下半导体管关断；

vi.在上半导体管关断的瞬间，利用第一二极管、三极管q3组成的放电回路进行放电，和下半导体管关断的瞬间，利用第二二极管、三极管q4组成的放电回路进行放电；

重复上述过程iv至vi，对输出电路输出目标波形。

具体的，上半导体管开通和下半导体管开通时间不同，这是由于半导体管内沟道区域的交叠形成的寄生电容，先对寄生电容进行充电，使得半导体达到米勒平台区，当一旦达到半导体管开启电压就将开始导通电流。同时，在半导体管的栅极和漏极间外接一个电容c，从而延长了半导体管达到米勒平台时间，即实现了开通延时。延时通断双管驱动控制电路原理图，如图2所示。调节r1，r2，c1，c2的值来改变延时时间的长短，当满足r1*c1＞r2*c2的关系时，第一电容充电时间为:τ1=r1*c1，第二电容充电时间τ2=r2*c2；即τ1＞τ2，上半导体管达到米勒效应区的时间长，上半导体管开通延时时间更长。上半导体管和下半导体管开通时的波形图，如图5所示，可以很明显的看出：下半导体管q2比上半导体管q1先导通，图5中虚线框内所示。同理反之。这里因为，当r1*c1＜r2*c2时，τ1＜τ2，上半导体管q1比下半导体管q2优先导通。当输入变压器的第5号脚为高电平，第6号脚位低电平；第3号脚为电高平时，第4号脚位低电平时，第一二极管d1和第二二极管d2反向截止，上半导体管、下半导体管也处于截止状态；此时第一电容c1、第二c2通过三极管q3、q4和电阻r3、r4进行快速放电。

实施例二

本实施例二与实施例一的区别在于，请参阅图3，实施例二中第一电阻和第一电容之间、第二电阻和第二电容之间均不连接回放电路。也即是不具有第一二极管、三极管q3、第二二极管、三极管q4，以及电阻r3和r4。其它电气元件和电路连接都相同，这里不再赘述。

如图3所示，本实施例二的电路可以理解如下：输入驱动变压器t1的1到2处线圈，用于隔离直流分量，把接收到的脉宽调制信号通过驱动变压器t1磁芯耦合，在t1的6到5处线圈与t1的4到3处线圈得到相同的脉宽调制信号，驱动信号回路工作过程如下：在t1的6脚得到的脉宽调制信号，再通过限流电阻r1、延时电容c1，半导体管q1的g、s脚，回到驱动变压器t1的5脚；同样，在t1的4脚得到的脉宽调制信号，再通过限流电阻r2、延时电容c2、半导体管q2的g、s脚，回到驱动变压器t1的3脚，功率传输回路工作过程如下：半导体管q1,q2的g、s脚导通后，会使半导体管q1、q2的d、s脚导通，hvcc电压通过半导体管q1的d、s脚，主变压器t2的原边线圈第1脚，第2脚，再到半导体管q2的d、s脚，最后到pgnd，形成一个功率回路，通过主变压器t2隔离直流分量，把脉宽调制信号通过主变压器t2的磁芯耦合，把能量传送到次边线圈3,4脚，最后通过二极管d1、d2整流，电容c3滤波，得到直流电，给负载供电。

在本实施例二的双管驱动电路的基础上，驱动控制方法具体包括：

i.脉宽调制信号输入变压器t1；

ii.在输入变压器的次级产生两路pwm驱动信号；其中，第5号脚为低电平，第6号脚位高电平；第3号脚为低电平时，第4号脚位高电平；

iii.第一二极管d1和第二二极管d2正向导通；

iv.上半导体管先导通，下半导体管再导通；或者下半导体管先导通，上半导体管再导通；

v.根据脉宽调制信号，上半导体管关断、下半导体管关断；

重复上述过程iv至v，对输出电路输出目标波形。

具体的，上半导体管开通和下半导体管开通时间不同，这是由于半导体管内沟道区域的交叠形成的寄生电容，先对寄生电容进行充电，使得半导体达到米勒平台区，当一旦达到半导体管开启电压就将开始导通电流。同时，在半导体管的栅极和漏极间外接一个电容c，从而延长了半导体管达到米勒平台时间，即实现了开通延时。延时通断双管驱动控制电路原理图，如图2所示。调节r1，r2，c1，c2的值来改变延时时间的长短，当满足r1*c1＞r2*c2的关系时，第一电容充电时间为:τ1=r1*c1，第二电容充电时间τ2=r2*c2；即τ1＞τ2，上半导体管达到米勒效应区的时间长，上半导体管开通延时时间更长。上半导体管和下半导体管开通时的波形图，如图5所示，可以很明显的看出：下半导体管q2比上半导体管q1先导通，图5中虚线框内所示。同理反之。这里因为，当r1*c1＜r2*c2时，τ1＜τ2，上半导体管q1比下半导体管q2优先导通。当输入变压器的第5号脚为高电平，第6号脚位低电平；第3号脚为电高平时，第4号脚位低电平时，第一二极管d1和第二二极管d2反向截止，上半导体管、下半导体管也处于截止状态；此时第一电容c1、第二c2通过三极管q3、q4和电阻r3、r4进行快速放电。

综上所述，本发明中，通过在上半导体管和输入变压器之间设置第一电阻和第一电容，在下半导体管和输入变压器之间设置第二电阻和第二电容，并且设计第一电阻和第一电容的乘积不同于第二电阻和第二电容的乘积，从而实现上半导体管的导通早于或晚于下半导体管的导通，从而降低了现有电路中的电压尖峰过高导致半导体元器件损坏的问题；并且，也还可以在第一电阻和第一电容之间设置第一放电回路，在第二电阻和第二电容之间设置第二放电回路，来使得上半导体管和下半导体管在关断的瞬间能够快速放电，保护上半导体管和下半导体管不受损伤。此外，输出电路中在采用整流滤波的情况下，同时上半导体管的导通早于或晚于下半导体管的导通，还避免了输出变压器产生尖峰，避免输出肖特基或快恢复二极管烧坏。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。