开关模式驱动电路的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及一种用于感性元件的开关模式驱动电路及方法。本发明尤其涉及，但不限于，降压、升压和推挽驱动电路。
[0002]本领域所公知的驱动电路包括具有第一和第二端子的第一开关，具有第一和第二端子的第二开关，其中第一开关的一端、第二开关的一端和将被驱动的感性元件的一端相互连接到公共节点。在推挽结构中，采用晶体管作为第一和第二开关，在降压、升压和升降压结构中，采用二极管作为其中的一个开关。
[0003]在所有这些结构中，能量存储装置连接在第一和第二开关的端子之间，而不连接到公共节点。在推挽和降压结构中，能量存储装置包括DC电源。在升压结构中能量存储装置包括输出电容器，在升降压结构中能量存储装置可以包括DC电源和串联连接的输出电容器。
[0004]在正常操作期间，开关被以交替关系驱动为导通和关断，即，当第一开关导通时，第二开关关断，反之亦可。然而，公知的是，可能会发生第一和第二开关同时导通，从而致使能量存储装置短路。这会引起大电流而导致损坏，例如损坏开关。
[0005]常规的保护电路和方法旨在确保在一个开关导通之前，另一个开关完全关断。在推挽结构中，这可以通过在一个晶体管关断和另一个晶体管导通之前期间插入一些延迟来实现。在降压和升压结构中，通常采用快速切换二极管。在其它实施例中，采用包括磁芯的常规串联保护电感器。参考图1，下面将进行清楚和更具体的描述，这些技术不仅限制了驱动电路的最大频率，而且限制了驱动电路的效率。
发明目的
[0006]相应地，本发明的目的在于提供一种替代的驱动电路和方法，申请人相信其至少可以减少前述缺点，或者可以为公知电路和方法提供一种有益替代。
发明概述
[0007]根据本发明提供一种开关模式驱动电路，包括:
-包括第一端子和第二端子的第一开关；
-包括第一端子和第二端子的第二开关；
-感性元件，其包括至少第一绕组部和第二绕组部，第一绕组部具有第一端部和第二端部，第二绕组部具有第一端部和第二端部；以及-具有第一极和第二极的能量存储装置，其中
-每个第一和第二开关的第一和第二端子以及每个第一和第二绕组部的第一和第二端部都串联连接在能量存储装置的第一和第二极之间；并且-第一和第二绕组部构成共模和差模结构中的一种。
[0008]第一绕组部的第一端部可以连接到第一开关的第二端子，第一绕组部的第二端部可以连接到第二绕组部的第二端部，第二绕组部的第一端部可以连接到第二开关的第一端子。
[0009]第一绕组部和第二绕组部可以设置成至少部分双线结构、混合结构和共绕线结构中的一种。
[0010]至少一个第一开关和第二开关可以包括开关晶体管。在一些实施例中，每个第一开关和第二开关都包括开关晶体管。在其它实施例中，至少一个第一开关和第二开关包括二极管。
[0011]第一开关的第一端子可以连接到能量存储装置的第一极，第二开关的第二端子可以连接到能量存储装置的第二极。能量存储装置可以包括DC电源。
[0012]在其它实施例中，能量存储装置包括电容器。
[0013]在第一开关的第二端子和第二开关的第一端子之间可以设置与第一绕组部和第二绕组部并联的阻抗元件，优选的是电阻元件。
[0014]电路可以包括阻尼元件，其设置在a)能量存储装置的第一极和第二开关的第一端子之间和b)能量存储装置的第二极和第一开关的第二端子之间的至少其中之一。
[0015]第一和第二绕组部可以构成为共模结构，感性元件可以包括变压器的初级绕组。
[0016]在其它实施例中，感性元件包括具有在构成差模结构的第一绕组部和第二绕组部之间的中间抽头的保护绕组。
[0017]中间抽头可以连接到将被驱动的感性元件，所述元件可以包括将被驱动的变压器的初级绕组。
[0018]本发明的范围还包括用于以交替切换模式驱动第一和第二开关的方法，该方法包括以下步骤，使包括第一绕组部和第二绕组部的绕组串联连接在第一和第二开关之间；并且使第一和第二绕组部构成为共模和差模结构中的一种。
【附图说明】
[0019]下面参考附图，仅以实例的方式对本发明作进一步描述，其中:
[0020]图1是现有技术的开关模式驱动电路的基本电路结构图，该电路包括操作在推挽模式中用于驱动变压器的初级绕组的第一和第二晶体管。
[0021]图2(a)至(C)是图1的结构图中所选点的波形图。
[0022]图3是开关模式驱动电路的输出级的示例实施例的基本电路结构图。
[0023]图4是开关模式驱动电路的推挽结构输出级的示例实施例的具体结构图。
[0024]图5 (a)至(C)是图4的结构图中所选点的波形图。
[0025]图6是开关模式驱动电路的推挽结构输出级的另一示例实施例的电路结构图。
[0026]图7是包括推挽结构输出级的开关模式驱动电路的示例实施例的电路结构图。
[0027]图8是包括推挽结构输出级的开关模式驱动电路的另一示例实施例的电路结构图。
[0028]图9是开关模式驱动电路的降压结构输出级的示例实施例的电路结构图。
[0029]图10是开关模式驱动电路的降压结构输出级的另一示例实施例的电路结构图。
[0030]图11是开关模式驱动电路的升压结构输出级的示例实施例的电路结构图。
[0031]图12是开关模式驱动电路的升压结构输出级的另一示例实施例的电路结构图。
[0032]图13(a)至13(d)是绕组结构示例实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0033]现有技术的开关模式驱动电路的输出级通常由图1中的附图标记100示出。
[0034]该公知的输出级包括第一绝缘栅半导体开关装置114和第二绝缘栅半导体开关装置116。该第一和第二装置串联连接在DC电源的极118.1和118.2之间的电路115中，第一装置114的源极114.2直接连接到第二装置的漏极116.1。包括将被驱动的变压器122的初级绕组120的支路117在公共节点119处连接到第一开关装置的源极114.2和第二开关装置的漏极116.1。
[0035]图2中，示出了图1中所选点处的信号随时间的波形图。图2(a)示出的是点116.1处的电压。图2(b)示出的是电路115中和流过装置114和116的电流。图2(c)示出的是支路117中和流过初级绕组120的电流。在正常操作期间，其中的一个开关装置导通而另一个关断。这样在DC电源、导通的开关和变压器122的初级绕组120之间形成了回路。这个回路称之为初级电路。为获得好性能，电源和开关的阻抗尽可能小。因而，初级绕组120两端的电压接近于电源电压，如图2(a)所示。
[0036]然而，图2(b)示出了短期间200内，两个开关装置114和116同时导通的情形。当两个开关装置导通时，在DC电源和两个串联连接的开关114和116之间形成短路。由于前面提到的DC电源和开关装置的低阻抗以及说明书引言中提及的原因，所以在该期间200内，短路中的电流上升很快。如图2(b)所示，在期间200内，短路中的电流值可能超过30A，这将导致一个或两个开关装置损坏。在传统方式中，如果在短路中加入常规的串联保护电感或电阻，该电感和阻抗同样会加到初级电路，这样会降低开关模式驱动电路的性能，这当然是不希望的。尤其是，由于两个开关装置都导通的期间200远远短于只有一个开关导通的期间，所以需要保护的频率大于驱动电路工作的频率。众所周知的是，具有磁芯的感性元件通常是有频率依赖性的，这使得高频时的感抗小于低频时的感抗。因此，通过在短路中加入常规的串联保护电感会导致初级电路在低频时的感抗增加，这是不希望的。
[0037]图3中，大体以附图标记10标出了根据本发明的驱动电路的输出级的第一示例实施例。输出级10包括包含第一端子14.1和第二端子14.2的第一开关14，包含第一端子16.1和第二端子16.2的第二开关16，以及包含至少第一绕组部20.1和第二绕组部20.2的感性元件20，该第一绕组部具有第一端部20.1.1和第二端部20.1.2，该第二绕组部具有第一端部20.2.1和第二端部20.2.2。级10还包括具有第一极18.1和第二极18.2的能量存储装置18。第一开关14和第二开关16中的每个开关的第一和第二端子以及第一绕组部20.1和第二绕组部20.2的每个绕组部的第一和第二端部都串联连接在能量存储装置18的第一极18.1和第二极18.2之间。第一绕组部20.1和第二绕组部20.2构成为共模结构，图3中以圆点示出。在其它实施例中，第一和第二绕组部可以构成为差模结构，这将在下文进行描述。
[0038]图4中，示出了输出级的推挽结构的更详细实施例。第一开关14包括包含第一端子或漏极14.1、第二端子或源极14.2以及第三端子或栅极14.3的第一绝缘栅半导体装置。第二开关16包括包含第一端子或漏极16.1、第二端子或源极16.2以及第三端子或栅极16.3的第二绝缘栅半导体装置。第一装置14的漏极14.1连接到DC电源18的第一极18.10第二装置16的源极16.2连接到DC电源的另一极18.2。此外，第一装置14的源极14.2连接到以变压器22的初级绕组20形式的将被驱动的感性元件的第一绕组部20.1的第一端部20.1.10变压器22包括次级绕组24。第二装置16的漏极16.2连接到初级绕组20的第二绕组部20.2的第一端部20.2.10第一绕组部20.1的第二端部20.1.2和第二绕组部20.2的第二端部20.2