一种隔离式大功率驱动电路及应用该电路的开关电源的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种隔离式大功率驱动电路及应用该电路的开关电源，其中，所述隔离式大功率驱动电路包括：隔离驱动变压器、原边驱动电路、副边驱动电路；原边驱动电路，用于产生并发送脉宽信号给隔离驱动变压器；隔离驱动变压器，用于将所述脉宽信号进行隔离处理，获取隔离信号；并将所述隔离信号传递给副边驱动电路；副边驱动电路，采用驱动芯片将隔离信号进行驱动放大,得到具有驱动能力的驱动信号来驱动功率开关管。采用本发明提供的隔离式大功率驱动电路可提高驱动能力，有利于驱动一个或者多个并联的大功率开关管。因此，在功率开关管隔离驱动电路工作在输出最大驱动能力时,可以选择体积较小的隔离驱动变压器,从而大大降低开关电源成本。
【专利说明】—种隔离式大功率驱动电路及应用该电路的开关电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及隔离式大功率驱动电路【技术领域】，尤其涉及一种由驱动芯片和隔离驱动变压器组成的一种隔离式大功率驱动电路及应用该电路的开关电源。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的不断发展，开关电源得到越来越多的应用。开关电源中各种电路拓扑都需要通过功率器件进行能量的传输，可以以直接或者间接的方式对功率器件进行驱动。当功率开关管应用于桥式拓扑或者需要隔离控制时，需要对所述功率开关管进行隔离驱动。隔离驱动的方式有多种拓扑，如图1所示，为一种传统的功率开关管隔离驱动电路，该电路包括:原边驱动信号电路、原边隔直电容Cl、隔离驱动变压器Tl、驱动电阻R1，功率开关管Q1。所述原边驱动信号电路发出不同占空比和频率的脉宽波形信号，经过隔离驱动变压器Tl的原、副边隔离、放大后产生具有驱动能力的驱动信号，再经过驱动电阻Rl后对功率开关管Ql进行驱动。
[0003]现有传统的功率开关管隔离驱动电路方案中，由于所述控制电路发出的方波脉宽信号经隔离驱动变压器Tl后输出的驱动能力较小，只能驱动功率较小的功率开关管，而且经隔离驱动变压器的输出驱动波形失真较大；当驱动变压器的原边占空比变化较大时，副边输出驱动脉宽的正负幅值变化太大，可能导致电路工作不正常。另外，当所述功率开关管隔离驱动电路工作在输出最大驱动能力时，必然会因为驱动电流增大而将隔离变压器设计成较大尺寸，这会降低产品的功率密度，增加成本。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供了一种隔离式大功率驱动电路及应用该电路的开关电源，为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0005]一种隔离式大功率驱动电路，该电路包括:隔离驱动变压器、原边驱动电路、副边驱动电路；
[0006]所述原边驱动电路，用于产生并发送脉宽信号给所述隔离驱动变压器；
[0007]所述隔离驱动变压器，用于将所述脉宽信号进行隔离处理，获取隔离信号；并将所述隔离信号传递给所述副边驱动电路；
[0008]所述副边驱动电路，用于增加所述隔离信号的驱动能力，驱动功率开关管。
[0009]一种开关电源，该电源包括:如上所述的隔离式大功率驱动电路。
[0010]本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路及应用该电路的开关电源，通过所述原边驱动信号电路产生并发送脉宽信号给所述隔离驱动变压器；由所述隔离驱动变压器将所述脉宽信号进行隔离处理，获取隔离信号；并将所述隔离信号传递给所述副边驱动电路；所述副边驱动电路增强所述隔离信号的驱动能力，驱动功率开关管。本发明实施例提供的隔离式大功率驱动电路，由于副边驱动电路采用了增强所述隔离信号驱动能力的驱动芯片来满足功率开关管所需的驱动能力，从而使得功率开关管在隔离驱动电路工作在输出最大驱动能力时，也可以选择体积较小的隔离变压器，从而大大降低了开关电源的成本，同时隔离驱动变压器的副边驱动电路采用驱动芯片增强驱动信号的驱动能力，这种电路拓扑适用于占空比变化莫测或者信号频率也变化的场合。
[0011]所述的隔离驱动变压器比以往通过隔离变压器直接驱动功率管的驱动变压器体积可以做到很小，占用PCB空间很小；比以往采用的高速光耦隔离驱动芯片在价格方面占据更大的优势，而且传输信号延迟小；这种隔离式大功率驱动电路结构可以根据实际应用的功率管数量和参数值不同来灵活选择具有不同驱动能力的驱动芯片。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为一种传统的功率开关管隔离驱动电路图；
[0013]图2为本发明一种隔离式大功率驱动电路的结构示意图；
[0014]图3为本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路原理图；
[0015]图4为本发明实施例提供的一种改进型隔离式大功率驱动电路原理图；
[0016]图5为本发明实施例提供的一种正激式隔离大功率驱动电路原理图；
[0017]图6为本发明实施例提供的一种反激式隔离大功率驱动电路原理图；
[0018]图7为本发明实施例提供的一种多路输出隔离大功率驱动电路原理图；
[0019]图8为本发明实施例提供的一种改进型隔离式大功率驱动电路原理图；
[0020]图9为本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路图；
[0021]图10为本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路图9的输入信号S1-S2波形图；输出信号S3波形图和输出信号S4波形图；
[0022]图11为本发明实施例提供的另一种隔离式大功率驱动电路图；
[0023]图12为本发明实施例提供的另一种隔离式大功率驱动电路图11的输入信号S1-S2波形图；输出信号S3波形图和输出信号S4波形图；
[0024]图13为本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路中隔离变压器副边输出的驱动信号经驱动芯片驱动的电路图；
[0025]图14为本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路中驱动芯片输出的驱动信号驱动功率开关管的电路图；
[0026]图15为本发明实施例提供的一种应用隔离式大功率驱动电路的开关电源的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路及应用该电路的开关电源进行详细描述。
[0028]如图2所示，为本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路的结构示意图；所述隔离式大功率驱动电路，包括:隔离驱动变压器、原边驱动电路、副边驱动电路；
[0029]所述原边驱动电路，用于产生并发送脉宽信号给所述隔离驱动变压器；
[0030]所述隔离驱动变压器，用于将所述脉宽信号进行隔离处理，获取隔离信号；并将所述隔离信号传递给所述副边驱动电路；
[0031]所述副边驱动电路，用于增强所述隔离信号的驱动能力，驱动功率开关管。[0032]基于以上实施例，如图3所示，为本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路原理图；所述原边驱动电路包括:驱动信号电路、隔直电容C2和放电电阻R2 ;所述副边驱动电路包括:驱动芯片、限流电阻R3、驱动电阻R4 ；
[0033]所述隔直电容C2和所述放电电阻R2并联；
[0034]将所述隔直电容C2和所述放电电阻R2并联两端分别与所述驱动信号电路输出端
1、隔离驱动变压器T2的原边绕组输入端A串联在一起；
[0035]所述驱动信号电路输出端2与所述隔离驱动变压器T2的原边绕组输入端B相连；
[0036]所述限流电阻R 3两端串联在所述隔离驱动变压器T2的副边输出端C与所述驱动芯片的输入端I ;所述驱动芯片输出端2与所述隔离驱动变压器T2的副边输出端D相连；所述驱动芯片输出端3与所述驱动电阻R4 —端相连；所述驱动芯片输出端4与功率开关管Q2源极端S相连；所述驱动电阻R4另一端与所述功率开关管Q2栅极端G相连。
[0037]如图4所示为本发明实施例提供的一种改进型隔离式大功率驱动电路的结构示意图；所述驱动芯片匹配电阻R5两端并联在隔离驱动变压器副边输出端C和D。
[0038]需要说明的是，以上图3和图4实施例中驱动信号电路发出脉宽方波作为驱动信号，驱动信号经过隔直电容C2传到所述隔离驱动变压器T2的原边绕组，所述隔直电容C2可以起到了隔直流通交流的作用，防止隔离驱动变压器发生磁饱和，C2让交流信号传到隔离驱动变压器T2的原边绕组，放电电阻R2是为了给C2放电，避免C2起不到隔直作用。
[0039]图3和图4中所述隔离驱动变压器T2的原边绕组得到的是一组脉宽方波，传到副边绕组也是一组脉宽方波，副边得到的脉宽方波作为驱动芯片的输入信号，其中，所述限流电阻R3在电路中起到限流作用，限制流入驱动芯片的电流；其中，所述匹配R5在电路中起到阻抗匹配，增强副边驱动信号的抗干扰能力；驱动芯片输出端的波形跟踪(同向或者反向)输入端波形，经过驱动电阻R4传到功率开关管G、S两端。驱动芯片的选型可根据开关管的功率等级来选。本发明所述隔离式大功率驱动电路通过隔离驱动变压器传递信号，通过驱动芯片提供驱动能力，可以让设计者对电路进行灵活设计，从而可降低产品成本，并提高可靠性。
[0040]需要说明的是，所述隔离驱动变压器的副边包括至少一个副边绕组；所述隔离驱动变压器可根据所述功率开关管的数量来确定副边绕组的数量。
[0041]需要说明的是，所述原边驱动信号电路中所发出的驱动脉宽信号为一组正向方波脉宽，或者为一组负向方波脉宽，或者为一组正负交替方波脉宽；所述原边驱动电路所发出的驱动脉宽信号为任意占空比。
[0042]还需要说明的是，所述驱动信号电路发出的为SG3525，或者UC3844，或者L6562等控制芯片发出的驱动脉宽信号，或者由CPU芯片发出的驱动脉宽信号。
[0043]需要说明的是，所述驱动芯片的选型可根据所述功率开关管的功率等级和功率开关管的参数来选择；所述驱动芯片较优选的，可以为TC4424，或者IT2110或者其他驱动芯片。
[0044]需要说明的是，所述副边驱动电路还包括:一个二极管；所述二极管并联连接于所述驱动芯片的输入端I和2之间，所述二极管正负极连接方向由所述隔离变压器的同名端决定。
[0045]还需要说明的是，所述隔离驱动变压器T2为正激式变压器，或者，为反激式变压器，或者，为组合变压器。
[0046]基于以上实例，如图5所示，为本发明实施例提供的一种隔离驱动变压器T2为正激式变压器的隔离式大功率驱动电路图；其中，所述隔离驱动变压器T2的原边绕组输入端Al与副边输出端Cl为同名端。所述限流电阻R3 —端与驱动芯片输入端I相连，另一端与副边输出端Cl相连。
[0047]基于以上实例，如图6所示，为本发明实施例提供的一种隔离驱动变压器T2为反激式变压器的隔离式大功率驱动电路图；其中，所述隔离驱动变压器T2的原边绕组输入端Al与副边输出端Dl为同名端。所述限流电阻R3—端与驱动芯片输入端2相连，另一端与副边输出端Dl相连。
[0048]基于以上实例，如图7所示，为本发明实施例提供的一种隔离驱动变压器T2为组合式变压器的隔离式大功率驱动电路图；所述隔离驱动变压器T2包含两个副边绕组。其中，所述隔离驱动变压器T2的原边绕组输入端Al与副边输出端C1、D1为同名端。所述限流电阻R3 —端与驱动芯片A输入端I相连，另一端与副边输出端Cl相连；所述限流电阻R6 —端与驱动芯片B输入端2相连,另一端与副边输出端Dl相连。
[0049]基于以上实例，如图8所示，为本发明实施例提供的一种带二极管的正激式变压器的隔离式大功率驱动电路图；该电路所述隔离驱动变压器T2的原边绕组输入端Al与副边输出端Cl为同名端。所述限流电阻R3 —端与驱动芯片输入端I相连，另一端与副边输出端Cl相连。所述二极管Dl并联于所述驱动芯片输入端I与输入端2之间，所述二极管Dl正极端与所述驱动芯片输入端2相连；负极端与所述驱动芯片输入端I相连。
[0050]需要注意的是，所述二极管并联连接于所述驱动芯片的输入端I和2之间，所述二极管正负极连接方向由所述隔离变压器的同名端决定。如果所述隔离式大功率驱动电路采用的反激式变压器如图6所示，所述二极管将正极端与所述驱动芯片输入端I相连；负极端与所述驱动芯片输入端2相连。
[0051]如图9所示，为本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路图；该实施例是以2个副边绕组的隔离驱动变压器，驱动两组4个功率开关管为例对本发明的隔离式大功率驱动电路进行说明。其中T2为隔离驱动变压器；R9和RlO是电路中的匹配电阻，Rll和R12为电路中的限流电阻，R8为放电电阻，电容C2为隔直电容。由驱动信号电路发出的S1-S2波形经过隔离驱动变压器T2得到的驱动信号S4和S3的波形如图10所示。
[0052]经过隔离驱动变压器隔离的驱动信号S3和S4进入驱动芯片TC4424，如图13所示，根据实际电路需求，单个驱动信号经输入输出同向的TC4424芯片(分别是Ul和U2)后得到具有高驱动能力的双路驱动信号。再经驱动电阻得到驱动MOS管的信号S3A、S3B和S4A和S4B。其中Ul的两路输出分别接驱动电阻R16和R17 ;其中U2的两路输出分别接驱动电阻R18和R19;电容C3和C4分别是驱动芯片电源的稳压滤波电容。
[0053]由于不同公司的驱动芯片本身内部结构不同，有的驱动芯片可以承受不同电压等级的负压，有的芯片是不能承受负压的，因此为了解决本发明这种大功率隔离驱动电路可以采用不同类型的驱动芯片这个问题，可以采用如图11所示的另外一种隔离式大功率驱动电路图，在输出端增加二极管D2和D3。其中D2 —端接GNDI，一端接S3 ;其中D3 —端接GND2，一端接S4。这样如果由原边传来的驱动信号电压存在负值，二极管D2和D 3就可以阻止负压信号的产生，最终得到无负压的驱动信号，如图12所示。[0054]经过两片驱动芯片TC4424后输出具有驱动能力的驱动信号S3A、S3B和S4A、S4B直接驱动功率开关管Q3至Q6，如图14所示，其中电阻R20至R23为功率开关管的栅极下拉电阻，使功率管可靠的导通和关断。
[0055]如图15所示，为本发明实施例提供的一种开关电源；该电源包括:如上所述任意一种隔离式大功率驱动电路。
[0056]本发明实施例提供的一种隔离式大功率驱动电路及应用该电路的开关电源，通过所述原边驱动信号电路产生并发送脉宽信号给所述隔离驱动变压器；由所述隔驱动离变压器将所述脉宽信号进行隔离处理，获取隔离信号；并将所述隔离信号传递给所述副边驱动电路；所述副边驱动电路增强所述隔离信号的驱动能力，驱动功率开关管。本发明实施例提供的隔离式大功率驱动电路，由于副边驱动电路采用了增强所述隔离信号驱动能力的驱动芯片，满足了功率开关管所需的驱动能力，从而使得功率开关管在隔离驱动电路工作在输出最大驱动能力时，可以选择体积较小的隔离变压器，从而大大降低了开关电源的成本。
[0057]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种隔离式大功率驱动电路，其特征在于，包括:隔离驱动变压器、原边驱动电路、副边驱动电路； 所述原边驱动电路，用于产生并发送脉宽信号给所述隔离驱动变压器； 所述隔离驱动变压器，用于将所述脉宽信号进行隔离处理，获取隔离信号；并将所述隔离信号传递给所述副边驱动电路； 所述副边驱动电路，用于增强所述隔离信号的驱动能力，驱动功率开关管。
2.根据权利要求1所述的隔离式大功率驱动电路，其特征在于，所述原边驱动电路包括:驱动信号电路、隔直电容C2和放电电阻R2 ;所述副边驱动电路包括:驱动芯片、限流电阻R3以及驱动电阻R4 ； 所述隔直电容C2和所述放电电阻R2并联； 将所述隔直电容C2和所述放电电阻R2并联，两端分别与所述驱动信号电路输出端1、隔离驱动变压器T2的原边绕组输入端A串联在一起； 所述驱动信号电路输出端2与所述隔离驱动变压器T2的原边绕组输入端B相连； 所述限流电阻R 3两端串联在所述隔离驱动变压器T2的副边输出端C与所述驱动芯片的输入端I之间；所述驱动芯片输出端2与所述隔离驱动变压器T2的副边输出端D相连；所述驱动芯片输出端3与所述驱动电阻R4 —端相连；所述驱动芯片输出端4与功率开关管Q2的源极端S相连；所述驱动电阻R4另一端与所述功率开关管栅极Q2的栅极端G相连。
3.根据权利要求2所述的隔离式大功率驱动电路，其特征在于，所述副边驱动电路还包括:匹配电阻R5 ;所述匹配电阻R5并联于所述隔离驱动变压器T2的副边输出端C与输出端D之间。
4.根据权利要求3所述的隔离式大功率驱动电路，其特征在于，所述副边驱动电路还包括:一个二极管；所述二极管并联连接于所述驱动芯片的输入端I和2之间，所述二极管正负极连接方向由所述隔离变压器的同名端决定。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的隔离式大功率驱动电路，其特征在于，所述隔离驱动变压器T2的副边包括至少一个副边绕组；所述隔离驱动变压器T2可根据所述功率开关管的数量来确定副边绕组的数量。
6.根据权利要求5所述的隔离式大功率驱动电路，其特征在于，所述隔离驱动变压器T2为正激式变压器，或者，为反激式变压器，或者，为组合变压器。
7.根据权利要求6所述的隔离式大功率驱动电路，其特征在于，所述原边驱动电路中所发出的驱动脉宽信号为一组正向方波脉宽，或者为一组负向方波脉宽，或者为一组正负交替的方波脉宽；所述原边驱动电路所发出的驱动脉宽信号为任意占空比。
8.根据权利要求7所述的隔离式大功率驱动电路，其特征在于，所述原边驱动电路发出的信号是由SG 3525、或者UC 3844、或者L6562控制芯片发出的驱动脉宽信号，或者由CPU芯片发出的驱动脉宽信号。
9.根据权利要求8所述的隔离式大功率驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片的选型可根据所述功率开关管的功率等级和功率开关管的参数来选择。
10.根据权利要求9所述的隔离式大功率驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片为TC4424、或者IR2110，或者其他驱动芯片。
11.一种开关电源，其特征在于，该开关电源包括:如权利要求1至10中任意一项所述的隔离式大功率驱动电路。`
【文档编号】H02M5/10GK103683863SQ201210359067
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2012年9月25日
【发明者】张黎黎 申请人:深圳市安能能源技术有限公司, 安徽动力源科技有限公司