一种桥式电路的制作方法

本发明涉及桥式电路的控制技术领域，尤其涉及一种桥式电路。

背景技术：

桥式电路广泛应用在电源变换领域，包含全桥电路、半桥电路等。桥式电路一个桥臂内包含连接高压侧的上管和连接低压侧的下管。桥式电路在控制中需保证一个桥臂内上管和下管不能共同导通，否则会导致桥式电路的高压和低压之间短路。

目前，现有技术就是在上管和下管的驱动信号中加入死区，让每个开关管的驱动信号为由低电平变为高电平的时间延迟，同时让驱动信号由高电平变为低电平的时间提前，保证上、下管的驱动信号在任意时刻都不能同时为高电平，也就保证了上、下管不能共同导通。现有技术只是解决了桥式电路在正常运行状态下，上下管共同的导通的问题。但是，在桥式电路关电过程中，控制电路停止工作前、后，在桥式电路的正、负直流母线上还有较高电压，控制电路下电过程处于不稳定状态，上、下管的驱动信号即处于不稳定状态，有可能产生上、下管驱动信号同时为高电平的情况，这就会导致桥臂短路情况，有可能导致开关管寿命缩短或直接烧毁开关管。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种桥式电路，能够解决桥式电路关电过程上、下管共同导通的问题。

本发明的技术解决方案：

一种桥式电路，该桥式电路包含1个单相全桥电路、1个控制器、1个驱动电路和2个电阻，所述单相全桥电路包含正母线、负母线和4个开关管；

所述控制器包含一个反激变压器t1、一个开关管s0、两个二极管、一个电解电容、一个无极性电容以及一个pwm控制板，其中，pwm控制板内包含一个微处理器、一个数模转换模块和一个pwm发生器；

控制器从所述单相全桥电路的正母线和负母线上取电，正母线接至控制器的dc+端，负母线接至dc-端，dc+接至反激变压器t1原边绕组的一端，反激变压器t1原边绕组的另一端接至一个开关管，后接至dc-，反激变压器t1的副边有两套绕组，其中第一个绕组的一端接至二极管d1的阳极，二极管阴极接至电解电容c1的正端，电解电容c1的负端接至第一个副边绕组的另一端；第二个绕组的一端接至二极管d2的阳极，二极管阴极接至无极性电容c2的一端，无极性电容c2的另一端接至第二个副边绕组的另一端；

控制器内通过开关管的开关动作，控制电解电容c1的两端vcc和gnd之间形成稳定的直流电压，vcc与gnd之间的这个直流电压，提供pwm控制板上的mcu、a/d模块以及pwm发生器的用电，in_fb+和in_fb-之间的电压进入pwm控制器内a/d模块，a/d模块把转换后的直流母线电压信号传送给mcu，mcu运行控制算法，并最终控制pwm发生器产生pwm波；

在下电过程中，控制器首先对a/d模块传送来的输入电压采样信号进行数字滤波，滤波后得到母线电压信号，然后判断母线电压信号是否大于输入电压最小设定值，如果比较结果为“是”，就循环以上过程，如果比较结果为“否”，则将所有pwm波都变为低电平；

控制器输出pwm1和pwm2两路信号后，首先使用两个采样电阻将pwm1和pwm2连接至gnd，然后连接至驱动电路，经过驱动电路的隔离、放大后，产生驱动信号1和驱动信号2，分别用来控制全桥电路中的一个桥臂中的上、下管s1和s2。

本发明实施例提供的一种桥式电路，，从软、硬件两方面来确保不会发生上、下管共同导通的情况。首先，从硬件方面，上管s1和下管s2的控制信号pwm1和pwm2，分别通过电阻r1和r2下拉至pwm控制板的供电地gnd。这样，在下电过程中，当pwm发生器不工作时，保证pwm1和pwm2能被电阻持续拉低至低电平，从而保证上管s1和下管s2始终处于关断状态。另一方面，pwm控制板始终采集输入的直流母线电压信号，当下电时，正母线与负母线之间的电压会逐渐降低，当mcu判断出直流母线电压低于事先设定好的阈值“输入电压最小设定值”时，证明全桥电路正处于下电过程中，这时mcu直接输出控制信号，控制pwm发生器封锁所有pwm波，使pwm1和pwm2都变为低电平，从而保证上管s1和下管s2始终处于关断状态。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种桥式电路结构示意图；

图2为图1所示桥式电路中控制器电路结构示意图；

图3为本发明实施例中图1所示桥式电路控制流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

为了解决关电过程中，桥式电路中上、下管共同导通的问题，本发明实施例提供一种桥式电路，保证在控制电路工作不稳定时，也能绝对保证不会出现上、下管驱动信号同时为高电平的情况。而目前公开的技术中没有能很好解决上述问题的方法。

参见图1，所述桥式电路是通过一组电路来实现的，包含1个单相全桥电路(该桥式电路中包含正母线、负母线、4个开关管)、1个控制器、1个驱动电路、2个电阻。

驱动电路采用现有技术中的光耦隔离驱动或变压器驱动方式即可，不是本发明的主要内容。

控制器包含一个反激变压器、一个开关管s0、两个二极管、一个电解电容、一个无极性电容以及一个pwm控制板。pwm控制板内包含一个mcu(微处理器)、一个a/d模块(数模转换模块)和一个pwm发生器。

控制器从桥式电路的正母线和负母线上取电，正母线接至控制器的dc+端，负母线接至dc-端，dc+接至反激变压器t1原边绕组的一端，反激变压器t1原边绕组的另一端接至一个开关管，后接至dc-。反激变压器t1的副边有两套绕组，其中第一个绕组的一端接至二极管d1的阳极，二极管阴极接至电解电容c1的正端，点解电容c1的负端接至第一个副边绕组的另一端；第二个绕组的一端接至二极管d2的阳极，二极管阴极接至无极性电容c2的一端，无极性电容c2的另一端接至第二个副边绕组的另一端。

控制器内通过开关管的开关动作，可控制电容c1的两端vcc和gnd之间形成稳定的直流电压，该电压数值可根据pwm控制板的需求确定，可为5v或3.3v等。vcc与gnd之间的这个直流电压，提供pwm控制板上的mcu、a/d模块以及pwm发生器的用电。由于变压器的变比是固定数值，因此无极性电容c2两端in_fb+和in_fb-之间的电压即可反映出桥式电路正、负母线之间的电压变化，in_fb+和in_fb-之间的电压进入pwm控制器内a/d模块，a/d模块把转换后的直流母线电压信号传送给mcu，mcu运行控制算法，并最终控制pwm发生器产生pwm波。

mcu中运行的控制算法，用以控制全桥电路的工作，该算法不是本发明的内容。本发明仅涉及到在下电过程中防止上、下开关管直通的控制算法。该算法首先对a/d模块传送来的输入电压采样信号进行数字滤波，滤波后得到母线电压信号，然后用母线电压信号与输入电压最小设定值进行比较，如果比较结果为“是”，就循环以上过程，如果比较结果为“否”，就控制pwm发生器封锁pwm波，即将所有pwm波都变为低电平。

控制器输出两路pwm信号，pwm1和pwm2后，首先使用两个采样电阻将pwm1和pwm2连接至gnd，然后连接至驱动电路，经过驱动电路的隔离、放大后，产生驱动信号1和驱动信号2，分别用来控制全桥电路中的一个桥臂中的上、下管s1和s2。

本发明实施例提供的一种桥式电路，解决桥式电路关电过程上、下管共同导通的问题，从软、硬件两方面来确保不会发生上、下管共同导通的情况。

首先，从硬件方面，上管s1和下管s2的控制信号pwm1和pwm2，分别通过电阻r1和r2下拉至pwm控制板的供电地gnd。这样，在下电过程中，当pwm发生器不工作时，保证pwm1和pwm2能被电阻持续拉低至低电平，从而保证上管s1和下管s2始终处于关断状态。

另一方面，pwm控制板始终采集输入的直流母线电压信号，当下电时，正母线与负母线之间的电压会逐渐降低，当mcu判断出直流母线电压低于事先设定好的阈值“输入电压最小设定值”时，证明全桥电路正处于下电过程中，这时mcu直接输出控制信号，控制pwm发生器封锁所有pwm波，使pwm1和pwm2都变为低电平，从而保证上管s1和下管s2始终处于关断状态。

为了便于读者理解，下面结合附图和具体实施方式对上述桥式电路做进一步地详细描述。

如附图1所示，图中正母线、负母线、开关管s1、开关管s2、开关管s3、开关管s4共同组成单相全桥电路。其中开关管s1和开关管s2组成一个桥臂，开关管s1是上管、开关管s2是下管；其中开关管s3和开关管s4组成一个桥臂，开关管s3是上管、开关管s4是下管。正母线与负母线之间的电压差即为直流母线电压，全桥电路的下电过程即为直流母线电压由正常工作电压降为零的过程。本发明所述的解决桥式电路关电过程上、下管共同导通的方法，解决的就是直流母线电压由正常工作电压将为零的过程中，避免一个桥臂内上、下管共同导通的方法。

控制器本身的用电取自直流母线，控制器采用一定的控制算法输出pwm信号，pwm信号再通过驱动电路隔离、放大后，驱动全桥电路上的开关管，以达控制全桥电路工作的目的。当正母线与负母线之间的直流母线电压正常时，全桥电路在控制器的控制下正常工作，该正常控制算法不是本发明的主要内容。

下面结合具体电路和算法流程具体说明，直流母线电压由正常工作电压将为零的过程中，本发明的所述方法的工作原理。

如图2所示，全桥电路的正母线接至控制器的dc+端，负母线接至dc-端。控制器内包含一个反激变压器t1、开关管s0、二极管d1、电解电容c1、二极管d2、无极性电容c2以及一个pwm控制板。pwm控制板内包含一个mcu(微处理器)、一个a/d模块(数模转换模块)和一个pwm发生器。反激变压器t1包含1个原边绕组和2个副边绕组。正母线电压经dc+接至反激变压器t1原边绕组的一端，反激变压器t1原边绕组的另一端接至一个开关管，后接至dc-。反激变压器t1的副边有两套绕组，其中第一个绕组的一端接至二极管d1的阳极，二极管阴极接至电解电容c1的正端，点解电容c1的负端接至第一个副边绕组的另一端；第二个绕组的一端接至二极管d2的阳极，二极管阴极接至无极性电容c2的一端，无极性电容c2的另一端接至第二个副边绕组的另一端。

控制器内通过开关管s0的开关动作，经变压器t1原边绕组和第一组副边绕组的变换，再经过二极管d1的整流作用，即可在电容c1的两端vcc和gnd之间形成稳定的直流电压，该电压数值可根据pwm控制板的需求确定，可为5v或3.3v等。vcc与gnd之间的这个直流电压，给pwm控制板提供工作电压，pwm控制板上的mcu、a/d模块以及pwm发生器即使用该vcc与gnd之间的电压。gnd为pwm控制板的“参考地”。另一方面，经变压器t1原边绕组和第二组副边绕组的变换，再经过二极管d2的整流作用，可在无极性电容c2两端in_fb+和in_fb-之间形成一个正向的方波电压，由于变压器的变比为固定数值，因此该电压的幅值即可反映出桥式电路正、负母线之间的直流母线电压变化。in_fb+和in_fb-之间的电压进入pwm控制器内a/d模块，a/d模块把转换后的“输入电压采样信号”传送给mcu，mcu运行控制算法，并最终控制pwm发生器产生pwm波。

mcu中运行的用以控制全桥电路的正常工作的算法不是本发明的内容，本发明仅涉及到，直流母线电压由正常工作电压将为零的过程中，防止上、下开关管直通的控制算法。

如图3所示，该算法首先对a/d模块传送来的“输入电压采样信号”进行数字滤波，滤波后得到的信号即为到“母线电压信号”，然后用“母线电压信号”与“输入电压最小设定值”进行比较，如果比较结果为“是”，就重复循环以上过程，如果比较结果为“否”，就控制pwm发生器封锁pwm波，即将所有pwm波都变为低电平。

当下电时，正母线与负母线之间的母线电压即会逐渐降低，当降低到一定数值后，mcu即可判断出直流母线电压低于事先设定好的阈值“输入电压最小设定值”，这时说明全桥电路正处于下电过程。“输入电压最小设定值”这一阈值的确定，是以保证vcc电压稳定的最小母线电压值为参考，即以保证pwm控制板还能正常工作为限。当mcu判断出全桥电路处于下电过程后，输出控制信号，控制pwm发生器封锁所有pwm波，使pwm1和pwm2都变为低电平，经过驱动电路后也输出低电平的驱动信号1和驱动信号2，关闭开关管s1和开关管s2。这样就保证了，下电过程中，pwm板停止工作前，输出信号使全桥电路一个桥臂中的上管s1和下管s2处于关断状态。

另一方面，从硬件角度，如图1所示，控制器输出两路pwm信号，pwm1和pwm2后，使用两个下拉电阻r1和r2将pwm1和pwm2连接至pwm控制板的供电地gnd，然后再连接至驱动电路，经过驱动电路的隔离、放大后，产生驱动信号1和驱动信号2，分别用来控制全桥电路中的一个桥臂中的上、下管s1和s2。由于pwm1和pwm2分别通过电阻r1和r2下拉至pwm控制板的供电地gnd。在正常工作过程中，控制器输出pwm1和pwm2信号，电阻r1和r2不影响电平的变化。但是在下电过程中，当pwm控制器因电压过低无法正常工作时，控制器输出的pwm1和pwm2信号以处于不可控状态，这时通过电阻r1和r2将pwm1和pwm2信号下拉至pwm控制板的供电地gnd，即钳位在低电平，从而保证上管s1和下管s2始终处于关断状态。

通过上述实施例可看出，本发明所述的解决桥式电路关电过程上、下管共同导通的方法，从软、硬件两方面来确保，包含“下电初期”和“后期”在内的整个下电过程中，均不会发生上、下管共同导通的情况。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。