隔离驱动电路和隔离驱动开关电源电路的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种隔离驱动电路和隔离驱动开关电源电路。


背景技术：

2.目前，开关电源已成为各种用电设备主流的供电电源。开关电源中的功率开关管均需要驱动电路。
3.在相关技术中，隔离驱动电路如图1所示，该电路中的c1为隔直电容， t1为驱动变压器；而c1在不同占空比变化情况下，两端电压会随占空比变化(占空比越大，c1两端电压越高)，使得t1得到的电压幅值随之变化，从而导致t1输出的电压幅值随之变化，最终导致驱动功率开关管的驱动信号波形幅值变化，最终影响开关电源的输出精度。
4.进一步地，在c1的作用下，当驱动信号的占空比达到50％时，驱动信号波形幅值可能只有驱动信号的占空比接近0时的二分之一，而当驱动信号占空比更大时，驱动信号波形幅值则更低；在实际的电路应用中，为了保证驱动信号的占空比较大时，也能满足功率开关管的工作电压，因此，c1需要较高的输入电压，当输入电压较高时，驱动信号的占空比接近0时，又会因幅值过高而可能损坏功率开关管。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的至少一个缺陷，提供一种隔离驱动电路和隔离驱动开关电源电路。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种隔离驱动电路，用于驱动开关电源的功率开关管，包括控制单元、第一开关单元、信号隔离单元和转换及加速关断单元；
7.所述控制单元用于生成第一驱动信号；
8.所述第一开关单元连接所述控制单元和信号隔离单元的输入侧，用于根据所述第一驱动信号控制第一直流电压是否经所述输入侧导通到数字地，并根据所述导通到数字地的状态在所述输入侧生成第一开关信号；
9.所述信号隔离单元的输出侧用于根据所述第一开关信号生成第二开关信号；
10.所述转换及加速关断单元与所述输出侧连接，用于将所述第二开关信号转换为第二驱动信号，并使所述第二驱动信号中的关断分量加速关断。
11.优选地，所述第一开关单元包括第二开关管q2；所述第二开关管q2的输入端连接所述输入侧的第二端，所述第二开关管q2的输出端接数字地，所述第二开关管q2的控制端连接所述控制单元的驱动信号输出端以使所述第二开关管q2根据所述第一驱动信号执行通断，进而控制所述第一直流电压是否经所述输入侧导通到数字地。
12.优选地，所述第一开关单元还包括第四电阻r4；所述第二开关管q2的控制端经所述第四电阻r4连接至所述控制单元的驱动信号输出端。
13.优选地，所述第一开关单元还包括钳位单元；所述钳位单元连接所述第二开关管q2的输入端和输出端。
14.优选地，所示钳位单元包括第二二极管d2和稳压管zd1；所述第二二极管d2的阳极连接所述第二开关管q2的输入端，所述第二二极管d2的阴极连接所述稳压管zd1的阴极，所述稳压管zd1的阳极接数字地。
15.优选地，信号隔离单元包括变压器t2；
16.所述变压器t2的一次侧对应为所述输入侧，所述一次侧的同名端用于连接所述第一直流电压，所述一次侧的异名端连接所述第二开关管q2的输入端；
17.所述变压器t2的二次侧对应为所述输出侧，所述二次侧的同名端和异名端连接所述转换及加速关断单元。
18.优选地，所述转换及加速关断单元包括第三二极管d3、第五电阻r5和第三三极管q3；
19.所述二次侧的同名端连接所述第三二极管d3的阳极和所述第五电阻r5 的第一端，所述第三二极管d3的阴极连接所述第三三极管q3的输入端，所述第五电阻r5的第二端连接所述第三三极管q3的控制端，所述第三三极管 q3的输出端连接所述二次侧的异名端，所述第三三极管q3的输入端和输出端用于输出所述第二驱动信号。
20.优选地，所述隔离驱动电路还包括限流保护单元，其包括第六电阻r6；所述第六电阻r6的第一端连接所述第三二极管d3的阴极，所述第六电阻r6 的第二端和所述第三三极管q3的输出端用于输出所述第二驱动信号。
21.本实用新型还提供了一种隔离驱动开关电源电路，包括电压转换电路，以及本实用新型实施例所述的隔离驱动电路；所述电压转换电路的驱动信号输入端连接所述转换及加速关断单元。
22.优选地，所述电压转换电路包括功率开关管q4、第一电容ce1、第四二极管d4、第一电感l1和第二电容ce2；
23.所述功率开关管q4的输入端用于连接第二直流电压，所述功率开关管 q4的输入端经所述第一电容ce1连接至功率地，所述功率开关管q4的控制端和输出端连接所述转换及加速关断单元，所述功率开关管q4的输出端还连接所述第四二极管d4的阴极和所述第一电感l1的第一端，所述第四二极管 d4的阳极接功率地，所述第一电感l1的第二端还经所述第二电容ce2连接至功率地。
24.本实用新型至少具有以下有益效果：提供一种隔离驱动电路：首先，通过控制单元生成第一驱动信号；然后，利用第一开关单元根据第一驱动信号控制第一直流电压是否经输入侧导通到数字地，以根据导通到数字地的状态在输入侧生成第一开关信号；再通过信号隔离单元的输出侧根据第一开关信号生成电压稳定的第二开关信号；最后，通过转换及加速关断单元将第二开关信号转换为第二驱动信号，并使第二驱动信号中的关断分量加速关断；实施本实用新型可以使信号隔离单元的输入端获取到稳定的电压信号，以使信号隔离单元的输出端输出稳定的驱动信号，降低了功率开关管高压损坏的风险，还可以使驱动信号中的关断分量加速关断，提高开关电源的稳定性，并且本实用新型还具有电路结构简单、稳定、成本低等优点。
附图说明
25.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
26.图1是相关技术中的隔离驱动电路的电路示意图；
27.图2是本实用新型提供的隔离驱动电路的电路原理图；
28.图3是本实用新型提供的隔离驱动开关电源电路的电路原理图。
具体实施方式
29.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
30.参考图2，本实用新型提高了一种隔离驱动电路，用于驱动开关电源的功率开关管，包括控制单元1、第一开关单元2、信号隔离单元3和转换及加速关断单元4。
31.控制单元1用于生成第一驱动信号。
32.在一些实施例中，控制单元1可以为现有技术中常见的开关电源控制芯片，开关电源控制芯片输出的用于控制功率开关管工作的pwm信号对应为第一驱动信号。
33.如图2所示，第一开关单元2连接控制单元1和信号隔离单元3的输入侧31，用于根据第一驱动信号控制第一直流电压是否经输入侧31导通到数字地，并根据导通到数字地的状态在输入侧31生成第一开关信号。
34.在一些实施例中，如图2所示，第一开关单元2包括第二开关管q2。其中，第二开关管q2可以为nmos管，nmos管的栅极对应为第二开关管q2 的控制端，nmos管的漏极对应为第二开关管q2的输入端，nmos管的源极对应为第二开关管q2的输出端。具体地，第二开关管q2的输入端连接输入侧31的第二端，第二开关管q2的输出端接数字地，第二开关管q2的控制端连接控制单元1的驱动信号输出端以使第二开关管q2根据第一驱动信号执行通断，进而控制第一直流电压是否经输入侧31导通到数字地，当第二开关管q2导通时，第一开关信号为高电平，当第二开关管q2关断，第一开关信号为低电平。
35.在一些实施例中，如图2所示，第一开关单元2还包括第四电阻r4。具体地，第二开关管q2的控制端经第四电阻r4连接至控制单元1的驱动信号输出端。可以理解的，第四电阻r4用于限制输入至第二开关管q2的控制端的第一驱动信号电流大小，起到保护第二开关管q2的作用。
36.在一些实施例中，如图2所示，第一开关单元2还包括钳位单元21。具体地，钳位单元21连接第二开关管q2的输入端和输出端。
37.进一步地，在一些实施例中，如图2所示，所示钳位单元21包括第二二极管d2和稳压管zd1。具体地，第二二极管d2的阳极连接第二开关管q2 的输入端，第二二极管d2的阴极连接稳压管zd1的阴极，稳压管zd1的阳极接数字地。可以理解的，在第二二极管d2和稳压管zd1的作用下，第二开关管q2的输入端的最大电压将会被限制在预设电压以下，进而避免第二开关管q2因过压损坏。另外，该预设电压具体由稳压管zd1的稳压值和第二二极管d2的导通电压值而定。
38.信号隔离单元3的输入侧31与第一开关单元2连接，信号隔离单元3用于根据第一开关信号生成第二开关信号。
39.在一些实施例中，如图2所示，信号隔离单元3包括变压器t2。具体地，变压器t2的
一次侧对应为输入侧31，一次侧的同名端用于连接第一直流电压，一次侧的异名端连接第二开关管q2的输入端；变压器t2的二次侧对应为输出侧32，二次侧的同名端和异名端连接转换及加速关断单元4。
40.转换及加速关断单元4与信号隔离单元3的输出侧32连接，转换及加速关断单元4用于将第二开关信号转换为第二驱动信号，并使第二驱动信号中的关断分量加速关断。
41.在一些实施例中，如图2所示，转换及加速关断单元4包括第三二极管 d3、第五电阻r5和第三三极管q3。其中，第三三极管q3可以为pnp三极管，pnp三极管的基极对应为第三三极管q3的控制端，pnp三极管的发射极对应为第三三极管q3的输入端，pnp三极管的集电极对应为第三三极管q3 的输出端。
42.具体地，二次侧的同名端连接第三二极管d3的阳极和第五电阻r5的第一端，第三二极管d3的阴极连接第三三极管q3的输入端，第五电阻r5的第二端连接第三三极管q3的控制端，第三三极管q3的输出端连接二次侧的异名端，第三三极管q3的输入端和输出端用于输出第二驱动信号。
43.在一些实施例中，如图2所示，该隔离驱动电路还包括限流保护单元5，其包括第六电阻r6。具体地，第六电阻r6的第一端连接第三二极管d3的阴极，第六电阻r6的第二端和第三三极管q3的输出端用于输出第二驱动信号。
44.参考图2，该隔离驱动电路的工作原理如下：
45.控制单元1生成的第一驱动信号(pmw信号)控制第二开关管q2的通断，而第二开关管q2的输入端在通断过程中输入则31两端的高低电平变化即为第一开关信号；
46.由于第一直流电压是恒定的，而第一开关信号为变化电平，因此在变压器t1的作用下，该第一开关信号的变化将根据一次侧和二次侧的匝数比感应放大到二次侧，而二次侧的电平变化即为第二开关信号；
47.第二开关信号在第三二极管d3的整流作用下，输出的单向信号对应为第二驱动信号；
48.第二开关信号为高电平(此时第二驱动信号中的导通分量也为高电平) 时，第三二极管d3导通，导通分量如常输出，而第三开关管q3的控制端在第五电阻r5的上拉作用下关断，此时转换及加速关断单元4不起作用；在第二开关信号由高电平转换为低电平(此时第二驱动信号中的关断分量也为低电平)时，一般情况下，在功率开关管的极间电容以及第三二极管d3的作用下，第三二极管d3的阴极仍会在短时间内保持为高电平，但由于此时第三开关管q3的控制端转换为低电平，使第三开关管q3导通，第三二极管d3的阴极电压将被快速拉低，第二驱动信号中的关断分量加速关断，即实现了加速关断功能。
49.参考图3，本实用新型还提供一种隔离驱动开关电源电路，包括电压转换电路6，以及本实用新型实施例提供的隔离驱动电路。具体地，电压转换电路6的驱动信号输入端连接转换及加速关断单元4。
50.在一些实施例中，如图3所示，电压转换电路6包括功率开关管q4、第一电容ce1、第四二极管d4、第一电感l1和第二电容ce2。其中，功率开关管q4可以为nmos管，nmos管的栅极对应为功率开关管q4的控制端， nmos管的漏极对应为功率开关管q4的输入端，nmos管的源极对应为功率开关管q4的输出端。
51.如图3所示，功率开关管q4的输入端用于连接第二直流电压，功率开关管q4的输入
端经第一电容ce1连接至功率地，功率开关管q4的控制端和输出端连接转换及加速关断单元4，功率开关管q4的输出端还连接第四二极管 d4的阴极和第一电感l1的第一端，第四二极管d4的阳极接功率地，第一电感l1的第二端还经第二电容ce2连接至功率地。
52.参考图3，电压转换电路6的工作原理如下：功率开关管q4根据隔离驱动电路输出第二驱动信号控制第一电感l1的充放电，进而控制输出电压vout 的电压值；其中，第一电容ce1为输入电容，第四二极管d4为续流二极管，第二电容ce2为输出电容。
53.本实用新型至少具有以下有益效果：提供一种隔离驱动电路：首先，通过控制单元生成第一驱动信号；然后，利用第一开关单元根据第一驱动信号控制第一直流电压是否经输入侧导通到数字地，以根据导通到数字地的状态在输入侧生成第一开关信号；再通过信号隔离单元的输出侧根据第一开关信号生成电压稳定的第二开关信号；最后，通过转换及加速关断单元将第二开关信号转换为第二驱动信号，并使第二驱动信号中的关断分量加速关断；实施本实用新型可以使信号隔离单元的输入端获取到稳定的电压信号，以使信号隔离单元的输出端输出稳定的驱动信号，降低了功率开关管高压损坏的风险，还可以使驱动信号中的关断分量加速关断，提高开关电源的稳定性，并且本实用新型还具有电路结构简单、稳定、成本低等优点。
54.可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。