一种正负驱动电压可调节的功率半桥隔离驱动电路

1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其是涉及的是一种正负驱动电压可调节的功率半桥隔离驱动电路。


背景技术：

2.现有功率半桥驱动电路中开通电压和关断电压基本都是固定的，而且大多数半桥驱动无法提供负压关断。为了研究不同开通和关断电压对功率半桥中的功率半导体器件开关速度、开关电压电流应力、开关损耗和导通损耗的影响，分析功率器件的安全驱动电压，评估关断负压对串扰导通的抑制效果，需要一种可调节的正负驱动电压。由于实际运行中功率半桥上管驱动电平和下管驱动电平存在较大的电压差，因此，需要分别为功率半桥中两个功率器件提供隔离的电源。


技术实现要素：

3.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过说明书以及其他说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
4.本技术的目的在于克服上述不足，提供一种正负驱动电压可调节的功率半桥隔离驱动电路，该驱动电路包括隔离驱动电源、隔离驱动器以及可调节变换器，其中，正负电压可调节的隔离驱动电源用于为功率半桥中功率器件提供电平可调节的开通和关断隔离电压，隔离驱动器用于实现对功率半桥电路中输入驱动信号的隔离，并驱动功率半桥中功率器件开通和关断。
5.为实现上述目的，本技术的技术解决方案是：一种正负驱动电压可调节的功率半桥隔离驱动电路，其用于驱动功率半桥的驱动电路，包括上管驱动电路与下管驱动电路，该上管驱动电路与该下管驱动电路互锁连接，该上管驱动电路的电路结构与该下管驱动电路的电路结构一致；该上管驱动电路包括：
6.隔离驱动电源，其输入端包括外部供电电压，该隔离驱动电源的输出端包括电源正极与电源地电平；
7.隔离驱动器，其包括隔离驱动器前级与隔离驱动器后级，该隔离驱动器前级的输入端包括驱动器正极、驱动器地电平与pwm驱动信号，该隔离驱动器后级的输出端包括开通驱动电阻、关断驱动电阻、隔离驱动电源正极和隔离驱动电源负极；
8.可调节变换器，其包括正电压可调节变换器、负电压可调节变换器，该正电压可调节变换器的输入端与该电源正极与该电源地电平连接，该正电压可调节变换器的输出端包括正压变换器正极、正压变换器地电平，该负电压可调节变换器的输入端与该电源正极与该电源地电平连接，该负电压可调节变换器的输出端包括负压变换器负极、负压变换器地电平；
9.其中，该正压变换器正极为隔离驱动器后级提供开通电源，该负压变换器负极为
隔离驱动器后级提供关断电源。
10.在一些实施例中，该正电压可调节变换器为降压变换器，该降压变换器内设置有第一可调电阻、第一固定采样电阻，该第一固定采样电阻用于对该正压变换器正极所输出的电压进行分压，该第一可调电阻用于调节该正压变换器正极所输出的电压。
11.在一些实施例中，该负电压可调节变换器为buck-boost变换器，该buck-boost变换器内设置有第二可调电阻、第二固定采样电阻，该第二固定采样电阻用于对该负压变换器负极所输出的电压进行分压，该第二可调电阻用于调节该负压变换器负极所输出的电压。
12.在一些实施例中，该正压变换器地电平与该负压变换器地电平短接在一起。
13.在一些实施例中，该上管驱动电路，该正压变换器地电平与该负压变换器地电平短接在一起，且与功率半桥的中点连接。
14.在一些实施例中，该下管驱动电路，该正压变换器地电平与该负压变换器地电平短接在一起，且与功率半桥的地电平连接。
15.在一些实施例中，该功率半桥包括上管、下管，该上管的一端与功率半桥的中点连接，该上管的另一端连接有外部直流高压正极，该下管的一端与功率半桥的中点连接，该下管的另一端连接有外部直流高压地电平。
16.在一些实施例中，该上管与该下管均连接有外部输入驱动信号。
17.本技术还提供了一种驱动功率半桥的正负电压的调节方法，包括
18.设定参考电压；
19.通过固定采样电阻采集正压变换器正极、负压变换器负极所产生的电压，得到反馈电压；
20.将反馈电压与参考电压比较，得到电压差值；
21.根据电压差值的大小，调节可调电阻的大小，从而得到输出电压。
22.在一些实施例中，该输出电压包括输出正电压、输出负电压，
23.该输出正电压的计算公式为
[0024][0025]
式中，r
1_x
,(x＝t或b)为可调电阻，r
1_x_f
,(x＝t或b)为固定采样电阻，v
ref1
为参考电压，v
on_px
,(x＝t或b)为输出正电压，x＝t为上管驱动电路，x＝b为下管驱动电路；
[0026]
该输出负电压的计算公式为
[0027][0028]
式中，r
2_x
,(x＝t或b)为可调电阻，r
2_x_f
,(x＝t或b)为固定采样电阻，v
ref2
为参考电压，-v
off_nx
(x＝t或b)为输出负电压，x＝t为上管驱动电路，x＝b为下管驱动电路。
[0029]
本技术的工作原理：
[0030]
通过可调电阻r
1_x
,(x＝t或b)和固定采样电阻r
1_x_f
,(x＝t或b)对buck降压变换器的输出电压v
on_px
,(x＝t或b)进行采样，采样电压反馈进入buck降压变换器的反馈输入端fb。buck降压变换器根据反馈电压和内部的参考电压v
ref1
的差值控制输出电压稳定。正输
出电压v
on_px
和可调电阻r
1_x
、固定电阻r1_x_fix和buck降压变换器内部参考电压vref1之间满足计算公式(1)。
[0031][0032]
根据计算公式(1)，通过调节可调电阻器r
1_x
的阻值，就是可以实现输出正电压在一定电压范围内的连续调节。
[0033]
通过可调电阻r
2_x
,(x＝t或b)和固定采样电阻r
2_x_f
,(x＝t或b)对buck-boost变换器的输出电压-v
off_nx
,(x＝t或b)进行采样，采样电压反馈进入buck-boost变换器的反馈输入端fb。
[0034]
buck-boost变换器根据反馈电压和内部的参考电压-v
ref2
的差值控制输出电压稳定。输出负电压-v
off_nx
和可调电阻r
2_x
、固定电阻r2_x_fix和buck-boost变换器内部参考电压-v
ref2
之间满足计算公式(2)。
[0035][0036]
根据计算公式(2)，通过调节可调电阻器r
2_x
的阻值，就是可以实现输出负电压在一定电压范围内的连续调节。
[0037]
通过采用上述的技术方案，本技术的有益效果是：
[0038]
本技术的驱动电路包括隔离驱动电源、隔离驱动器以及可调节变换器，其中，正负电压可调节的隔离驱动电源用于为功率半桥中功率器件提供电平可调节的开通和关断隔离电压，隔离驱动器用于实现对功率半桥电路中输入驱动信号的隔离，并驱动功率半桥中功率器件开通和关断。
[0039]
本技术设定参考电压，通过固定采样电阻采集正压变换器正极、负压变换器负极所产生的电压，得到反馈电压，将反馈电压与参考电压比较，得到电压差值，根据电压差值的大小，调节可调电阻的大小，从而实现输出电压可以在一定范围内的连续调节。
[0040]
本技术通过整形电路提高了半桥驱动电路的抗干扰性，上管驱动电路和下管驱动电路互锁连接提升了半桥驱动电路的可靠性，通过输出可调的开通电压和关断电压降低了驱动功率，增强了半桥驱动电路的兼容性。
[0041]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
[0042]
无疑的，本技术的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变为更加显见。
[0043]
为让本技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下。
附图说明
[0044]
附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例共同用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。
[0045]
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，并且附图是示意性的，并不一定按照
实际的比例绘制。
[0046]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一个或数个实施例，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，还可以根据此类附图获得其他的附图。
[0047]
图1为本技术正负驱动电压可调节的功率半桥隔离驱动电路；
[0048]
图2为本技术带输出电压反馈的buck降压变换器；
[0049]
图3为本技术带输出电压反馈的buck-boost变换器。
具体实施方式
[0050]
以下将结合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本技术的保护范围之内。
[0051]
同时，在以下说明中，处于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
[0052]
根据本技术的一些实施例，本技术提供了一种正负驱动电压可调节的功率半桥隔离驱动电路，其用于驱动功率半桥的驱动电路，包括上管驱动电路与下管驱动电路，该上管驱动电路与该下管驱动电路互锁连接，该上管驱动电路的电路结构与该下管驱动电路的电路结构一致；该上管驱动电路包括：
[0053]
隔离驱动电源，其输入端包括外部供电电压v
in
，该隔离驱动电源的输出端包括电源正极v
t
与电源地电平v
t_gnd
；
[0054]
隔离驱动器，其包括隔离驱动器前级与隔离驱动器后级，该隔离驱动器前级的输入端包括驱动器正极v
drv
、驱动器地电平gnd
drv
，该隔离驱动器后级的输出端包括开通驱动电阻r
on_t
、关断驱动电阻r
on_b
；
[0055]
可调节变换器，其包括正电压可调节变换器、负电压可调节变换器，该正电压可调节变换器的输入端与该电源正极v
t
与该电源地电平v
t_gnd
连接，该正电压可调节变换器的输出端包括正压变换器正极v
on_pt
、正压变换器地电平v
gnd_t
，该负电压可调节变换器的输入端与该电源正极v
t
与该电源地电平v
t_gnd
连接，该负电压可调节变换器的输出端包括负压变换器负极-v
off_pt
、负压变换器地电平v
gnd_t
；
[0056]
其中，该正压变换器正极v
on_pt
为隔离驱动器后级提供开通电源，该负压变换器负极-v
off_pt
为隔离驱动器后级提供关断电源。
[0057]
根据本技术的一些实施例，可选地，该正电压可调节变换器为降压变换器，该降压变换器内设置有第一可调电阻r
1_x
,(x＝t或b)、第一固定采样电阻r
1_x_f
,(x＝t或b)，该第一固定采样电阻r
1_x_f
,(x＝t或b)用于对该正压变换器正极所输出的电压v
on_px
,(x＝t或b)进行分压，该第一可调电阻r
1_x
,(x＝t或b)用于调节该正压变换器正极所输出的电压v
on_px
,(x＝t或b)。
[0058]
根据本技术的一些实施例，可选地，该负电压可调节变换器为buck-boost变换器，
该buck-boost变换器内设置有第二可调电阻r
2_x
,(x＝t或b)、第二固定采样电阻r
2_x_f
,(x＝t或b)，该第二固定采样电阻r
2_x_f
,(x＝t或b)用于对该负压变换器负极所输出的电压-v
off_nx
,(x＝t或b)进行分压，该第二可调电阻r
2_x
,(x＝t或b)用于调节该负压变换器负极所输出的电压-v
off_nx
,(x＝t或b)。
[0059]
根据本技术的一些实施例，可选地，该正压变换器地电平v
t_gnd
连接与该负压变换器地电平v
gnd_t
短接在一起。
[0060]
根据本技术的一些实施例，可选地，该上管驱动电路，该正压变换器地电平v
gnd_t
与该负压变换器地电平v
gnd_t
短接在一起，且与功率半桥的中点o连接。
[0061]
根据本技术的一些实施例，可选地，该下管驱动电路，该正压变换器地电平v
gnd_b
与该负压变换器地电平v
gnd_b
短接在一起，且与功率半桥的地电平gnd连接。
[0062]
根据本技术的一些实施例，可选地，该功率半桥包括上管q1、下管q2，该上管q1的一端与功率半桥的中点o连接，该上管q1的另一端连接有外部直流高压正极v
dc
，该下管q2的一端与功率半桥的中点连接，该下管q2的另一端连接有外部直流高压地电平gnd。
[0063]
根据本技术的一些实施例，可选地，该上管q1与该下管q2均连接有外部输入驱动信号pwmh。
[0064]
根据本技术的一些实施例，本技术提供了一种驱动功率半桥的正负电压的调节方法，包括
[0065]
设定参考电压v
ref1
；
[0066]
通过固定采样电阻r
1_x_f
,(x＝t或b)采集正压变换器正极、负压变换器负极所产生的电压，得到反馈电压v
on_px
,(x＝t或b)；
[0067]
将反馈电压v
on_px
,(x＝t或b)与参考电压v
ref1
比较，得到电压差值；
[0068]
根据电压差值的大小，调节可调电阻r
1_x
,(x＝t或b)的大小，从而得到输出电压v
on_px
。
[0069]
根据本技术的一些实施例，可选地，该输出电压包括输出正电压v
on_px
、输出负电压-v
off_nx
，
[0070]
该输出正电压的计算公式为
[0071][0072]
式中，r
1_x
,(x＝t或b)为可调电阻，r
1_x_f
,(x＝t或b)为固定采样电阻，v
ref1
为参考电压，v
on_px
,(x＝t或b)为输出正电压，x＝t为上管驱动电路，x＝b为下管驱动电路；
[0073]
该输出负电压的计算公式为
[0074][0075]
式中，r
2_x
,(x＝t或b)为可调电阻，r
2_x_f
,(x＝t或b)为固定采样电阻，v
ref2
为参考电压，-v
off_nx
(x＝t或b)为输出负电压，x＝t为上管驱动电路，x＝b为下管驱动电路。
[0076]
本技术的工作原理：
[0077]
通过可调电阻r
1_x
,(x＝t或b)和固定采样电阻r
1_x_f
,(x＝t或b)对buck降压变换器的输出电压v
on_px
,(x＝t或b)进行采样，采样电压反馈进入buck降压变换器的反馈输入端
fb。buck降压变换器根据反馈电压和内部的参考电压v
ref1
的差值控制输出电压稳定。正输出电压v
on_px
和可调电阻r
1_x
、固定电阻r1_x_fix和buck降压变换器内部参考电压vref1之间满足计算公式(1)。
[0078][0079]
根据计算公式(1)，通过调节可调电阻器r
1_x
的阻值，就是可以实现输出正电压在一定电压范围内的连续调节。
[0080]
通过可调电阻r
2_x
,(x＝t或b)和固定采样电阻r
2_x_f
,(x＝t或b)对buck-boost变换器的输出电压-v
off_nx
,(x＝t或b)进行采样，采样电压反馈进入buck-boost变换器的反馈输入端fb。buck-boost变换器根据反馈电压和内部的参考电压-v
ref2
的差值控制输出电压稳定。输出负电压-v
off_nx
和可调电阻r
2_x
、固定电阻r2_x_fix和buck-boost变换器内部参考电压-v
ref2
之间满足计算公式(2)。
[0081][0082]
根据计算公式(2)，通过调节可调电阻器r
2_x
的阻值，就是可以实现输出负电压在一定电压范围内的连续调节。
[0083]
参照图1-3，图1为本技术正负驱动电压可调节的功率半桥隔离驱动电路；图2为本技术带输出电压反馈的buck降压变换器；图3为本技术带输出电压反馈的buck-boost变换器。
[0084]
根据本技术的一些实施例，本技术提供一种正负驱动电压可调节的功率半桥隔离驱动电路，其用于驱动功率半桥的驱动电路，包括上管驱动电路与下管驱动电路。
[0085]
在图1中，v
in
是正负可调隔离驱动电源的外部供电电压，v
drv
和gnd
drv
分别是给隔离驱动器1和隔离驱动器2前级供电的外部输入电压的正极和地电平。功率半桥由位于上面的功率开关管q1和位于下面的功率开关管q2构成，其中，v
dc
和gnd分别是功率半桥连接的外部直流高压的正极和地电平，pwmh和pwm
l
分别是控制功率半桥上管q1和下管q2的外部输入驱动信号，r
on_t
和r
off_t
分别是上管q1的开通和关断驱动电阻，r
on_b
和r
off_b
分别是下管q2的开通和关断驱动电阻。
[0086]
在图1中，上下两个虚线框内的电路分别构成上管驱动电路和下管驱动电路。
[0087]
对于上管驱动电路，外部供电电压v
in
为隔离dc-dc电源1供电，输出以v
t
为正极，以v
t_gnd
为地电平的上管隔离驱动电源。隔离dc-dc电源1的输出电压连接图1中正电压可调节变换器1，输出为隔离驱动器1后级提供开通电源的正电压v
on_pt
，隔离dc-dc电源1的输出电压连接负电压可调节变换器1，输出为隔离驱动器1后级提供关断电源的负电压-v
off_pt
。正电压可调节变换器1和负电压可调节变换器1的地电平v
gnd_t
短接在一起，并连接到图1中功率半桥的中点o。
[0088]
对于下管驱动电路，外部供电电压v
in
为隔离dc-dc电源2供电，输出以vb为正极，以v
b_gnd
为地电平的下管隔离驱动电源。隔离dc-dc电源2的输出电压连接图1中正电压可调节变换器2，输出为隔离驱动器2后级提供开通电源的正电压v
on_pb
，隔离dc-dc电源2的输出电压连接负电压可调节变换器2，输出为隔离驱动器2后级提供关断电源的负电压-v
off_pb
。正
电压可调节变换器2和负电压可调节变换器2的地电平v
gnd_b
短接在一起，并连接到图1中功率半桥的地电平gnd。
[0089]
在图2中，输入电压地电平引脚v
x_gnd
(x＝t或b)和输出地电平v
gnd_x
(x＝t或b)引脚短接在一起。通过可调电阻r
1_x
,(x＝t或b)和固定采样电阻r
1_x_f
,(x＝t或b)对buck降压变换器的输出电压v
on_px
,(x＝t或b)进行采样，采样电压反馈进入buck降压变换器的反馈输入端fb。buck降压变换器根据反馈电压和内部的参考电压v
ref1
的差值控制输出电压稳定。正输出电压v
on_px
和可调电阻r
1_x
、固定电阻r1_x_fix和buck降压变换器内部参考电压vref1之间满足以下计算公式。
[0090][0091]
根据上述计算公式，通过调节可调电阻器r
1_x
的阻值，就是可以实现输出正电压在一定电压范围内的连续调节。
[0092]
在图3中，输入电压地电平引脚v
x_gnd
(x＝t或b)和输出地电平v
gnd_x
(x＝t或b)引脚短接在一起。通过可调电阻r
2_x
,(x＝t或b)和固定采样电阻r
2_x_f
,(x＝t或b)对buck-boost变换器的输出电压-v
off_nx
,(x＝t或b)进行采样，采样电压反馈进入buck-boost变换器的反馈输入端fb。
[0093]
buck-boost变换器根据反馈电压和内部的参考电压-v
ref2
的差值控制输出电压稳定。输出负电压-v
off_nx
和可调电阻r
2_x
、固定电阻r2_x_fix和buck-boost变换器内部参考电压-v
ref2
之间满足以下计算公式。
[0094][0095]
根据上述计算公式，通过调节可调电阻器r
2_x
的阻值，就是可以实现输出负电压在一定电压范围内的连续调节。
[0096]
应该理解的是，本技术所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的此类特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0097]
说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0098]
需说明，在上文的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受上面公开的具体实施例的限制。