一种采用隔离变压器的桥式变换器单路信号栅驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及桥式变换器栅驱动电路，尤其涉及一种采用隔离变压器的桥式变换器 单路信号栅驱动电路。
【背景技术】
[0002] 近年来，应用于混合动力汽车的电机驱动和能量存储技术高速发展，与此同时，电 池充电机也成为混合动力汽车发展的一项关键性需求。
[0003] 全桥拓扑结构在大功率的充电机中有广泛的应用，其中全桥功率开关管的驱动电 路性能对于开关管工作时的特性有着重要的影响。全桥功率开关管的驱动电路主要分为两 大类，即隔离驱动和非隔离驱动。非隔离驱动电路电路简单成本较低，且没有隔离器件上的 额外损耗，因此可以得到更高的效率。然而由于电路中没有隔离，不能隔断前后级的相互影 响，在一些例如电网电压存在浪涌的情况下，非隔离电路安全性相对较低，可靠性差。此外 在全桥式电路中，由于变换器接输入正电压的上管的源级不是零电压，而非隔离驱动电路 前后级共地，因此上管的驱动难以用非隔离驱动实现，这也是隔离驱动电路在全桥拓扑里 得到广泛应用的主要原因。
[0004] 常用的隔离驱动电路又分为三类，即脉冲变压器隔离驱动、光耦隔离驱动以及集 成电路隔离驱动，其中脉冲变压器隔离驱动电路具有结构简单、不需要提供隔离电源、成本 较低，对脉冲信号无传输延迟等优点，能够满足驱动电路电气隔离、快速性、较强驱动能力 的要求，因此脉冲变压器隔离驱动的应用最为广泛。
[0005] 为了达到不同的性能指标，脉冲变压器隔离驱动的电路形式多种多样，都是由最 基本的隔离驱动形式演变而成，其中使用单路信号驱动功率开关管时，隔离变压器原边需 要增加一个隔直电容来保证磁芯的有效复位，以避免磁饱和，而在副边需采用电压抬升电 路使输出电压可驱动功率开关管，这样就导致在全桥变换器停止工作时，由于变压器副边 电容上依然存在一个直流电压，使得功率开关管在电路停止工作很长一段时间内仍然保持 导通状态，引起很大的直流损耗，甚至会损坏开关管。针对这个问题，现有的一些结构在功 率开关管的栅源之间并入一个三极管，利用三极管的基极控制信号来控制栅源间的短路， 给隔直变压器副边电容上的电荷提供泄放回路，这种结构简单易行，但是为维持三极管导 通，其集电极和发射极之间需要一定压差，这样增加了电路的复杂，且不易得到很好的放电 效果。
【发明内容】
[0006] 为了实现全桥电路功率开关管的单路信号驱动、驱动隔离，并能在电路停止工作 时避免全桥桥臂四只功率开关管的漏源直通，本发明提出一种采用隔离变压器的桥式变换 器单路信号栅驱动电路，实现了对驱动变压器副边电容的放电，同时降低了电路的复杂程 度和成本。
[0007] 实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种采用隔离变压器的桥式变换器单 路信号栅驱动电路，包括单片机模块、互补驱动电路、输入隔离电路、变压器、电压抬升电路 和桥式变换器开关管，单片机模块、互补驱动电路、输入隔离电路、变压器、电压抬升电路和 桥式变换器开关管依次串联，其中单片机模块、互补驱动电路、输入隔离电路的公共接地端 以及变压器原边的非同名端均连接输入端地，电压抬升电路中二极管的阳极和变压器副边 的非同名端均连接桥式变换器开关管的源极；
[0008] 其特征在于：增设包括线性光耦0ΡΤ0、直流电压源dc2、npn三极管％以及电阻r2、 r3、r4构成的栅极电容泄放回路，栅极电容泄放回路的输入端与单片机模块的光耦控制信号 输出端口连接，利用单片机模块输出的光耦控制信号控制栅极电容泄放，栅极电容泄放回 路的输出端与电压抬升电路的输出端并联，在桥式变换器开关管的栅驱动停止工作、驱动 电压为低电平的时候，将电压抬升电路短路；其中：
[0009] 线性光耦0ΡΤ0含有输入二极管和输出三极管，其中输入二极管的正端连接电阻R2 的一端，输入二极管的负端连接NPN三极管％的集电极，输出三极管发射极和集电极分别 连接电压抬升电路中二极管D的阳极和阴极，直流电压源DC2的正极连接电阻1?2的另一端， 直流电压源〇(： 2的负极连接输入端地，NPN三极管Q3基极连接电阻R3的一端和电阻R4的一 端，NPN三极管Q3的发射极连接电阻R4的另一端并连接输入端地，电阻R3的另一端连接单 片机模块的光耦控制信号输出端口。
[0010] 本发明具有如下优点：
[0011] 1)本发明将隔离线性光耦0ΡΤ0加入单路信号驱动的全桥功率开关管驱动电路 中，避免了电路停止工作时功率开关管直通的现象，提高了电路的可实现性，而且其结构简 单，成本低，可靠性高。
[0012] 2)由于线性光耦0ΡΤ0具有隔离作用，在驱动功率开关管时，不要求源极接地，因 此对于在电路中源极电压不为恒定值的功率开关管，本发明依然可以正常的驱动。
[0013] 3)由于线性光耦0ΡΤ0输出三极管的导通时间极短，因此在电路停止工作时可以 快速泄放驱动变压器副边电容上的电荷，提高了电路关断的响应时间，有效避免了功率开 关管的直通现象。
[0014] 4)线性光耦的输入驱动信号可以由功率开关管的驱动停止信号同步给出，简化了 全桥变换器的整体控制。
[0015] 5)本发明有效提高了桥式变换器的可靠性和稳定性，延长使用寿命。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明电路工作原理图；
[0017] 图2是一般驱动电路在停止工作时的波形；
[0018] 图3是采用了本发明电路在停止工作时的波形。
【具体实施方式】
[0019] 如图1，本发明采用隔离变压器的桥式变换器单路信号栅驱动电路，包括单片机模 块1、互补驱动电路2、输入隔离电路3、变压器4、电压抬升电路5和桥式变换器开关管6,以 上电路为桥式变换器栅驱动电路的一种已知结构，其中单片机模块1、互补驱动电路2、输 入隔离电路3、变压器4、电压抬升电路5和桥式变换器开关管6依次串联，单片机模块1、互 补驱动电路2、输入隔离电路3的公共接地端与变压器4的原边非同名端一起，连接输入端 地，电压抬升电路5中二极管的阳极和变压器4副边的非同名端均连接桥式变换器开关管 6的源极。
[0020] 在上述电路的基础上，本发明增设了栅极电容泄放回路7,栅极电容泄放回路7的 输入端（光耦的驱动控制端）与单片机模块1的光耦控制信号输出端串联，利用单片机的 输出信号控制栅极电容泄放，栅极电容泄放回路7的输出端（光耦输出三极管的集电极和 发射极两端）与电压抬升电路5的输出端并联，在栅驱动停止工作、驱动电压为低电平的时 候，将电压抬升电路短路。
[0021] 单片机模块1用于给功率开关管Μ和线性光耦0ΡΤ0提供工作波形，它由一块单 片机系统模块MCU组成，系统接入输入端地，系统的两组输出一组为栅极驱动控制信号，接 入互补驱动电路2,给全桥电路功率开关管Μ提供工作驱动信号，另一组输出为光耦控制信 号，接入栅极电容泄放回路7,在工作驱动信号停止的时候给出开关管6栅源短接信号，使 开关管6栅源短接给变压器副边电容C2上的电荷提供泄放回路。
[0022] 互补驱动电路2用于提高单片机系统输出的功率开关管栅极驱动信号的驱动能 力，它包括一个直流电压源DQ、一只PNP三极管仏、一只NPN三极管Q2、其中仏和Q2基极互 连、(^集电极连接直流电压源DCi的正极，Q2集电极连接输入端地，组成一组互补驱动对管。 单片机模块1输出的栅极驱动信号接入互补驱动对管仏和Q2的基极，互补驱动的输出信号 由^和Q2发射极接入输入隔呙电路3。
[0023] 输入隔离电路3用于将互补驱动电路2输出的信号中的直流量隔离滤去，避免变 压器磁芯饱和，它包括电阻&，电容Q，其中电阻&一端接互补驱动电路2的输出信号，电 阻札另一端接电容Ci一端，电容Ci的另一