隔离驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电路领域，具体的，涉及一种用于开关电源系统中，驱动开关器件的驱动电路，提供隔离、控制的装置。
【背景技术】
[0002]近年来，能源问题日益严峻，光伏太阳能、风力发电等新能源得到国家政策大力支持，该行业发展迅速。光伏辅助供电电源为一种开关变换器，用于为光伏太阳能、风力发电、SVG等控制系统提供稳定、可靠的直流电压。
[0003]受应用场合影响，光伏电源工作电压范围很宽，以光伏太阳能发电站为例，受光照强度影响，光伏太阳能发电站的输出电压在几十伏到上千伏，对应的辅助供电电源工作电压范围也在几十伏到上千伏。光伏辅助电源可用到的技术包括双管反激、双管正激等方案，与全桥、半桥变换器类似，双管反激、双管正激电路需要隔离驱动电路来驱动、控制开关管，因工作电压范围宽，其对应的占空比变化范围较大，隔离驱动电路难以设计。
[0004]现有常用的隔离驱动电路，与正激拓朴的功率电路的不同在于，正激拓朴电路用于功率的传递。而隔离驱动电路仅实现拓朴中功率开关管(如MOS管、IGBT等)的驱动控制，其主要用于输出控制信号给功率开关管。
[0005]图1a为现有常用的隔离驱动电路，图1b为隔离驱动电路在正激变换器中的应用实例图，一种隔离驱动电路，用于驱动开关电源系统中的功率开关管，包括原边电路和副边整流电路，其中，原边电路包括PWM控制器、由PBi控制器控制的开关管TRl、TR2、电阻Rl、变压器的原边绕组NpO及电容Cl，副边整流电路包括变压器的副边绕组NsO和电阻R2，变压器的副边绕组NsO的同名端经电阻R2引出作为隔离驱动电路的输出端A，用于与功率开关管QOl的栅极连接;变压器的副边绕组NsO的异名端引出作为隔离驱动电路的输出端B，用于与功率开关管QOl的源极连接。即图1a中隔离驱动输出端口 A、B接图1b中功率开关管QOl的栅源极，图1a所示的隔离驱动电路仅为图1b所示电路系统中的一个模块电路。
[0006]图1a中PffM(脉宽调制信号)为控制电路输出的控制信号，N型三极管TRl、P型三极管TR2组成图腾柱以提升PffM信号的驱动能力，VCC为图腾柱直流供电电压，电阻Rl为原边限流电阻，Cl为原边隔直驱动电容，Tl为隔离变压器匝比为I，R2为副边限流电阻、A、B为副边驱动信号输出端口，VAB表示端口AB两端电压幅值。该电路存在的明显缺陷是:副边隔离驱动信号的高电平幅度受原边信号的占空比影响，PWM信号占空比越大，副边驱动信号高电平幅值越低，副边开关管面临不能驱动的风险;PWM信号占空比较小时，副边驱动信号高电平幅值越高，副边开关管驱动级面临正向击穿风险。
[0007]结合图2所示相关节点电压波形，简述图1a电路的工作过程。图2中，设定驱动信号占空比为D，高电平幅值记为Vpwm，VCC电压记为VO，隔直电容Cl两端电压记为VcO，极性为左正右负。当驱动信号为高电平时，TRl导通，TR2关断，隔离变压器原边绕组NpO两端电压记为VpO，则VpO = VO-VcO，该阶段原边绕组两端的激磁伏秒积为VpO*D，由此可知，在变压器的激磁过程中，变压器受占空比的影响，其原边绕组NpO两端电压的幅值较低于原边电压VCC的幅值VO ；副边绕组NsO端输出的副边端口A、B的端口电压VAB的幅值也较低于原边电压VCC的幅值V0。而当驱动信号为低电平时，TR2导通，TRl关断，隔离变压器原边绕组两端的电压即为隔直电容Cl两端的电压，VpO = VcO,该阶段原边绕组两端的去磁伏秒积为Vp0*(l-D)，由此可知，在变压器的去磁过程中，变压器受电容在激磁阶段储能的影响，经由电阻、电容所形成的去磁电路中，施加于变压器的反向能量包括变压器中的剩磁能量和电容Cl的储能。由伏秒平衡可得:Vp0*D = Vp0*(l-D)，通过该式可计算得PffM信号为高电平阶段隔直电容Cl两端的电压VcO = V0*D，原边绕组两端的高电平幅值为VO* (1-D)，因此，可得PffM信号占空比越大，副边驱动信号高电平幅值越低。为保证副边驱动信号幅值能够达到待驱动开关管的阈值门限，原边PWM信号的占空比一般低于50 %。
[0008]专利公开号为CN101621246A公开了一种磁隔离驱动电路，该电路能够避免功率回路主开关的误动作，防止电源因此失效，但该方案采用第三绕组缺点明显:I)绕组增多会导致原、副边之间的漏感增加，会导致更高的驱动开关尖峰;2)该方案设计复杂，成本高。
[0009]针对上述电路存在的明显缺点，本案发明人对隔离驱动电路进行深入分析，本案由此产生。
【实用新型内容】
[0010]有鉴于此，为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种不受原边占空比大小的影响且驱动能力强的新型隔离驱动电路。
[0011]由于现有隔离驱动电路中，隔直电容既参与构成原边激磁电路，又参与构成去磁电路，由于隔直电容串联分压，其两端的稳态电压等于原边电压源两端的电压幅值与原边P丽控制信号占空比的乘积，该稳态电压受原边P丽的占空比大小影响;对应的，经隔离变压器传递到副边整流电路的高电平幅值等于原边电压源两端的电压减去隔直电容两端的稳态电压值，同样，副边驱动信号的高电平幅值受原边PWM信号的占空比大小影响。
[0012]本实用新型的思路是去掉原边激磁电路中的隔直电容，该电容只参与构成原边去磁电路。原边激磁电路由原边PWM控制信号、原边电压源、隔离变压器原边绕组、原边开关管构成；当原边PWM控制信号为高电平时，驱动原边开关管导通，开关管导通电压幅值忽略不计，原边电压源两端的电压直接加在隔离变压器原边绕组两端，通过变压器耦合至副边整流电路，经副边整流电路整流后输出为副边驱动信号，当隔离变压器原、副边匝比为I时，该驱动信号的高电平幅值等于原边电压源两端的电压幅值，与原边PWM信号的占空比大小无关。
[0013]据此思路，本实用新型提供一种隔离驱动电路，用于驱动开关电源系统中的功率开关管，包括原边电路和副边整流电路，所述原边电路包括PWM控制器、由PffM控制器控制的N型开关管Q1、变压器的原边绕组及电容，所述副边整流电路包括变压器的副边绕组和二极管D2，所述变压器的副边绕组的同名端经二极管D2引出作为隔离驱动电路的第一输出端，用于与功率开关管的栅极连接;所述变压器的副边绕组的异名端引出作为隔离驱动电路的第二输出端，用于与功率开关管的源极连接，所述隔离驱动电路，在变压器的原边绕组的激磁电路和去磁电路中，电容仅工作于去磁电路中，不参与激磁。
[0014]优选的，所述原边电路，还包括电阻R3和二极管Dl，其中，变压器的同名端引出作为隔离驱动电路的输入端，用于与电压源连接;变压器的异名端通过N型开关管Ql接地；电容的一端与变压器的同名端连接，电容的另一端与二极管的阴极连接，二极管的阳极与变压器的异名端连接;电阻并联在电容的两端;其中，变压器的原边绕组的激磁电路，仅由N型开关管Ql的导通通路与原边绕组构成;变压器的原边绕组的去磁电路，在N型开关管Ql关断时，由电容、电阻、二极管与原边绕组构成。
[0015]优选的，所述原边电路，还包括电阻R3和二极管Dl，其中，变压器的同名端引出作为隔离驱动电路的输入端，用于与电压源连接;变压器的异名端通过N型开关管Ql接地;二极管的阳极与变压器的异名端连接，二极管的阴极与电容的一端连接，电容的另一端接地；电阻并联在电容的两端;其中，变压器的原边绕组的激磁电路，仅由N型开关管Ql的导通通路与原边绕组构成;变压器的原边绕组的去磁电路，在N型开关管Ql关断时，由原边绕组与二极管、电容、电阻构成。
[0016]优选的，所述副边整流电路，还包括加速关断电路，所述加速关断电路由电阻R5、电阻R6、电阻R7、P型开关管Q2组成，其中，电阻R5的一端连接至二极管D2的阳极，电阻R5的另一端连接至P型开关管Q2栅极；电阻R6的一端连接至二极管D2的阴极，另一端连接至P型开关管Q2源极，电阻R7的一端连接P型开关管Q2漏极，另一端连接至变压器Tl副边绕组Nsl异名端。
[0017]优选的，所述N型开关管Ql为NPN型三极管或N型场效应管;所述P型开关管Q2为PNP型三极管或P型场效应管。
[0018]本方案的原边去磁电路为隔离变压器激磁能量去磁，防止隔离变压器饱和，提高本实用新型方案的可靠性。
[0019]与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果:
[0020]I)经隔离变压器传递至副边的驱动信号高电平幅值在整个占空比变化范围内保持恒定不变，不受原边占空比大小的影响，驱动能力强；
[0021]2)本实用新型的占空比工作范围更宽，可超过50%甚至更高；
[0022]3)本方案可靠性高，能够有效防止控制电路发出的PWM信号瞬间突变时刻，功率回路因驱动电路误触发信号误开通而失效；
[0023]4)本实用新型电路简单，成本低，易于设计，可靠性高。
【附图说明】
[0024]图1a为现有隔离驱动电路原理图；
[0025]图1b为隔离驱动电路在正激变换器中的应用示例图；
[0026]图2为现有隔离驱动电路工作原理、相关回路电压波形；
[0027]图3为本实用新型实施例一的电路原理图；
[0028]图4为本实用新型实施例一工作原理、相关回路电压波形；
[0029]图5为本实用新型实施例二电路原理图之一；
[0030]图6为本实用新型实施例二电路原理图之二；
[0031]图7为本实用新型实施例二电路原理图之三；
[0032]图8为本实用新型实施例三电路原理图；
[0033]图9为本实用新型实施例四电路原理图之一；
[0034]图10为本实用新型实施例四电路原理图之二；
[0035]图11为本实用新型实施例四电路原理图之三。
【具体实施方式】
[0036]第一实施例
[0037]图3示出了本实用新型第一实施例原理框图，一种新型隔离驱动电路，包括:包括原边PWM控制信号，设定其占空比为D，高电平幅值记为Vpwm，电压源Vsource，设定其直流电压值为VDD，原边激磁电路、原边去磁电路、隔离变压器Tl，假定其原、负边匝比为1、副边整流电路、加速关断电路。
[0038]原边激磁电路由电压源VS0UrCe、N型开关管Q2、电阻R3、变压器Tl原边绕组Npl、PWM驱动控制信号，其中，PWM经电阻驱动信号经电阻R3输入至开关管Q2栅极；电压源Vsource的正