[发明专利]变压器隔离对称互补驱动电路

说明书

技术领域

   本发明涉及一种变压器隔离对称互补驱动电路。

背景技术

    随着电子工业的不断发展，电子设备对电源的要求也越来越高，要满足大功率，高效率，小体积等要求，因此出现了半桥、全桥、等拓扑结构的开关电源，而这些开关电源都带有功率开关管：其驱动电压的参考点与低压控制电路的地电位之间存在较高电压。所以这些开关电源的上端功率开关的驱动，不能像单端反激式或推挽式那样，可以由地电平为参考点直接驱动，由于电路拓扑本身的需要或者是出于安全的需要，需要对功率开关管进行隔离驱动。由于这些拓扑至少有两个功率开关管，在某些应用场所需要对称互补驱动，利用脉冲变压器提供电气隔离的对称互补驱动得到了较为广泛的应用。

    脉冲变压器隔离是MOSFET和IGBT等全控型器件驱动电路常用的一种隔离形式，由于它具有电路结构简单、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，因而在隔离驱动电路中应用广泛。利用脉冲变压器组成的互补对称驱动广泛应用于半桥、全桥等拓扑中，为了防止上下管直通，在两个对称驱动波形中需增加一些死区，在死区时间内，变压器原边励磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，在驱动变压器原副边产生很高的振荡电压，如果震荡峰值达到一定值，会使开关管误导管；为了减少功率开关管的关断损耗，采用一个P型mos或者PNP型三极管来迅速拉低驱动电压来加速功率开关管关断，但P型mos或者PNP型三极管开通时门极和源极之间或者基极与发射极之间需要一定的电压，当驱动电压下降到很低时，此时功率开关管未完全判断，由于震荡的存在，P型mos或者PNP型三极管的并不能完全有效的将功率开关管关断。

    现有技术方案一：图1是一种传统的对称隔离驱动方案。由于是对称驱动，以N2绕组对应的那项驱动为例进行说明：当A点高电平，B点低电平时，经过驱动变压器变换后，C点为高电平，功率开关管开通；当A变为低电平时，C点变为低电平，功率开关管关断。由于对称驱动，在两个驱动脉冲之间有一段死区，A为低电平，B为低电平，在这段时间内，隔直电容和驱动变压器激磁电感谐振，如果谐振峰值足够高，会使功率开关管误开通。图2中，C1为C点理想电压波形，C2为死区间有震荡的C点电压波形，E为驱动波形，F为副边电压参考点。由于这种驱动电路的驱动波形有很大的负压，不仅影响功率开关管的开通速度，同时还增加了系统的驱动损耗。关断时有一定的负压，可以保证功率开关管的可靠关断。为了减少负压，并加速关断，减小关断损耗，出现如图3的改进型驱动电路。

    现有技术方案二：图3是一种改进型的对称互补隔离驱动方案。由于是对称驱动，以N2绕组对应的那项驱动为例进行说明：当开通驱动脉冲到来时，A点为高电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，C点为高电平，三极管Q1截止，驱动脉冲高电平加在功率开关管上，功率开关管导通；当关断驱动脉冲到来时，A点为低电平，B点为低电平，经过驱动变压器变换后，C点为低电平，二极管D1截止，由于E点为高电平，三极管Q1导通，功率开关管的驱动电压被拉低，功率开关管关断，由于A、B两电压均为低电平，N2绕组两端电压未被嵌位住，驱动变压器原边激磁电感与隔直电容C1谐振，N2绕组两端电压并不为零，会有一个震荡。如果震荡很大，这个电压会关断三极管Q1，并通过D1、R2、R4将功率开关管开通；如果震荡不大，C点电位不是很高，但功率开关管的驱动脉冲下降得很低时，功率开关管未完成关断，三极管Q1基极电流很少，Q1处于放大工作区工作，此时驱动脉冲下降非常慢，由于C点震荡，这可能会引起三极管在截止区和放大工作震荡工作，严重挠乱了开关管的正常关断，各点波形如图4。其中，C1为理想C点波形，C1为有震荡时的C点波形。

     图1和图3所示电路有一个共同的缺点是，在两个对称驱动波形的死区时间内，由于原边激磁电感与隔直电容谐振或者其它寄生参数引起的震荡，会使功率开关管误通过。图1的驱动波形有很大的负压，不仅影响开通速度而且增加了系统的驱动损耗。图3所示驱动电路，减少了负压，提高了关断速度，但当驱动波形下降很低时，功率开关管未关断。由于原边激磁电感与隔直电容谐振，引起三极管基极电压震荡，这可能会引起三极管在截止区和放大工作震荡工作，严重挠乱了开关管的正常关断，可能导致误开通。

    上述问题是在变压器驱动电路的设计与使用过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容