[发明专利]隔离型高频低损驱动电路

说明书

本发明涉及电力电子电能变换电路，旨在提供一种隔离型高频低损驱动电路。包括简化为开关管M的MOSFET；该驱动电路还包括方波电源、谐振电感、初级绕组和第一次级绕组；其中，方波电源、谐振电感和初级绕组串联连接；第一次级绕组的一端接到开关管M的门极，开关管M的源极接到第一次级绕组的另一端；初级绕组和第一次级绕组绕在同一个磁芯上构成变压器T1。本发明通过谐振电感和开关管门极输入电容谐振，使得寄生电容上电压呈正弦波形，不仅实现了开关管的驱动，还实现了驱动能量的回收，从而达到减小驱动损耗的目的；而且还能够通过箝位绕组对门极电压进行箝位，防止过高的门极电压损坏开关管。通过增加次级绕组的方式，可以实现对多个开关管的驱动。

技术领域

本发明涉及一类电力电子电能变换电路，尤其涉及一类隔离型驱动电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展，功率变换器的功率密度不断提高，其工作频率已达到MHz等级。虽然较高的工作频率可以降低储能元件体积，提高功率变换器的功率密度，但是MOSFET的驱动损耗也会增大。传统的DC/DC变换器MOSFET驱动电路一般采用如图1所示的结构来实现：开关管S1、S2构成一个桥臂，Rg为门极等效电阻，Cgs为门极与源极之间等效电容，Q为所驱动开关管。该结构存在的不足是：因为电力电子器件并非理想开关，从而使开关管S1、S2两端的电压和流过开关管的电流存在重叠时间，造成严重的开关损耗；而且驱动开关管Q的过程就是等效电容Cgs充电、放电过程，在Cgs充放电过程中都有电流流过门极等效电阻Rg从而产生损耗，这部分损耗随着开关频率的增加而增大，在MHz等级的频率下将严重影响电路的效率。

图2在桥臂中点与下管S2源极之间串联接入电感与电容，电感的加入实现了上管S1与下管S2的零电压开通，减小了开关管S1、S2的开关损耗；驱动能量在电感和电容中相互转换，理论上没有驱动损耗；但是在一个周期中电感电流连续，导致循环能量大。

图3在上管S1的源极与下管S2的漏极分别串联二级管与电感(二极管D1阳极与S1源极相连；二极管D2阴极与S2漏极相连)，电感另一端都与开关管S的门极相连。通过电感与等效电容C_gs谐振控制门极电压上升、下降的时间。该结构存在的不足是：很难控制开关管M门极电压幅值。

图4在桥臂中点与开关管Q门极之间接入电感L，在开关管Q门极与开关管S1漏极之间接入二极管D1(D1阳极与开关管Q门极相连)，在开关管Q门极与开关管S2源极之间接入二极管D2(D2阳极与开关管S2漏极相连)。通过电感与等效电容Cgs谐振传递能量，二极管D1、D2分别在开通、关断过程中将开关管S门极电压箝位在输入电压与零。该结构存在的不足是：开关管工作在硬开关状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种隔离型高频低损驱动电路。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种隔离型高频低损驱动电路，包括简化为开关管M的MOSFET；该驱动电路还包括方波电源、谐振电感、初级绕组和第一次级绕组；其中，方波电源、谐振电感和初级绕组串联连接；第一次级绕组的一端接到开关管M的门极，开关管M的源极接到第一次级绕组的另一端；初级绕组和第一次级绕组绕在同一个磁芯上构成变压器T₁；

所述MOSFET的具体模型中还包括栅源电容C_gs、栅漏电容C_gd、漏源电容C_ds以及体二极管，MOSFET的共源输入电容C_iss为栅源电容与栅漏电容之和。

本发明中，所述开关管M有两个且每个开关管的驱动电压均为正弦半波，另配置两个辅助的开关管；其中，第一次级绕组的一端接到第一开关管和第二辅助管的门极以及第一辅助管的漏极，第一次级绕组的另一端接到第二开关管和第一辅助管的门极以及第二辅助管的漏极，四个开关管的源极接在一起；第一辅助管与第二辅助管的开通阈值，低于第一开关管与第二开关管的开通阈值。