[发明专利]开关驱动电路

说明书

技术领域

本发明是有关于一种开关驱动电路，且特别是有关于一种用以驱动全控型功率开关元件组合的开关驱动电路。

背景技术

在大功率电子装置(如工业电脑、服务器、电力设备等)的应用中，对产品的可靠性有着非常高的要求。通常用来衡量可靠性的指标是平均故障间隔时间(mean time between failures,MTBF)。电子装置的平均故障间隔时间越大，则其可靠性越高。

目前的电子设备的电力供应器中，通常采用光纤将控制信号传递到高压侧，来对电力供应器中的输出端高压侧的功率开关元件进行开关控制。采用光纤而不用电性连接的传递方式，可同时实现对变压模块的高压侧与低压侧之间，以及高压侧各功率开关元件之间进行电性隔离，避免其间的电力杂讯干扰。

然而，相比于系统中其他电子元件，一般来说，光纤收发器有着非常低的平均故障间隔时间，因而光纤成为整个系统可靠性提升的瓶颈。

其次，由于每一功率开关元件都需要与低压侧及同处高压侧的其他功率开关元件进行隔离，所以每个功率开关元件的驱动信号传递都需要一套光纤。因此，采用光纤进行隔离的方法，会大幅增加系统的成本和结构的复杂性。

此外，由于光纤传递会给信号带来较长的延时时间，进而导致在传送相同信号时的一致性(或同步性)较差。在对一致性要求较高的情况下，会影响功率开关元件安全可靠的工作。

采用磁隔离来代替光纤，进行驱动信号传递，实现电气隔离，可以大幅提高系统的可靠性、降低系统成本、简化系统结构、减少延时时间以及提高信号的一致性，有效解决了采用光纤隔离所带来的主要问题。

采用磁隔离传递串联开关单元驱动信号的方法，在半控型功率开关元件的串联驱动电路中曾有过应用。例如，将低压侧的驱动讯号经过串联的变压器，将具有驱动能力的触发脉冲传递到高压侧以驱动串联的多个半控型功率开关元件。较常见的半控型功率开关元件如晶闸管(Silicon Controlled Rectifier,SCR)。

由于半控型功率开关元件的特性，晶闸管对其驱动信号的要求为：(1)只需提供一个非常窄的脉冲触发其导通即可，无需关断信号，因半控型功率开关元件无法透过驱动讯号进行关断；以及(2)由于半控型功率开关元件的驱动讯号脉宽较窄，可同时通过脉冲变压器传递驱动信号以及驱动功率。

另一方面，全控型功率开关元件对驱动讯号的要求，与半控型功率开关元件存在许多差异，例如：(1)全控型功率开关元件的开通、关断均由驱动信号控制；(2)全控型功率开关元件在导通时需要提供一个稳定的高电压准位，在关断时通常需要提供一个稳定的低电压准位；以及(3)对于全控型功率开关器件的驱动信号脉宽会比半控型功率开关元件(如SCR)采用的驱动信号来得宽，因此，在全控型功率开关器件上必须将驱动信号和驱动功率分开传递。

因此，已知技术中采用磁隔离传递半控型功率开关元件(如SCR)的驱动信号的方法无法套用于全控型功率开关元件上。

发明内容

为解决已知技术的问题，本发明提出了一种采用磁隔离方式传递全控型功率开关元件组合驱动信号的开关驱动电路，用以为全控型功率开关元件组合提供快速、稳定且可靠的驱动讯号。

本发明的一方面是在提供一种开关驱动电路，用以驱动一全控型功率开关组合，该开关驱动电路包含一第一脉宽调变单元、一高压隔离脉冲变压模块以及多个输出模块。高压隔离脉冲变压模块包含一磁芯单元、绕设于该磁芯单元上的一一次侧绕线以及多个二次侧绕线。该一次侧绕线耦接至该第一脉宽调变单元。多个输出模块各自包含一第二脉宽调变单元以及一驱动功率放大单元。该多个二次侧绕线分别耦接至该多个输出模块的该第二脉宽调变单元。该全控型功率开关组合包含多个全控型功率开关元件，该驱动功率放大单元耦接于该第二脉宽调变单元与其中一个全控型功率开关元件之间。

根据本发明的一实施例，该全控型功率开关组合中的该多个全控型功率开关元件彼此串联或耦接于一单相全桥电路中一个桥臂的上管与另一桥臂的下管，该多个输出模块分别产生相同相位且彼此隔离的多个驱动输出讯号至该多个全控型功率开关元件。

根据本发明的一实施例，一驱动输入讯号输入至该开关驱动电路的一输入端，该第一脉宽调变单元耦接该输入端，用以将该驱动输入讯号转换为一窄脉宽讯号。于此实施例中，该驱动输入讯号为一脉宽调变型讯号，该窄脉宽讯号包含多个正脉冲以及多个负脉冲，该多个正脉冲分别对应该驱动输入讯号的多个上升缘，该多个负脉冲分别对应该驱动输入讯号的多个下降缘。