一种应用于程控直流电源的开关管驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于程控直流电源的开关管驱动电路，包括变压器、结构相同的第一驱动支路和第二驱动支路，第一驱动支路和第二驱动支路分别连接在变压器一次侧的高电位输入端和低电位输入端。第一驱动支路和第二驱动支路均包括驱动放大以及自举电路、隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路及开关桥臂电路。本发明专利技术解决了在开关管驱动时，开关管共通和开关振铃等影响的问题，可以广泛应用于开关电源，特别是要求较高的程控交流电源、程控直流电源等仪器设备中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及程控直流电源开关管驱动的
，尤其是一种应用于程控直流电源的开关管驱动电路。
技术介绍
程控电源在航天、国防、通信等行业的自动测试或系统中应用日益广泛，程控电源的发展趋势向输出电压更高、输出电流更大、程控精度更高、功能更全方向发展，特别是向小型化、高功率密度发展。因此，对程控直流电源的功率变换研究，尤其是对其开关管驱动电路及方法的研究特别重要。程控直流电源的开关管工作状态具有以下几个主要特征：工作频率高达100kHz～200kHz，瞬态电流变化速率达到500A/μS，以及变换效率要求大于95％等。这些技术要求对开关管的开关驱动、开关损耗具有极大挑战性；因此，必须研究出适合这种较高要求的开关管驱动电路及方法。这些性能指标无疑会要求程控直流电源的开关驱动电路应具有工作频率高、开关速度快、抗干扰能力强等较高要求特性。现有的程控直流电源的开关管驱动电路及方法一般是采用以下几种方法：PWM直接驱动法，该驱动方法最简单，但在直接驱动中最困难的是如何使电路布线最优化，这是无法计算设计的。晶体管推挽驱动法，这种驱动电路对控制电流毛刺、功率损耗有效，但开关频率难以提高。变压器耦合驱动法，这种驱动方法对高压隔离十分必要，但存在变压器磁化电流以及变压器漏感振荡。随着开关频率的上升，开关损耗越来越大，而高端程控直流电源对效率的要求却越来越高，对开关效率的要求往往高达95％，甚至高达98％以上，采用传统的开关驱动电路及方法，这么高的开关效率肯定是难以实现的。特别是对于1U高度且具有较大功率的程控直流电源等高端程控电源，已经不是开关损耗的问题，甚至是无法正常工作。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提出了一种应用于程控直流电源的开关管驱动电路。本专利技术采用如下技术方案：一种应用于程控直流电源的开关管驱动电路，其特征在于，包括变压器、结构相同的第一驱动支路和第二驱动支路，第一驱动支路和第二驱动支路分别连接在变压器一次侧的高电位输入端和低电位输入端；所述第一驱动支路和第二驱动支路均包括驱动放大以及自举电路、隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路及开关桥臂电路；第一驱动支路的驱动放大以及自举电路输入两路同幅同频但相位相反的第一脉冲调制信号和第二脉冲调制信号，第一脉冲调制信号先经过自举处理再进行驱动放大处理，之后依次经过隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路，最后进入开关桥臂电路并控制其上开关管的通断；第二脉冲调制信号直接经驱动放大后依次经过隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路，最后进入开关桥臂电路的下开关管并控制其下开关管的通断；第一脉冲调制信号和第二脉冲调制信号同时经过第二驱动支路并驱动本支路的开关桥臂电路，用来控制第二驱动支路开关桥臂电路的脉冲调制信号与第一驱动支路的相位相反，使得第一驱动支路和第二驱动支路的上开关管、下开关管交叉轮流导通。优选地，所述第二驱动支路中，第二脉冲调制信号直接经驱动放大后依次经过隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路，最后进入开关桥臂电路；第一脉冲调制信号先经过自举处理再进行驱动放大处理，之后依次经过隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路，最后进入开关桥臂电路。优选地，所述放大后的脉冲调制信号通过隔直耦合处理，避免驱动脉冲信号中的直流分量造成开关管的误导通；再通过延迟加速电路，延迟开关管的导通，加速开关管的关断，确保下一个开关管的导通滞后于上一个开关管的关断，避免开关管的共通现象；然后经过栅极电阻切换电路，栅极电阻切换电路使得开关管栅极泄放电阻小于栅极导通驱动电阻，开关管关断下降时间很短，开关管导通上升时间相对较长。优选地，所述开关桥臂电路的上开关管和下开关管还连接有密勒电路和吸收电路，密勒电路用来减小开关管转换时间和开关损耗，吸收电路用来保护开关管。优选地，所述隔直耦合电路包括并联的隔直耦合电容和反向稳压二极管，当脉冲调制信号正向导通瞬间，隔直耦合电容一方面阻断直流成分，另一方面将脉冲调制信号交流幅值完全耦合，使导通瞬间具有较高的脉冲幅度；在导通维持区间内，脉冲幅度被稳压管降幅；当脉冲调制信号逆向关断时，稳压管导通，脉冲调制信号全部回流驱动放大以及自举电路。采用如上技术方案取得的有益技术效果为：1、驱动电路具有快速转换和高峰值电流驱动能力，克服了密勒效应，减小了开关转换时间和开关损耗。2、驱动电路具有负电源下拉和关断加速功能，加快了开关管的关断速度，保证开关管可靠关断，提高驱动电路的抗干扰能力。3、驱动电路的传输延迟时间少，减小了开关死区时间，提高了控制精度和效率。4、合理设置了开关时间延迟、导通上升时间和关断下降时间，避免了开关管的共通短路。附图说明图1为应用于程控直流电源的开关管驱动电路框图。图2为应用于程控直流电源的开关管驱动电路结构示意图。图3为图2中N1输出及对应V1栅极驱动波形示意图。图4为图2中N1输出及对应V2栅极驱动波形示意图。图5为图2中N1的驱动输出波形示意图。图6为图2中V1、V2的栅极驱动波形示意图。具体实施方式结合附图1至6对本专利技术的具体实施方式做进一步说明：一种应用于程控直流电源的开关管驱动电路，其特征在于，包括变压器、结构相同的第一驱动支路和第二驱动支路，第一驱动支路和第二驱动支路分别连接在变压器一次侧的高电位输入端和低电位输入端。第一驱动支路和第二驱动支路均包括驱动放大以及自举电路、隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路及开关桥臂电路；第一驱动支路的驱动放大以及自举电路输入两路同幅同频但相位相反的第一脉冲调制信号DriveA、第二脉冲调制信号DriveB。在第一驱动支路中，将第一脉冲驱动信号DriveA首先进行自举处理后，再进行电压电流放大，以实现开关桥臂电路中上开关管V1的栅极非隔离驱动；而对第二脉冲驱动信号DriveB，则直接进行电压电流放大，该路信号用来驱动开关桥臂电路中低边开关管V2。放大后的脉冲调制信号通过隔直耦合电路进行隔直耦合处理，避免驱动脉冲信号中的直流分量造成开关管的误导通。再通过延迟加速电路，延迟开关管的导通，加速开关管的关断，确保下一个开关管的导通滞后于上一个开关管的关断，以避免开关管的共通现象。延迟加速电路的输出信号再经过栅极电阻切换电路，进行阻尼变换处理，用以驱动开关桥臂电路。栅极电阻切换电路使得开关管栅极导通驱动电阻小于栅极泄放电阻，开关管导通上升时间很短，开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于程控直流电源的开关管驱动电路，其特征在于，包括变压器、结构相同的第一驱动支路和第二驱动支路，第一驱动支路和第二驱动支路分别连接在变压器一次侧的高电位输入端和低电位输入端；所述第一驱动支路和第二驱动支路均包括驱动放大以及自举电路、隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路及开关桥臂电路；第一驱动支路的驱动放大以及自举电路输入两路同幅同频但相位相反的第一脉冲调制信号和第二脉冲调制信号，第一脉冲调制信号先经过自举处理再进行驱动放大处理，之后依次经过隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路，最后进入开关桥臂电路并控制其上开关管的通断；第二脉冲调制信号直接经驱动放大后依次经过隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路，最后进入开关桥臂电路的下开关管并控制其下开关管的通断；第一脉冲调制信号和第二脉冲调制信号同时经过第二驱动支路并驱动本支路的开关桥臂电路，用来控制第二驱动支路开关桥臂电路的脉冲调制信号与第一驱动支路的相位相反，使得第一驱动支路和第二驱动支路的上开关管、下开关管交叉轮流导通。

【技术特征摘要】
1.一种应用于程控直流电源的开关管驱动电路，其特征在于，包括变压器、结构相同的
第一驱动支路和第二驱动支路，第一驱动支路和第二驱动支路分别连接在变压器一次侧的高
电位输入端和低电位输入端；
所述第一驱动支路和第二驱动支路均包括驱动放大以及自举电路、隔直耦合电路、延迟
加速电路、栅极电阻切换电路及开关桥臂电路；
第一驱动支路的驱动放大以及自举电路输入两路同幅同频但相位相反的第一脉冲调制信
号和第二脉冲调制信号，第一脉冲调制信号先经过自举处理再进行驱动放大处理，之后依次
经过隔直耦合电路、延迟加速电路、栅极电阻切换电路，最后进入开关桥臂电路并控制其上
开关管的通断；第二脉冲调制信号直接经驱动放大后依次经过隔直耦合电路、延迟加速电路、
栅极电阻切换电路，最后进入开关桥臂电路的下开关管并控制其下开关管的通断；
第一脉冲调制信号和第二脉冲调制信号同时经过第二驱动支路并驱动本支路的开关桥臂
电路，用来控制第二驱动支路开关桥臂电路的脉冲调制信号与第一驱动支路的相位相反，使
得第一驱动支路和第二驱动支路的上开关管、下开关管交叉轮流导通。
2.根据权利要求1所述的一种应用于程控直流电源的开关管驱动电路，其特征在于，所
述第二驱动支路中，第二脉冲调制信号直接经驱动放大后依次经过隔直耦合电路、延迟加速
电路、栅极电阻切换电路，最后进入开关桥臂电路；第一脉冲调制信号先经过自举处理再进
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文廷，王群，李斌，汪定华，王俊，郭宇飞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34