一种多开关同步隔离驱动电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种多开关同步隔离驱动电路，用以同步隔离驱动多路位于不同或相同电位的半导体开关，该电路包括穿心磁环、多路半导体开关以及多个设置在穿心磁环副边线圈和每路半导体开关门极之间的驱动子电路，与现有技术相比，本实用新型专利技术具有同步隔离驱动、自持、产生毫秒级脉宽驱动信号、负电压可靠反向驱动等优点。

A multi switch synchronous isolation driver circuit

The utility model relates to a multi-switch synchronous isolation driving circuit, which is used to synchronously isolate and drive a multi-channel semiconductor switch located at different or the same potential. The circuit comprises a core-penetrating magnetic ring, a multi-channel semiconductor switch and a plurality of driving sub-circuits arranged between the auxiliary side coil of the core-penetrating magnetic ring and the gate of each circuit of the semiconductor switch. Compared with the prior art, the utility model has the advantages of synchronous isolation drive, self-support, millisecond pulse width drive signal generation, and reliable negative voltage reverse drive.

【技术实现步骤摘要】
一种多开关同步隔离驱动电路
本技术涉及隔离开关电路，尤其是涉及一种多开关同步隔离驱动电路。
技术介绍
由于现有主流半导体开关MOSFET和IGBT的通流能力、耐压水平和开关速度有限，使用单个开关管很难直接输出高压、大电流的快脉冲，因此实际应用中经常会用到多个开关管的串并联或者是Marx电路结构的形式来实现高压快脉冲输出。这时候，不同开关管的源极或发射极处于不同电位，对开关管的驱动信号有隔离要求，因此如何对多个开关管进行同步驱动显得尤为重要。目前已有的技术中，有简单磁隔离驱动、光纤或者光耦隔离驱动。其中光纤隔离驱动成本太高，而光耦隔离驱动的隔离电压通常只有2500V-3000V左右，而且这两种光隔离的方案都需要在开关管一侧提供驱动供电电压。此外，这个供电电压同样处于不同电位，因此也需要隔离，从而导致驱动方案更复杂，进一步增加成本。而图1所示的简单磁隔离驱动方式，也有几种不同的形式，一种是图(1a)所示的单个变压器多个副边绕组驱动多个开关管，另一种是图(1b)所示采用公共原边的多个双绕组变压器驱动多个开关管(这种采用公共原边的多个变压器的驱动电路又称之为“串心磁环驱动电路”)，还有一种是将前两者结合起来的多个多绕组变压器采用公共原边驱动多个开关管的方案。这种简单磁隔离驱动电路的主要优点是成本低、不需要副边提供隔离驱动供电电压、隔离电压较高，由于副边通常很简单，或者是直接串联电阻驱动门极，或者是如图1所示的电路，所以其缺点也很明显。第一，其提供的脉宽会受到磁芯饱和的限制，一般脉宽低于5us，否则需要增大驱动磁芯的体积进而提高成本、降低驱动效率。第二，不能提供负电压，使开关管处于可靠关断状态，从而抗干扰能力降低。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多开关同步隔离驱动电路。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多开关同步隔离驱动电路，用以同步隔离驱动多路位于不同或相同电位的半导体开关，该电路包括穿心磁环、多路半导体开关以及多个设置在穿心磁环副边线圈和每路半导体开关门极之间的驱动子电路。所述的驱动子电路包括第一MOS管、第二MOS管和门极电容，所述的第一MOS管的源极与穿心磁环副边线圈一端连接、漏极与半导体开关门极连接，门极与穿心磁环副边线圈另一端连接，所述的第二MOS管的门极与半导体开关门极连接，源极与穿心磁环副边线圈另一端连接，漏极与半导体开关源极连接，所述的门极电容一端与半导体开关门极连接，另一端与第二MOS管的漏极连接。所述的驱动子电路还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述的第一二极管正极与穿心磁环副边线圈一端连接，负极与半导体开关门极连接，所述的第二二极管正极与半导体开关门极连接，负极与第一MOS管的漏极连接，所述的第三二极管正极与半导体开关源极连接，负极与第二MOS管的漏极连接，所述的第四二极管正极与穿心磁环副边线圈另一端连接，负极与半导体开关源极连接。所述的驱动子电路还包括并联在穿心磁环副边线圈两端的双向稳压结构。所述的双向稳压结构为相对设置的第一稳压管和第二稳压管。所述的双向稳压结构为一TVS管。所述的驱动子电路还包括并联在门极电容两端的外部并联电容。与现有技术相比，本技术具有以下优点：本技术提出一种串心磁环驱动电路结合双MOS管的驱动电路，用来同步隔离驱动多路位于不同或相同电位的半导体开关，不仅利用门极电容的电压自维持过程，可以实现几十纳秒到长达毫秒级脉宽的宽范围的门极驱动信号，还可以提供负电压增强抑制电磁干扰能力使开关管处于可靠关断状态，而且用公共原边保证信号的同步性。附图说明图1为现有技术的结构示意图，其中，图(1a)为单个变压器多个副边绕组驱动多个开关管的结构示意图，图(1b)为串心磁环驱动电路。图2为本技术的串心磁环驱动结合双MOS管的驱动电路图。图3为本技术的电路的工作时序。图4为本技术的简化驱动电路。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。实施例：本技术提供一种如图2和图4所示的串心磁环驱动电路结合两路场效应管的驱动电路。电路工作过程：图2所示电路的工作时序如图3所示(以模块1为例)。其中Turning-on/Turning-off表示图2中串心磁环原边的电压波形，根据变压器原理，每个磁环副边感应出的电压波形与之相似。图3中，Driver1表示开关Q1的门极电压。Ts表示开关的工作周期，deadtime表示死区时间。S1-1和S1-2是两个MOS管，DS1～DS4是四个可恢复的二极管，Q1～Qn代表被驱动的多路半导体开关，并联在Q1门极的门极电容Cq1代表开关管自身的等效门极电容，Cs1则是外部并联电容(可以根据实际情况删掉亦可)，可以用来吸收开关管导通/关断时产生的电压尖峰，Cs1可以根据具体情况移除或者改变电容量大小。当串心磁环的原边输入正脉冲电压Turning-on时，在磁环的副边感应出正脉冲电压。该电压令第一二极管DS1和第二MOS管S1-2导通，正脉冲电压给半导体开关Q1的门极电容Cq1充电到15V左右，因此半导体开关Q1导通。当正脉冲信号结束后，驱动模块里的二极管和场效应管都关断，半导体开关Q1维持导通状态。当串心磁环的原边输入负脉冲电压Turning-off时，在磁环的副边感应出负脉冲电压。此时，第二二极管DS2和第一MOS管S1-1同时导通。Q1的门极电容Cq1被反向充电，使Cq1上的电压为负。负脉冲电压Turning-off结束时，第四二极管DS4反偏关断，第二MOS管S1-2保持关断状态，因此Q1的门极电容Cq1长时间维持负电压。负电压不仅可以加快开关管的关断速度，还能使开关管保持可靠关断状态，增强抗电磁干扰的能力。因此，采用串心磁环驱动结合双MOS管的驱动电路，可以在Q1的门极上获得带负压偏置的长达ms量级的驱动脉冲，而普通的磁环驱动电路由于磁芯饱和只能得到us量级的驱动脉冲，本技术有利于减小电源体积，增强开关管抗干扰能力，降低成本。本技术采用图2所示的变压器磁隔离和两个场效应管结合的多路开关管同步驱动电路的拓扑结构及其变换的图4所示的多路结构，包括去掉变压器副边稳压管Dw1/Dw2和(或)开关管的门极并联电容的结构，或者用其它稳压器件如TVS替代双向稳压管的电路。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多开关同步隔离驱动电路，用以同步隔离驱动多路位于不同或相同电位的半导体开关，其特征在于，该电路包括穿心磁环、多路半导体开关以及多个设置在穿心磁环副边线圈和每路半导体开关门极之间的驱动子电路。

【技术特征摘要】
1.一种多开关同步隔离驱动电路，用以同步隔离驱动多路位于不同或相同电位的半导体开关，其特征在于，该电路包括穿心磁环、多路半导体开关以及多个设置在穿心磁环副边线圈和每路半导体开关门极之间的驱动子电路。2.根据权利要求1所述的一种多开关同步隔离驱动电路，其特征在于，所述的驱动子电路包括第一MOS管(S1-1)、第二MOS管(S1-2)和门极电容(Cq1)，所述的第一MOS管(S1-1)的源极与穿心磁环副边线圈一端连接、漏极与半导体开关门极连接，门极与穿心磁环副边线圈另一端连接，所述的第二MOS管(S1-2)的门极与半导体开关门极连接，源极与穿心磁环副边线圈另一端连接，漏极与半导体开关源极连接，所述的门极电容(Cq1)一端与半导体开关门极连接，另一端与第二MOS管(S1-2)的漏极连接。3.根据权利要求1所述的一种多开关同步隔离驱动电路，其特征在于，所述的驱动子电路还包括第一二极管(DS1)、第二二极管(DS2)、第三二极管(DS3)和第四二极管(DS4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶俊峰，王永刚，姜松，邱剑，刘克富，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：新型
国别省市：上海,31