一种基于电荷保持的开关器件驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及一种基于电荷保持的开关器件驱动电路，包括一变压器原边H桥以及一副边次级驱动电路；H桥包括第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管以及第四MOS开关管；副边次级驱动电路包括第五MOS开关管、第六MOS开关管以及一开关。该基于电荷保持的开关器件驱动电路可以有效的降低驱动损耗，提高提高电力电子功率变换器的效率，以克服现有技术中已有功率半导体器件驱动电路驱动的驱动损耗较大、抗干扰能力不高等不足的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于驱动功率半导体器件的驱动电路，特别是一种基于电荷保持的开关器件驱动电路。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，功率半导体器件的工作频率越来越高，功率半导体的驱动损耗已经成为不可忽略的部分。降低电力电子功率变换器中功率半导体的驱动损耗可以有效提高电力电子功率变换器的效率和功率密度。现有MOSFET驱动谐振驱动电路介绍及分析如下：1 单管谐振门极驱动电路图1所示是一种常用单管谐振门极驱动电路。该电路的优点有：S1、S2可以实现了软开通和零电流关断；开关周期中，二极管开通时间极短，控制开关的体二极管也不导通，有利于减小损耗。由于外接二极管的阻断作用，电感电流到零后不能反向，而是一直保持为零直到下次开关动作，所以此阶段没有损耗；要驱动开关Sl、S2不存在交互导通，可以很容易控制驱动脉冲的时间，即逻辑电路简单。该电路的缺点有:当功率开关完全开通或关断时，其门源极电压浮地，没有被钳位到电源电压或具有低阻抗的零电位，所以电路抗干扰性差，可能被误导通或关断。2 基于反激变换器型的开关管互补谐振驱动电路基于反激变换器型的开关管互补谐振驱动电路拓扑如图2所示。该电路采用反激变换 器型 结构 ，主要由1个反激型变压器和6个半导体器件构成 ，变压器的原副边电感与功率Mosfet管的栅极电容谐振对栅极电容进行充放电。该驱动电路具有结构和控制简单、驱动速度快 、驱动效率高、驱动电路中的开关管实现部分软开关等优点。3 同步Buck电路的谐振门极驱动电路同步Buck电路的谐振门极驱动电路如图3所示。上管采用自举驱动，电感Ll、L2是绕在同一个磁芯上的集成电感。电路的优点是能够显著减小开关损耗，恢复门极驱动能量，减小驱动开关体二极管的损耗和反向恢复损耗。电路的缺点是虽然集成电感能够减小漏感，但它也增加了系统的体积。上述现有技术可以分为单管驱动电路和双管驱动电路两大类。单管谐振门极驱动电路只能驱动一个功率MOSFET管；电路抗干扰性差，可能被误导通或关断。双功率管谐振门极驱动电路所需器件多，结构复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于电荷保持的开关器件驱动电路，以降低辅助开关管的通态损耗、驱动变压器原边绕组的绕组损耗和磁元件的磁芯损耗，有效降低驱动电路的损耗。本专利技术的技术方案是：一种基于电荷保持的开关器件驱动电路，包括一变压器原边H桥以及一副边次级驱动电路；所述H桥包括第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管以及第四MOS开关管；所述第一MOS开关管的源极与所述第二MOS开关管的漏极相连，并连接至一变压器原边绕组的同名端；所述第三MOS开关管的源极与所述第四MOS开关管的漏极相连，并连接至所述变压器原边绕组的异名端；所述第一MOS开关管的漏极与所述第三MOS开关管的漏极相连；所述第二MOS开关管的源极与所述第四MOS开关管的源极相连；所述副边次级驱动电路包括第五MOS开关管、第六MOS开关管以及一开关；所述开关的一端接入所述变压器副边绕组的同名端，并接入所述第五MOS开关管的的栅极；所述开关的另一端作为所述基于电荷保持的开关器件驱动电路的第一输出端，并连接至所述第六MOS开关管的漏极；所述第六MOS开关管的源极接地，并作为所述基于电荷保持的开关器件驱动电路的第二输出端；所述第六MOS开关管的栅极连接至所述变压器副边绕组的异名端，并作为所述基于电荷保持的开关器件驱动电路的第三输出端；所述第五MOS开关管的源极接地，并作为所述基于电荷保持的开关器件驱动电路的第四输出端。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、常用无损驱动方案中辅助开关管的通态损耗及驱动磁件的损耗所占比例很大，占80%以上；本专利技术所提出的技术方案降低了驱动变压器原边的电流，保持副边的电流不变（只有保证副边的电流不变才能保证主功率电路的管子的驱动速度一样），降低了原边电流有效值，有效降低辅助开关管通态损耗和驱动变压器的绕组损耗，同时降低了驱动变压器的交流磁通密度Bac，从而降低磁芯损耗。2、所驱动的Mos管的Ciss越大，本专利技术优势越明显。3、本专利技术所提出的技术方案可以驱动单管也可以驱动双管或者多管，适用范围广。附图说明图1为现有技术中直接驱动电路的电路图。图2为现有技术中正激驱动电路的电路图。图3为现有技术中有隔离变压器的互补驱动的电路图。图4为本专利技术中基于电荷保持的低损驱动电路的拓扑图。图5为本专利技术中主电路和无损驱动电路波形图。图6为本专利技术中工作模态一时的等效图。图7为本专利技术中工作模态二时的等效图。图8为本专利技术中工作模态三时的等效图。图9为本专利技术中工作模态四时的等效图。图10为本专利技术中工作模态五（t4~t5）时的等效图。图11为本专利技术中工作模态五（t5~t6）时的等效图。图12为本专利技术中工作模态六时的等效图。图13为本专利技术中工作模态七时的等效图。图14为本专利技术中工作模态八时的等效图。图15为本专利技术中工作模态九时的等效图。图16为本专利技术中工作模态十时的等效图。图17为本专利技术中工作模态十一时的等效图。图18为本专利技术中工作模态十二时的等效图。图19为本专利技术一实施例中的电路原理图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术提供一种基于电荷保持的低损驱动电路，如图4所示，包括一变压器原边H桥以及一副边次级驱动电路；变压器原边H桥包括第一MOS开关管M1、第二MOS开关管M2、第三MOS开关管M3以及第四MOS开关管M4；第一MOS开关管M1的源极与第二MOS开关管M2的漏极相连，并连接至一变压器T原边绕组的同名端；第三MOS开关管M3的源极与第四MOS开关管M4的漏极相连，并连接至变压器T原边绕组的异名端；第一MOS开关管M1的漏极与第三MOS开关管M3的漏极相连；第二MOS开关管M2的源极与第四MOS开关管M4的源极相连；副边次级驱动电路包括第五MOS开关管Q3、第六MOS开关管Q4、第一电容Cgs_Q1、第二电容Cgs_Q2、第三电容Cds_Q3、第四电容Cds_Q4以及开关S；第一电容Cgs_Q1的一端与开关S的一端相连，并作为基于电荷保持的开关器件驱动电路的第一输出端，与被驱动的开关管Q1的栅极相连；第一电容Cgs_Q1的另一端接地，并作为基于电荷保持的开关器件驱动电路的第二输出端，且与被驱动的开关管Q1的源极相连；开关S的另一端接入变压器T副边绕组的同名端；第六MOS开关管Q4的漏极与第四电容Cds_Q4的一端相连，并接入第一电容Cgs_Q1的一端；第六MOS开关管Q4的源极与第四电容Cds_Q4的另一端相连，并接地；第六MOS开关管Q4的栅极接入变压器T副边绕组的异名端；第五MOS开关管Q3的栅极接入变压器T副边绕组的同名端；第五MOS开关管Q3的源极与第三电容Cds_Q3的一端相连，并接地；第五MOS开关管Q3的漏极与第三电容Cds_Q3的另一端相连，并接入变压器T副边绕组的异名端；第二电容Cgs_Q2的一端接入变压器T副边绕组的异名端，并作为基于电荷保持的开关器件驱动电路的第三输出端，接入被驱动的开关管Q2的栅极；第二电容Cgs_Q2的另一端接地，并作为基于电荷保持的开关器件驱动电路的第四输出端，接入被驱动的开关管Q2的源极。进一步的，在本实施例中，为了让本领域技术人员进一步了解本专利技术所提出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电荷保持的开关器件驱动电路，其特征在于，包括一变压器原边H桥以及一副边次级驱动电路；所述H桥包括第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管以及第四MOS开关管；所述第一MOS开关管的源极与所述第二MOS开关管的漏极相连，并连接至一变压器原边绕组的同名端；所述第三MOS开关管的源极与所述第四MOS开关管的漏极相连，并连接至所述变压器原边绕组的异名端；所述第一MOS开关管的漏极与所述第三MOS开关管的漏极相连；所述第二MOS开关管的源极与所述第四MOS开关管的源极相连；所述副边次级驱动电路包括第五MOS开关管、第六MOS开关管以及一开关；所述开关的一端接入所述变压器副边绕组的同名端，并接入所述第五MOS开关管的的栅极；所述开关的另一端作为所述基于电荷保持的开关器件驱动电路的第一输出端，并连接至所述第六MOS开关管的漏极；所述第六MOS开关管的源极接地，并作为所述基于电荷保持的开关器件驱动电路的第二输出端；所述第六MOS开关管的栅极连接至所述变压器副边绕组的异名端，并作为所述基于电荷保持的开关器件驱动电路的第三输出端；所述第五MOS开关管的源极接地，并作为所述基于电荷保持的开关器件驱动电路的第四输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电荷保持的开关器件驱动电路，其特征在于，包括一变压器原边H桥以及一副边次级驱动电路；所述H桥包括第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管以及第四MOS开关管；所述第一MOS开关管的源极与所述第二MOS开关管的漏极相连，并连接至一变压器原边绕组的同名端；所述第三MOS开关管的源极与所述第四MOS开关管的漏极相连，并连接至所述变压器原边绕组的异名端；所述第一MOS开关管的漏极与所述第三MOS开关管的漏极相连；所述第二MOS开关管的源极与所述第四MOS开关管的源极相连；所述副边次级驱动电路包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆彬，刘坤荣，陈为，林苏斌，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35