一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路，包括高频隔离电路、低频第一隔离电路、低频第二隔离电路、第一储能电路、第二储能电路、高频第一通路、高频第二通路、第一切换电路、第二切换电路、第一图腾柱电路及第二图腾柱电路；当双向高速开关处于正向工作时，低频切换信号为低电平，高频PWM信号频率高于低频切换信号，高频第一通路输出高频信号，第一储能电路储存的能量通过第一图腾柱电路充至MOS开关Q5的栅极，MOS开关Q6处于恒开通状态；当双向高速开关处于负向工作时，MOS开关Q6处于高频工作状态，Q5处于恒开通状态。该栅极驱动电路解决了可控开关器件在导通或关断时出现的栅极振荡的问题，且减少了驱动损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，特别是涉及用于电动汽车的一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路。
技术介绍
在大功率三相功率因数校正电路中，VIENNA整流器电路正逐步得到广泛的使用，其主电路如图3所示。三相电感分别连接由D9与D12、D10与D13、D11与D14组成的A、B、C三相整流桥中点R、S、T，每一相整流桥的中点分别通过由MOS开关Q5与Q6、Q7与Q8、Q9与Q10组成的双向高速开关连接至母线电容C6、C7的中点M，二极管D9、D10、D11的阴极连接电容C6的正极，即为母线正极，二极管D12、D13、D14的阳极连接电容C7的负极，即为母线的负极。传统的驱动方案中，电路工作时MOS开关Q5与Q6的驱动信号同时开通，同时关断；MOS开关Q7与Q8的驱动信号同时开通，同时关断；MOS开关Q9与Q10的驱动信号同时开通，同时关断。以A相为例，当电压处于正半周时，其对应的双向开关开通时，电流由R点流经MOS开关Q5的DS，并经MOS开关Q6的体二极管流向电容中点M。双向开关的驱动电路同时驱动Q5、Q6处于高频工作。然而，由于电路中诸多寄生参数的影响，电流的正半周期，Q6的高频驱动信号加在栅源时会产生较大的电压振荡；电流的负半周期，Q5的高频驱动信号加在栅源时会产生较大的电压振荡。并且，由于在电流正半周期，Q6可以一直开通，只由Q5处于高频工作状态；在电流负半周期，Q5可以一直开通，只由Q6处于高频工作状态，所以让两个MOS开关均由高频驱动信号一直驱动，驱动电路的损耗较大。其他两相的MOS开关同样存在以上问题。因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种能够有效避免MOS开关的栅极震荡、可靠性能好，同时能够降低驱动电路的损耗的开关驱动技术显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路，该栅极驱动电路能够使MOS开关的栅源振荡得到有效的抑制，并降低驱动电路的损耗，有助于提高电路的可靠工作，降低成本。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：提供一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路，包括高频隔离电路、低频第一隔离电路、低频第二隔离电路、第一储能电路、第二储能电路、高频第一通路、高频第二通路、第一切换电路、第二切换电路、第一图腾柱电路及第二图腾柱电路；所述高频隔离电路的输入端与高频PWM信号连接，高频隔离电路的第一路输出端分别与第一储能电路的输入端、高频第一通路的输入端连接，高频隔离电路的第二路输出端分别与第二储能电路的输入端、高频第二通路的输入端连接；所述低频第一隔离电路、低频第二隔离电路的输入端分别与低频切换信号连接，低频第一隔离电路的输出端与第一切换电路的信号输入端连接，低频第二隔离电路的输出端与第二切换电路的信号输入端连接；第一储能电路的输出端分别与第一图腾柱电路、第一切换电路的供电输入端连接，第二储能电路的输出端分别与第二图腾柱电路、第二切换电路的供电输入端连接；第一切换电路、高频第一通路的输出端分别与第一图腾柱电路的输入端连接，第二切换电路、高频第二通路的输出端分别与第二图腾柱电路的输入端连接；所述第一图腾柱电路、第二图腾柱电路的参考端共同连接至参考点GND，所述第一图腾柱电路的输出端驱动连接于双向高速开关的MOS开关Q5的栅极，第二图腾柱电路的输出端驱动连接于双向高速开关的MOS开关Q6的栅极；当由MOS开关Q5、MOS开关Q6构成的双向高速开关处于正向工作时，低频切换信号为低电平，同时高频PWM信号的频率高于低频切换信号的频率，高频隔离电路经第一储能电路后，供电给第一切换电路和第一图腾柱电路，低频切换信号经低频第一隔离电路后，输出低电平关闭第一切换电路，高频第一通路导通输出高频信号，此时，第一储能电路储存的能量通过第一图腾柱电路充至MOS开关Q5的栅极，或MOS开关Q5的栅极能量通过第一图腾柱电路泄放，MOS开关Q5处于高频工作状态；同时，高频隔离电路经第二储能电路后，供电给第二切换电路和第二图腾柱电路，低频切换信号经低频第二隔离电路后，输出高电平驱动第二切换电路关闭高频第二通路，第二图腾柱电路输出高电平，MOS开关Q6处于恒开通状态；当由MOS开关Q5、MOS开关Q6构成的双向高速开关处于负向工作时，低频切换信号为高电平，同时高频PWM信号频率高于低频切换信号频率，MOS开关Q6处于高频工作状态，Q5处于恒开通状态。其中，所述高频隔离电路的输出频率和输出相位与高频PWM信号同频同相；所述低频第一隔离电路与低频第二隔离电路的输出频率与低频切换信号相同，低频第一隔离电路的输出相位与低频切换信号相同，低频第二隔离电路的输出相位与低频切换信号相反。进一步的，当所述第一切换电路与低频第一隔离电路的输出相连接的信号输入端为高电平时，第一切换电路与高频第一通路的输出端及第一图腾柱电路的信号输入端相连接的输出端也为高电平；所述第一切换电路与低频第一隔离电路的输出相连接的信号输入端为低电平时，第一切换电路与高频第一通路的输出端及第一图腾柱电路的信号输入端相连接的输出端为高阻态；当所述第二切换电路与低频第二隔离电路的输出相连接的信号输入端为高电平时，第二切换电路与高频第二通路的输出端及第二图腾柱电路的信号输入端相连接的输出端也为高电平；所述第二切换电路与低频第二隔离电路的输出相连接的信号输入端为低电平时，第二切换电路与高频第二通路的输出端及第二图腾柱电路的信号输入端相连接的输出端为高阻态。进一步的，当第一切换电路输出为高阻态时，高频第一通路的输出信号与输入信号同频同相；当第一切换电路输出为高电平时，高频第一通路的输出信号不受输入信号控制；当第二切换电路输出为高阻态时，高频第二通路的输出信号与输入信号同频同相；当第二切换电路输出为高电平时，高频第二通路的输出信号不受输入信号控制。更进一步的，当第一图腾柱电路的输入端为高电平时，其输出端电压与供电输入端电压相等；当第一图腾柱电路的输入端为低电平时，其输出端电压与参考点GND电压相等；当第二图腾柱电路的输入端为高电平时，其输出端电压与供电输入端电压相等；当第二图腾柱电路的输入端为低电平时，其输出端电压与参考点GND电压相等。其中，所述高频隔离电路包括隔离变压器T1、电容C1、电容C2和电容C3，所述电容C2的一端与高频PWM信号连接，另一端与隔离变压器T1初级同名端连接；隔离变压器T1的异名端接地；隔离变压器T1的次级N2同名端连接电容C1的一端；隔离变压器T1次级N3同名端连接电容C3的一端。进一步的，所述第一储能电路包括二极管D1和电容C4，所述二极管D1的阳极连接电容C1的另一端，二极管D1的阴极连接电容C4的一端；所述第二储能电路包括二极管D6和电容C5，所述二极管D6的阳极连接电容C3的另一端，二极管D6的阴极连接电容C5的一端。进一步的，所述高频第一通路和第一图腾柱电路包括二极管D2、电阻R2、NPN晶体管Q1、PNP晶体管Q3、电阻RG1，二极管D2的阴极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接NPN晶体管Q1的基极、PNP晶体管Q3的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路，其特征在于：包括高频隔离电路、低频第一隔离电路、低频第二隔离电路、第一储能电路、第二储能电路、高频第一通路、高频第二通路、第一切换电路、第二切换电路、第一图腾柱电路及第二图腾柱电路；所述高频隔离电路的输入端与高频PWM信号连接，高频隔离电路的第一路输出端分别与第一储能电路的输入端、高频第一通路的输入端连接，高频隔离电路的第二路输出端分别与第二储能电路的输入端、高频第二通路的输入端连接；所述低频第一隔离电路、低频第二隔离电路的输入端分别与低频切换信号连接，低频第一隔离电路的输出端与第一切换电路的信号输入端连接，低频第二隔离电路的输出端与第二切换电路的信号输入端连接；第一储能电路的输出端分别与第一图腾柱电路、第一切换电路的供电输入端连接，第二储能电路的输出端分别与第二图腾柱电路、第二切换电路的供电输入端连接；第一切换电路、高频第一通路的输出端分别与第一图腾柱电路的输入端连接，第二切换电路、高频第二通路的输出端分别与第二图腾柱电路的输入端连接；所述第一图腾柱电路、第二图腾柱电路的参考端共同连接至参考点GND，所述第一图腾柱电路的输出端驱动连接于双向高速开关的MOS开关Q5的栅极，第二图腾柱电路的输出端驱动连接于双向高速开关的MOS开关Q6的栅极；当由MOS开关Q5、MOS开关Q6构成的双向高速开关处于正向工作时，低频切换信号为低电平，同时高频PWM信号的频率高于低频切换信号的频率，高频隔离电路经第一储能电路后，供电给第一切换电路和第一图腾柱电路，低频切换信号经低频第一隔离电路后，输出低电平关闭第一切换电路，高频第一通路导通输出高频信号，此时，第一储能电路储存的能量通过第一图腾柱电路充至MOS开关Q5的栅极，或MOS开关Q5的栅极能量通过第一图腾柱电路泄放，MOS开关Q5处于高频工作状态；同时，高频隔离电路经第二储能电路后，供电给第二切换电路和第二图腾柱电路，低频切换信号经低频第二隔离电路后，输出高电平驱动第二切换电路关闭高频第二通路，第二图腾柱电路输出高电平，MOS开关Q6处于恒开通状态；当由MOS开关Q5、MOS开关Q6构成的双向高速开关处于负向工作时，低频切换信号为高电平，同时高频PWM信号频率高于低频切换信号频率，MOS开关Q6处于高频工作状态，Q5处于恒开通状态。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路，其特征在于：包括高频隔离电路、低频第一隔离电路、低频第二隔离电路、第一储能电路、第二储能电路、高频第一通路、高频第二通路、第一切换电路、第二切换电路、第一图腾柱电路及第二图腾柱电路；
所述高频隔离电路的输入端与高频PWM信号连接，高频隔离电路的第一路输出端分别与第一储能电路的输入端、高频第一通路的输入端连接，高频隔离电路的第二路输出端分别与第二储能电路的输入端、高频第二通路的输入端连接；所述低频第一隔离电路、低频第二隔离电路的输入端分别与低频切换信号连接，低频第一隔离电路的输出端与第一切换电路的信号输入端连接，低频第二隔离电路的输出端与第二切换电路的信号输入端连接；第一储能电路的输出端分别与第一图腾柱电路、第一切换电路的供电输入端连接，第二储能电路的输出端分别与第二图腾柱电路、第二切换电路的供电输入端连接；第一切换电路、高频第一通路的输出端分别与第一图腾柱电路的输入端连接，第二切换电路、高频第二通路的输出端分别与第二图腾柱电路的输入端连接；所述第一图腾柱电路、第二图腾柱电路的参考端共同连接至参考点GND，所述第一图腾柱电路的输出端驱动连接于双向高速开关的MOS开关Q5的栅极，第二图腾柱电路的输出端驱动连接于双向高速开关的MOS开关Q6的栅极；
当由MOS开关Q5、MOS开关Q6构成的双向高速开关处于正向工作时，低频切换信号为低电平，同时高频PWM信号的频率高于低频切换信号的频率，高频隔离电路经第一储能电路后，供电给第一切换电路和第一图腾柱电路，低频切换信号经低频第一隔离电路后，输出低电平关闭第一切换电路，高频第一通路导通输出高频信号，此时，第一储能电路储存的能量通过第一图腾柱电路充至MOS开关Q5的栅极，或MOS开关Q5的栅极能量通过第一图腾柱电路泄放，MOS开关Q5处于高频工作状态；同时，高频隔离电路经第二储能电路后，供电给第二切换电路和第二图腾柱电路，低频切换信号经低频第二隔离电路后，输出高电平驱动第二切换电路关闭高频第二通路，第二图腾柱电路输出高电平，MOS开关Q6处于恒开通状态；
当由MOS开关Q5、MOS开关Q6构成的双向高速开关处于负向工作时，低频切换信号为高电平，同时高频PWM信号频率高于低频切换信号频率，MOS开关Q6处于高频工作状态，Q5处于恒开通状态。
2.根据权利要求1所述的一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路，其特征在于：所述高频隔离电路的输出频率和输出相位与高频PWM信号同频同相；所述低频第一隔离电路与低频第二隔离电路的输出频率与低频切换信号相同，低频第一隔离电路的输出相位与低频切换信号相同，低频第二隔离电路的输出相位与低频切换信号相反。
3.根据权利要求2所述的一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路，其特征在于：当所述第一切换电路与低频第一隔离电路的输出相连接的信号输入端为高电平时，第一切换电路与高频第一通路的输出端及第一图腾柱电路的信号输入端相连接的输出端也为高电平；所述第一切换电路与低频第一隔离电路的输出相连接的信号输入端为低电平时，第一切换电路与高频第一通路的输出端及第一图腾柱电路的信号输入端相连接的输出端为高阻态；当所述第二切换电路与低频第二隔离电路的输出相连接的信号输入端为高电平时，第二切换电路与高频第二通路的输出端及第二图腾柱电路的信号输入端相连接的输出端也为高电平；所述第二切换电路与低频第二隔离电路的输出相连接的信号输入端为低电平时，第二切换电路与高频第二通路的输出端及第二图腾柱电路的信号输入端相连接的输出端为高阻态。
4.根据权利要求3所述的一种应用于双向高速开关的栅极驱动电路，其特征在于：当第一切换电路输出为高阻态时，高频第一通路的输出信号与输入信号同频同相；当第一切换电路输出为高电平时，高频第一通路的输出信号不受输入信号控制；当第二切换电路输出为高阻态时，高频第二通路的输出信号与输入信号同频同相；当第二切换电路输出为高电平时，高频第二通路的输出信号不受输入信号控制。
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄熙，周映虹，
申请(专利权)人：广州弘熙信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44