一种磁隔离驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种磁隔离驱动电路，包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端、开关管Q10、二极管D10、TVS二极管、变压器B、原边绕组、副边绕组，以及位于副边的加速关断电路，加速关断电路至少包括一只开关管Q11；TVS二极管的阳极连接第一输入端，TVS二极管的阴极连接二极管D10的阴极，二极管D10的阳极连接开关管Q10的漏极，开关管Q10的源极连接第二输入端，原边绕组的两端分别连接第一输入端和第二输入端。本发明专利技术在电路的前几个周期，原边MOS管关断时，变压器原边电压被TVS钳位至设定值，副边可以产生足够大的感应电压与反向电流，驱动加速关断电路工作，实现被驱动的功率开关器件快速关断，使得电路在前几个周期不再失控。

A Magnetically Isolated Driving Circuit

【技术实现步骤摘要】
一种磁隔离驱动电路
本专利技术涉及一种功率开关器件的驱动电路，尤其涉及一种功率开关器件的磁隔离驱动电路。
技术介绍
功率开关器件在电力电子装置中占据着核心位置，它的可靠工作是整个装置正常运行的基础。功率开关器件的驱动电路是主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要部分。它对整个装置的性能有很大的影响，其作用是将控制电路输出的驱动脉冲信号放大到足以驱动功率开关器件，且进行必要的隔离。简而言之，驱动电路的基本任务就是将控制电路传来的驱动脉冲信号，转换为加在功率开关器件控制端和导通电流流出端之间的可以使其导通和关断的信号。随着电力电子技术的快速发展，出现了很多新的性能优秀的拓扑，基于拓扑本身的需要或安全方面的考虑，需要将来自控制电路的驱动脉冲信号与功率开关器件进行隔离，因此，各种隔离驱动方案应运而生，其中磁隔离驱动方案具有电路简单、不易损坏、低成本、工作频率高、延时极小等优势，故磁隔离在当今的浮地驱动拓扑中有很高的使用率。图1-1示出的是2006年10月12日公开的技术，公开号KR10-0820320的韩国专利申请文件中公开了一种双路互补的磁隔离驱动电路，用于单路驱动显然是可以的，这是LG公司的，较好地解决了被驱动的场效应管的快速关断问题，同样适用IGBT的驱动，以变压器T的副边绕组中的上绕组为例，上绕组是驱动上管Q1的，当上绕组感应出上正下负的电压时，上绕组上端的正电压通过二极管D3电联接Q1的栅极，上绕组的下端连接Q1的源极，Q1饱和导通；当上绕组感应出上负下正的电压时，由于D3的存在，这时Q3的基极处于负压，而Q3的发射极因为Q1的输入电容所储存的电荷，仍处于正电压，且在瞬间是和驱动电压相等的，那么Q3饱和导通，把Q1的输入电容所储存的电荷快速泄放至Q1的开启电压以下，D5的存在，是避免上绕组感应出上负下正的电压时，这个电压经过Q3的集电极至Q3的基极，会导致上绕组感应的电压被Q3的集电结短路，无法实现电荷快速泄放的功能，同时使得副边下绕组无法建立正压去驱动Q2。图1-1的技术方案适合原边是图腾柱式的正激驱动，原边激磁电路中一般有隔直电容，以防偏磁导致磁芯饱和。图1-2示出的是2009年11月13日公开的技术，来自美的公司申请的技术专利，中国申请号200920262707.4说明书中的图2，采用的也是磁隔离驱动，该驱动电路与LG公司相比，节约了一只二极管，且采用了NPN型管子，理论上，其副边的电路会比与之配对的PNP型三极管速度更快一些，技术上更先进一些。原边采用一只开关管Q1的单端电路，原边激磁电路中的隔直电容被取消。图1-3示出的是2011年10月24日公开的技术，来自中兴公司申请的专利技术专利，且已授权。参见中国申请号201110325112.0说明书中的图13，由于原图的线条细，截图后看不清，图1-3进行了重画，严格遵守原图的连接关系与编号。该磁隔离驱动电路的变压器副边包括二极管D1和电阻R1组成的驱动回路，电阻R3、三极管Q1和二极管D2、分压电阻R2组成的泄放回路，以及二极管D3、分压电阻R4组成的公知的关断回路，事实上，该技术方案已被LG公司在2006年10月12日的KR10-0820320韩国专利公开,包括原边激磁电路中的隔直电容C1，在各种文献中早就成为公知技术，如2009年9月19日申请的中国专利200910041980.9中图2的电容C1。图1-4示出的是2015年12月1日公开的技术，来自中国申请号201510873552.8说明书中的图3，是申请人的较早前的申请，该磁隔离驱动电路的变压器原边包括RCD去磁电路，副边包括二极管D2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和MOS管Q2组成的驱动电路、加速关断电路，该电路使用了P沟道场效应管，事实上是图1-1中PNP型双极性三极管的等同替换，省去的一只二极管，也是因为场效应管的固有特性所决定的，技术进步小，其原边的驱动部分事实已被图1-2在2009年11月13日先前公开。图1-2和图1-4的原边都使用了单端驱动电路，该驱动电路输出的驱动脉冲信号不受原边占空比大小的影响，但它们有共同的问题，以图1-2为例，在电路上电后的前几个周期，如第一个周期，Q1饱和导通后，变压器T1中出现从1端流向2的激磁电流，同时副边感应出上正下负的电压，即4为正，3为负，通过电阻R4和D2驱动IGBT导通；当Q1关断时，激磁电流无法消失，仍会在T1变压器中，遵循“电感中电流不能突变”这一定律，在线圈内部从黑点端流向无点端，即在原边绕组内部从1端流向2端，副边绕组内部从4端流向3端，我们称为反向电流，那么从外部看，3应该感应出正压，4为负压；同样，原边2感应出正压，1为负压，原边绕组内部电流从1端流向2端，从外部看，这个电流开通了D1，向C2充电，由于电容C2端电压为零，众所周知，电容的端电压不能突变，即在Q1关断时，其导致副边的反向电流几乎为零，3、4感应电压遵循原副边匝比的关系：为D1的压降和C1的端电压之和，再乘以原副边匝比。所以，在3、4感应电压在电路上电后的前几个周期，感应电压极低，无法驱动Q2正常工作，也可以这样理解，由于原副边之间存在漏感，1端流向2端的激磁电流在Q1关断瞬间，经过D1被端电压很低的C2吸收，出现在副边的续流电流几乎为零，无法驱动Q2正常工作。即在电路上电后的前几个周期无法驱动负责快速关断的Q2工作，即电路在前几个周期是失控的，实际电路中，原边的R3、D1、C2组成RCD吸收回路，通常C2的容量并不低，实测上电后，开始的近20个周期都无法正常工作，引发后续的IGBT1关断不及时，由于存在D2，IGBT1的输入电容所储存的电荷没有途径泄放，IGBT1一直处于饱和导通状态，会导致电路炸机，损失巨大。上电时因C2端电压不能突变引发电路工作不正常，是专利技术人首先发现了根因，继而给出本申请的解决方案。另外，上述电路中，图1-1和图1-3以及图1-4的副边技术方案是相同的，包括图1-2的副边技术方案，副边的技术方案统称为加速关断电路，它是通过加速电路配合一只开关管工作的，这类磁隔离驱动电路实现了低功耗，但是，当来自控制电路的正驱动脉冲信号关闭时，负脉冲到来时，图1-1中三极管Q3将导通，图1-2中三极管Q2将导通，图1-3中三极管Q1将导通，而图1-4中场效应管Q2将延时较久才导通，延时较久是以一个工作周期作为参照的，这是由于Q2的输入电容所决定的。以下仅以图1-3的Q1为例，方便说明。Q1导通后，使得被驱动的MOS管的栅极和源极、漏极为主的寄生电容Ciss中储存的能量通过泄放回路进行释放，寄生电容Ciss又叫输入电容，能量释放至该MOS管的开启电压以下，MOS管才视为关断，当下一个周期的正驱动脉冲信号来临时，三极管Q1退出饱和导通状态存在延时，由于三极管存在一个存储时间(storagetime)，即三极管基极接收到关断信号，而集电极电流要延时才能下降直到关断，这是公知技术，在中国申请号为201110436359.X的0010段倒数第4行，也有陈述。双极性晶体管Q1的延时关断导致被驱动的MOS管开通不及时，这是这类电路的重要不足。而图1-4的技术方案，当下一个周期的正驱动脉冲信号来临时，P沟道场效应管Q2的输入电容要通过R5先泄放才本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁隔离驱动电路，其特征在于：包括第一输入端Si1、第二输入端Si2、第一输出端So1、第二输出端So2、开关管Q10、二极管D10、TVS二极管、变压器B、原边绕组NP、副边绕组NS，以及位于副边的第一加速关断电路，第一加速关断电路至少包括一只开关管Q11；第一输入端Si1用于连接外接电压源Vs的正极，第二输入端Si2用于连接电压源Vs的负极，TVS二极管的阳极连接第一输入端Si1，TVS二极管的阴极与二极管D10的阴极电联接，二极管D10的阳极连接开关管Q10的漏极，开关管Q10的源极连接第二输入端Si2，原边绕组NP的两端分别连接第一输入端Si1和开关管Q10的漏极；开关管Q11的控制端与副边绕组NS的一端电联接，开关管Q11的另外两端分别电联接第一输出端So1和第二输出端So2。

【技术特征摘要】
1.一种磁隔离驱动电路，其特征在于：包括第一输入端Si1、第二输入端Si2、第一输出端So1、第二输出端So2、开关管Q10、二极管D10、TVS二极管、变压器B、原边绕组NP、副边绕组NS，以及位于副边的第一加速关断电路，第一加速关断电路至少包括一只开关管Q11；第一输入端Si1用于连接外接电压源Vs的正极，第二输入端Si2用于连接电压源Vs的负极，TVS二极管的阳极连接第一输入端Si1，TVS二极管的阴极与二极管D10的阴极电联接，二极管D10的阳极连接开关管Q10的漏极，开关管Q10的源极连接第二输入端Si2，原边绕组NP的两端分别连接第一输入端Si1和开关管Q10的漏极；开关管Q11的控制端与副边绕组NS的一端电联接，开关管Q11的另外两端分别电联接第一输出端So1和第二输出端So2。2.根据权利要求1所述的磁隔离驱动电路，其特征在于：第一加速关断电路还包括二极管D11、二极管D12、电阻R11和电阻R12；副边绕组NS一端连接二极管D11的阳极，二极管D11的阴极经电阻R11后连接第一输出端So1，副边绕组NS另一端同时连接二极管D12的阴极和第二输出端So2，三极管Q11的基极电联接副边绕组NS的一端，三极管Q11的发射极经电阻R12后连接第一输出端So1，三极管Q11的集电极连接二极管D12的阳极。3.根据权利要求1所述的磁隔离驱动电路，其特征在于：第一加速关断电路还包括二极管D11、电阻R11和电阻R12；副边绕组NS一端经电阻R11后同时连接第一输出端So1和三极管Q11的集电极，副边绕组NS另一端经电阻R12后连接三极管Q1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保均，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44