双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统及方法技术方案

本发明专利技术属于电力电子领域，公开了一种双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统及方法，系统包括：控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块；边沿脉冲整形与放大电路模块；边沿信号隔离传递脉冲变压器模块；边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块；集成放大器为核心的解调电路模块；驱动放大电路模块。本发明专利技术提供的双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统具有电路简单，价格低廉；调试方便，可靠性高；工作频率高，频率范围宽；占空比范围宽，最小控制脉冲t

Isolation drive system and method of wide gap power device based on double edge modulation and demodulation

【技术实现步骤摘要】
双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统及方法
本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统及方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：以GaN、SiC为代表的第三代功率半导体开关器件正逐步走向实用，其工作频率越来越高(fs可达1MHz)，调宽、调频、混合调制等工作模式呈多样化趋势，应研究与之相适应的隔离驱动电路。国内外现有第三代半导体功率开关器件的驱动电路以非隔离方式为主，也有带高压浮置驱动方式，实现半桥上下隔离驱动，不能实现单管的隔离，应用面受限。通过边沿调制与解调通过脉冲变压器是实现信号隔离传输是一种方式，但通过已公开的文献与专利分析，其电路结构比较复杂、造价高，实际应用较为困难。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)随着控制信号的频率升高，光电隔离器件选型困难，价格高；(2)脉冲变压器隔离是一种较好的选择方案，但随着控制模式的多样性，脉冲变压器设计困难；(3)脉冲变压器对信号造成延时及畸变，需要专门的整形电路，给高频传输带来困难；解决上述技术问题的难度和意义：通过脉冲变压器隔离高频，多调制模式的控制信号的难题。脉冲变压器设计困难；脉冲变压传递信号带来的延时及畸变，需要复杂的整形电路；双边窄脉冲触发，脉冲变压器设计容易，但控制信号的前后沿解调辨识困难，解调电路复杂，易造成信号的反向。解决上述技术问题的意义在于：为第三代半导体功率开关器件提供了一种可以电磁隔离的驱动电路；提出了一种边沿上、下沿的辨识方法；提供了一种利用常规芯片实现边沿调制、解调方法和电路，电路简单，价格便宜。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统及方法，本专利技术是这样实现的，一种双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统，包括：控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块输入端,用于将控制信号的前后沿脉冲调制为微分窄脉冲；边沿脉冲整形与放大电路模块，用于将微分窄脉冲变为方波窄脉冲信号并进行放大；边沿信号隔离传递脉冲变压器模块，用于通过脉冲变压器将调制信号进行电气隔离；边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块，由脉冲变压器次级正负整流端将电流正负检测出来；集成放大器为核心的解调电路模块，用于通过集成放大芯片进行信号的解调，还原控制信号；驱动放大电路模块，用于将还原的控制信号放大驱动开关器件；控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块与控制信号相连；边沿脉冲整形与放大电路模块输入与控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块相连，非门A2的输出分别连接微分阻容元件电阻R11、电容C11，非门A3的输出分别连接微分阻容元件电阻R11、电容C11与电阻R12、电容C12；边沿信号隔离传递脉冲变压器模块输出与边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块相连；边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块与集成放大器为核心的解调电路模块相连；所述集成放大器为核心的解调电路模块与驱动放大电路模块相连。本专利技术的另一目的在于提供一种搭载所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统的半导体功率开关器件。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统的双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动方法，其工作原理如下：四与非门4011中的A1、A3与控制信号相连接，A3输出控制信号的非信号，A1、A2输出与控制信号同相信号；非门A2的输出连接微分阻容元件电阻R11、电容C11，非门A3的输出连接微分阻容元件电阻R12、电容C12，非门A2的输出接R11、C11串联电路，通过微分电路检测控制信号的前、后沿，形成δ＜0.5的窄脉冲；B1、B2和B3、B4分别与C11、C12相连，用于脉冲整形与扩大输出容量；高频脉冲变压器T1的初级绕组N11两端分别与B1、B2和B3、B4的输出相连接，对控制信号之前、后沿宽脉冲耦合输出；变压器T1同时起到电磁隔离和电压匹配功能。变压器初级绕组N11的左侧为信号调制电路，经变压器耦合后，次级绕组N21、N22右侧为解调电路；次级正、负半波整流电路VD21、R21、VD22、R22分别与N21、N22的同名端和异名端相连接，N21、N22的中点形成解调电路的零点；集成放大器VC21的同相端通过电阻R23与VD21、R21支路的中点相连接，反向端通过电阻R25与VD22和R22支路的中点相连接；集成放大器VC21和电阻R25、R26、R27组成的电路具有双稳态功能，用来还原控制信号；Q21、Q22的互补式电路通过R28与还原后的控制信号相连接，放大控制信号直接驱动功率开关器件。本专利技术的另一目的在于提供一种运行所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动方法的半导体功率开关器件。本专利技术的另一目的在于提供一种运行用于所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统的集成放大器的非线性用法，实现上、下沿辨识与控制波形还原。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术提供的一种双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统，具有信号双边沿调制、解调与隔离驱动，电路简单、成本低廉、实用性强，可实现fs：0Hz～1MHz、脉冲占空比D：0～100％控制信号隔离传输的效果。本专利技术的积极效果具体有1.电路简单，价格低廉；2.调试方便，可靠性高；3.工作频率高，频率范围宽；4.占空比范围宽，最小控制脉冲ton＜1μs；5.脉冲变压器匝数少，体积小。附图说明图1是本专利技术实施例提供的双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统图。图中：1、控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块；2、边沿脉冲整形与放大电路模块；3、边沿信号隔离传递脉冲变压器模块；4、边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块；5、集成放大器为核心的解调电路模块；6、驱动放大电路模块。图2是本专利技术实施例提供的控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块输入端图。图3是本专利技术实施例提供的边沿脉冲整形与放大电路模块图。图4是本专利技术实施例提供的边沿信号隔离传递脉冲变压器模块图。图5是本专利技术实施例提供的边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块图。图6是本专利技术实施例提供的集成放大器为核心的解调电路模块图。图7是本专利技术实施例提供的驱动放大电路模块图。图8是本专利技术实施例提供的主要波形图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理做详细描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统，包括：控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块1；边沿脉冲整形与放大电路模块2；边沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统，其特征在于，所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统包括：/n控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块输入端,用于将控制信号的前后沿脉冲调制为微分窄脉冲；/n边沿脉冲整形与放大电路模块，用于将微分窄脉冲变为方波窄脉冲信号并进行放大；/n边沿信号隔离传递脉冲变压器模块，用于通过脉冲变压器将调制信号进行电气隔离；/n边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块，由脉冲变压器次级正负整流端将电流正负检测出来；/n集成放大器为核心的解调电路模块，用于通过集成放大芯片进行信号的解调，还原控制信号；/n驱动放大电路模块，用于将还原的控制信号放大驱动开关器件；/n控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块与控制信号相连；/n边沿脉冲整形与放大电路模块输入与控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块相连，输出与边沿信号隔离传递脉冲变压器模块相连；/n边沿信号隔离传递脉冲变压器模块输出与边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块相连；/n边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块与集成放大器为核心的解调电路模块相连；/n所述集成放大器为核心的解调电路模块与驱动放大电路模块相连；/n所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统的半导体功率开关器件；/n所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统的双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动方法，包括：/n四与非门4011中的非门A1、非门A3与控制信号相连接，非门A3输出控制信号的非信号，非门A1、非门A2输出与控制信号同相信号；/n非门A2的输出连接微分阻容元件电阻R11、电容C11，非门A3的输出连接微分阻容元件电阻R12、电容C12，非门A2的输出接R11、C11串联电路，其中C11一端与非门A2的输出连接，C11另一端与R11相连，R11另一端接地，R11与C11相连接的端点为输出端，通过微分电路检测控制信号的前、后沿，形成窄脉冲；非门A3的输出接R12、C12串联电路，其中C12一端与非门A3的输出连接，C12另一端与R12相连，R12另一端接地，R12与C12相连接的端点为输出端，通过微分电路检测控制信号的前、后沿，形成窄脉冲；缓冲器B1、B2输入端、输出端并接，B1、B2的输入端与R11、C11连接结点连接；缓冲器B3、B4输入端、输出端并接，B3、B4的输入端与R12、C12连接结点连接，实现两路信号脉冲整形与扩大输出容量；高频脉冲变压器T1的初级绕组N11两端分别与B1、B2和B3、B4的输出相连接，对控制信号之前、后沿宽脉冲耦合输出；/n变压器T1同时起到电磁隔离和电压匹配功能；变压器初级绕组N11的左侧为信号调制电路，经变压器耦合后，次级绕组N21、N22右侧为解调电路；/n次级正、负半波整流电路二极管VD21、电阻R21、二极管VD22、电阻R22分别与N21、N22的同名端和异名端相连接，N21、N22的中点形成解调电路的零点；集成放大器VC21的同相端通过电阻R23与二极管VD21、电阻R21支路的中点相连接，反向端通过电阻R24与二极管VD22和电阻R22支路的中点相连接；/n电阻R25两端分别与集成放大器VC21的同相端与输出端相连接，电阻R26两端分别与集成放大器VC21的反相端与VDD相连接，电阻R27一端与VDD连接，电阻R27的另外一端与VC21的输出端连接，集成放大器VC21和电阻R25、电阻R26、电阻R27组成的电路具有双稳态功能，用来还原控制信号；/n三极管Q21、三极管Q22的互补式电路通过电阻R28与还原后的控制信号相连接，放大控制信号直接驱动功率开关器件。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统，其特征在于，所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统包括：
控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块输入端,用于将控制信号的前后沿脉冲调制为微分窄脉冲；
边沿脉冲整形与放大电路模块，用于将微分窄脉冲变为方波窄脉冲信号并进行放大；
边沿信号隔离传递脉冲变压器模块，用于通过脉冲变压器将调制信号进行电气隔离；
边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块，由脉冲变压器次级正负整流端将电流正负检测出来；
集成放大器为核心的解调电路模块，用于通过集成放大芯片进行信号的解调，还原控制信号；
驱动放大电路模块，用于将还原的控制信号放大驱动开关器件；
控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块与控制信号相连；
边沿脉冲整形与放大电路模块输入与控制信号的前后边沿脉冲检波电路模块相连，输出与边沿信号隔离传递脉冲变压器模块相连；
边沿信号隔离传递脉冲变压器模块输出与边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块相连；
边沿脉冲正负信号的解调检波电路模块与集成放大器为核心的解调电路模块相连；
所述集成放大器为核心的解调电路模块与驱动放大电路模块相连；
所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统的半导体功率开关器件；
所述双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动系统的双边沿调制与解调的宽隙功率器件隔离驱动方法，包括：
四与非门4011中的非门A1、非门A3与控制信号相连接，非门A3输出控制信号的非信号，非门A1、非门A2输出与控制信号同相信号；
非门A2的输出连接微分阻容元件电阻R11、电容C11，非门A3的输出连接微分阻容元件电阻R12、电容C12，非门A2的输出接R11、C11串联电路，其中C11一端与非门A2的输出连接，C11另一端与R11相连，R11另一端接地，R11与C11相连接的端点为输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱忠尼，宋庆国，
申请(专利权)人：宋庆国，
类型：发明
国别省市：湖北;42