桥式变换器驱动死区自调节方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种桥式变换器驱动死区自调节方法，包括比较自调节法，比较自调节法为：将半桥中处于关断过程中的一个开关管作为采样对象，将半桥中的另一个开关管作为被控对象；对采样对象的源漏极电压和门极电压进行采样和比较，若采样到的采样对象的源漏极电压高于预设的源漏极电压设定值或采样到的采样对象的门极电压低于预设的门极电压设定值，则判断采样对象已经关断，被控对象对应的控制信号变为高电平而驱动被控对象开通。本发明专利技术还提供实现上述方法的桥式变换器驱动死区自调节装置，包括阈值比较电路、与门等。本发明专利技术可以灵活地对桥式变换器中的开关管进行通断控制，提高变换器性能。

Method and device of dead time self-regulation for bridge converter drive

【技术实现步骤摘要】
桥式变换器驱动死区自调节方法和装置
本专利技术属于电力电子变换器
，具体涉及一种针对桥式变换器的驱动死区自调节方法和装置。
技术介绍
通常，大功率开关电源、变频器、逆变器等，功率变换部分都是由可控半导体开关管组成的半桥或两个半桥组成的全桥，甚至三个半桥组成的三相桥，附图1中是半桥的架构示意图。每个半桥的上半桥开关管和下半桥开关管是是绝对不能同时导通的，但高速的PWM驱动信号在达到开关管的控制极时，往往会由于各种各样的原因产生延迟的效果，导致某个半桥开关管在应该关断时没有关断，造成开关管烧毁。为了避免桥式电路的上半桥开关管和下半桥开关管同时导通短路，通常会在上半桥开关管和下半桥开关管的驱动信号之间加入固定的死区。就是在上半桥开关管驱动关断后，延迟一段时间Td再打开下半桥开关管驱动；或在下半桥开关管驱动关断后，延迟一段时间Td再打开上半桥开关管驱动，从而避免半桥直通导致的半导体功率元件烧毁。延迟时间Td就是死区。工作波形如附图2所示。目前绝大多数的桥式电路驱动死区时间都是固定的。足够死区时间是桥式变换器正常工作的保证，理论来说，死区时间越长，桥式变换器工作越安全。因此，在设计死区时间的时候，就要充分考虑到各种不同器件的影响，设计较大的裕量。但在死区时间内，上、下半桥的半导体元件都是关断的，上下管都不会有输出，因此必然会造成变换器传递能量的时间减少，能量传输效率变低。对于有些桥式谐振变换器，会由于死区时间过长而错过软开关窗口，导致变换器效率降低。应用在开关电源上时，死区时间会影响设备输出的纹波。应用在逆变器设备上时，死区时间会造成设备输出电压波形质量变差。现有技术也有使用检测半导体开关管的两端电压来调节死区时间的方案。当桥式电路同一桥臂的其中一个半导体功率元件两端电压上升至某一定值后，认为开关管已经关断，即可开通另外一个开关管。然而在负载较小的时候，即使开关管已经关断，开关管两端电压由于回路中能量较小无法充起来，检测会失效，进而导致驱动一直被封锁，电路无法正常工作。基于上述死区时间对桥式变换器的不良影响，设计桥式变换器的时候应当尽量减少死区。同时需要确保减小死区时间不至于造成开关管直通损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够自动调节死区时间，尽快减少死区，从而避免死区带来的不良影响，更好地实现桥式变换器控制的桥式变换器驱动死区自调节方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种桥式变换器驱动死区自调节方法，应用于包括由两个开关管构成的半桥的桥式变换器中，用于基于各所述开关管对应的PWM信号产生自调节死区时间的控制信号来驱动各所述开关管的通断，所述桥式变换器驱动死区自调节方法包括比较自调节法，所述比较自调节法为：将所述半桥中处于关断过程中的一个所述开关管作为采样对象，将所述半桥中的另一个所述开关管作为被控对象；在所述采样对象对应的所述PWM信号变为低电平、所述被控对象对应的所述PWM信号变为高电平后，所述采样对象对应的所述控制信号变为低电平，并对所述采样对象的源漏极电压和门极电压进行采样和比较，若采样到的所述采样对象的源漏极电压高于预设的源漏极电压设定值或采样到的所述采样对象的门极电压低于预设的门极电压设定值，则判断所述采样对象已经关断，所述被控对象对应的所述控制信号变为高电平而驱动所述被控对象开通，由所述采样对象开始关断至已经关断之间的时间构成所述死区时间。优选的，所述桥式变换器驱动死区自调节方法还包括定时控制法，所述定时控制法为：当所述比较自调节法失效时，若所述采样对象对应的所述PWM信号变为低电平、所述被控对象对应的所述PWM信号变为高电平，所述采样对象对应的所述控制信号变为低电平，且经过设定的裕度满足需求的固定死区时间后，所述被控对象对应的所述控制信号变为高电平而驱动所述被控对象开通。优选的，通过对电容充电而设定所述固定死区时间，所述电容的电压由0充到设定的基准电压之间的时间构成所述固定死区时间。优选的，利用所述开关管的开通延迟时间补偿所述死区时间，令补偿后的死区时间=所述死区时间-所述开关管的开通延迟时间，当所述采样对象对应的所述控制信号变为低电平并经过所述补偿后的死区时间后，令所述被控对象对应的所述控制信号变为高电平而驱动所述被控对象开通。本专利技术还提供一种桥式变换器驱动死区自调节装置，用于实现前述的桥式变换器驱动死区自调节方法，所述桥式变换器驱动死区自调节装置包括分别对应控制所述半桥中的两个所述开关管的两个检测电路，对任意一个所述检测电路，定义其所控制的所述开关管为被控开关管，而另一个所述开关管为采样开关管；所述检测电路包括：阈值比较电路，所述阈值比较电路用于将采样到的所述采样开关管的源漏极电压和门极电压进行比较，从而基于比较结果输出使能信号；当所述采样开关管的源漏极电压高于预设的源漏极电压设定值或采样到的所述采样开关管的门极电压低于预设的门极电压设定值时，所述阈值比较电路输出高电平的所述使能信号，否则所述阈值比较电路输出低电平的所述使能信号；与门，所述与门的输入分别为所述阈值比较电路输出的所述使能信号和所述被控开关管对应的PWM信号，所述与门的输出为所述被控开关管的控制信号。优选的，所述阈值比较电路包括用于比较所述采样开关管的源漏极电压与预设的源漏极电压设定值的第一比较器，和，用于比较所述采样开关管的门极电压与预设的门极电压设定值的第二比较器；所述检测电路还包括或门，所述第一比较器的输出和所述第二比较器的输出均连接至所述或门的输入端，且所述或门的输出端与所述与门相连接。优选的，所述阈值比较电路还包括用于将采样到的所述采样开关管的源漏极电压放大K1倍的第一放大器，和，用于将采样到的所述采样开关管的门极电压放大K2倍的第二放大器，所述第一放大器的输出端与所述第一比较器的输入端相连接，所述第二放大器的输出端与所述第二比较器的输入端相连接，取值相同的所述源漏极电压设定值和所述门极电压设定值分别接入所述第一比较器和所述第二比较器的输入端。本专利技术还提供另一方案的桥式变换器驱动死区自调节装置，用于实现前述的桥式变换器驱动死区自调节方法，所述桥式变换器驱动死区自调节装置包括分别对应控制所述半桥中的两个所述开关管的两个检测电路，对任意一个所述检测电路，定义其所控制的所述开关管为被控开关管，而另一个所述开关管为采样开关管；所述检测电路包括：阈值比较电路，所述阈值比较电路用于将采样到的所述采样开关管的源漏极电压和门极电压进行比较，从而基于比较结果输出第一类使能信号；当所述采样开关管的源漏极电压高于预设的源漏极电压设定值或采样到的所述采样开关管的门极电压低于预设的门极电压设定值时，所述阈值比较电路输出高电平的所述第一类使能信号，否则所述阈值比较电路输出低电平的所述第一类使能信号；定时电路，所述定时电路用于基于所述被控开关管对应的所述PWM信号和预设的固定死区时间而输出第二类使能信号；当所述被控开关管对应的所述PWM信号变为高电平，且经过所述固定死区时间后，所述定时电路输出高电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥式变换器驱动死区自调节方法，应用于包括由两个开关管构成的半桥的桥式变换器中，用于基于各所述开关管对应的PWM信号产生自调节死区时间的控制信号来驱动各所述开关管的通断，其特征在于：所述桥式变换器驱动死区自调节方法包括比较自调节法，所述比较自调节法为：将所述半桥中处于关断过程中的一个所述开关管作为采样对象，将所述半桥中的另一个所述开关管作为被控对象；在所述采样对象对应的所述PWM信号变为低电平、所述被控对象对应的所述PWM信号变为高电平后，所述采样对象对应的所述控制信号变为低电平，并对所述采样对象的源漏极电压和门极电压进行采样和比较，若采样到的所述采样对象的源漏极电压高于预设的源漏极电压设定值或采样到的所述采样对象的门极电压低于预设的门极电压设定值，则判断所述采样对象已经关断，所述被控对象对应的所述控制信号变为高电平而驱动所述被控对象开通，由所述采样对象开始关断至已经关断之间的时间构成所述死区时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种桥式变换器驱动死区自调节方法，应用于包括由两个开关管构成的半桥的桥式变换器中，用于基于各所述开关管对应的PWM信号产生自调节死区时间的控制信号来驱动各所述开关管的通断，其特征在于：所述桥式变换器驱动死区自调节方法包括比较自调节法，所述比较自调节法为：将所述半桥中处于关断过程中的一个所述开关管作为采样对象，将所述半桥中的另一个所述开关管作为被控对象；在所述采样对象对应的所述PWM信号变为低电平、所述被控对象对应的所述PWM信号变为高电平后，所述采样对象对应的所述控制信号变为低电平，并对所述采样对象的源漏极电压和门极电压进行采样和比较，若采样到的所述采样对象的源漏极电压高于预设的源漏极电压设定值或采样到的所述采样对象的门极电压低于预设的门极电压设定值，则判断所述采样对象已经关断，所述被控对象对应的所述控制信号变为高电平而驱动所述被控对象开通，由所述采样对象开始关断至已经关断之间的时间构成所述死区时间。


2.根据权利要求1所述的桥式变换器驱动死区自调节方法，其特征在于：所述桥式变换器驱动死区自调节方法还包括定时控制法，所述定时控制法为：当所述比较自调节法失效时，若所述采样对象对应的所述PWM信号变为低电平、所述被控对象对应的所述PWM信号变为高电平，所述采样对象对应的所述控制信号变为低电平，且经过设定的裕度满足需求的固定死区时间后，所述被控对象对应的所述控制信号变为高电平而驱动所述被控对象开通。


3.根据权利要求2所述的桥式变换器驱动死区自调节方法，其特征在于：通过对电容充电而设定所述固定死区时间，所述电容的电压由0充到设定的基准电压之间的时间构成所述固定死区时间。


4.根据权利要求1所述的桥式变换器驱动死区自调节方法，其特征在于：利用所述开关管的开通延迟时间补偿所述死区时间，令补偿后的死区时间=所述死区时间-所述开关管的开通延迟时间，当所述采样对象对应的所述控制信号变为低电平并经过所述补偿后的死区时间后，令所述被控对象对应的所述控制信号变为高电平而驱动所述被控对象开通。


5.一种桥式变换器驱动死区自调节装置，用于实现如权利要求1所述的桥式变换器驱动死区自调节方法，其特征在于：所述桥式变换器驱动死区自调节装置包括分别对应控制所述半桥中的两个所述开关管的两个检测电路，对任意一个所述检测电路，定义其所控制的所述开关管为被控开关管，而另一个所述开关管为采样开关管；
所述检测电路包括：
阈值比较电路，所述阈值比较电路用于将采样到的所述采样开关管的源漏极电压和门极电压进行比较，从而基于比较结果输出使能信号；当所述采样开关管的源漏极电压高于预设的源漏极电压设定值或采样到的所述采样开关管的门极电压低于预设的门极电压设定值时，所述阈值比较电路输出高电平的所述使能信号，否则所述阈值比较电路输出低电平的所述使能信号；
与门，所述与门的输入分别为所述阈值比较电路输出的所述使能信号和所述被控开关管对应的PWM信号，所述与门的输出为所述被控开关管的控制信号。


6.根据权利要求5所述的桥式变换器驱动死区自调节检测电路，其特征在于：所述阈值比较电路包括用于比较所述采样开关管的源漏极电压与预设的源漏极电压设定值的第一比较器，和，用于比较所述采样开关管的门极电压与预设的门极电...

【专利技术属性】
技术研发人员：向军，黄敏，方刚，卢进军，
申请(专利权)人：江苏固德威电源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32