一种提高四模式FSBB效率的驱动电路及方法技术

本发明专利技术提供了一种提高四模式FSBB(四开关Buck

【技术实现步骤摘要】
一种提高四模式FSBB效率的驱动电路及方法


[0001]本专利技术属于电力电子技术与电工
，涉及一种提高四模式FSBB效率的驱动电路，特别涉及一种根据四模式四开关Buck
‑
Boost变换器不同工作模式进行动态调整的驱动电路。

技术介绍

[0002]四开关Buck
‑
Boost变换器是在双管Buck
‑
Boost变换器的基础上，用同步整流管代替续流二极管而来的。同步整流管具有低导通压降以及电流双向流通的优势，使得四开关Buck
‑
Boost变换器的效率得到了提升，同时可以实现能量的双向流动。但由于四开关Buck
‑
Boost变换器中的开关管数量较多，开关管的开关损耗与导通损耗成为限制四开关Buck
‑
Boost变换器效率提升的关键因素。由于四开关Buck
‑
Boost变换器在Buck模式与Boost模式下均存在一个开关管常通的情况，此时不存在开关瞬态，可以适当提高常通开关管的正向驱动电压以降低导通电阻，实现开关管导通损耗的降低，从而提高变换器效率和功率密度。
[0003]目前文献中针对驱动电路中驱动电压的动态调整，常用的方法是采用两个输出电压不同的模块电源，并额外增加一对图腾柱结构电路，通过调节图腾柱结构电路中的控制管的开关时序，实现驱动电压绝对值的变化。这类方法常被用于改善开关管的开关特性，但是需要额外增设模块电源与驱动芯片，增加了成本与设计的复杂度，并会使得开关管的驱动电路面积增大，寄生电感增加；同时，该方法无法调节图腾柱结构电路中的驱动电平，该电平的大小由模块电源的输出电压所决定，因此驱动电压绝对值的调整范围将被限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种提高四模式FSBB效率的驱动电路，减小了四模式四开关Buck
‑
Boost变换器中开关管在常通条件下的导通损耗，提升变换器效率；同时在开关管正常开关时动态改变正向驱动电压，确保了栅极可靠性。
[0005]本专利技术为实现上述目的采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提出一种提高四模式FSBB效率的驱动电路，FSBB为四模式四开关Buck
‑
Boost变换器，包括Buck桥臂和Boost桥臂，每个桥臂分别包括两个开关管，开关管的栅极连接驱动电路；驱动电路包括依次连接的正向驱动电压线性调节电路、正向驱动电压选择电路和图腾柱结构电路，所述图腾柱结构电路通过驱动电阻与开关管的栅极相连；正向驱动电压线性调节电路输出两路不同大小的正向驱动电压；正向驱动电压选择电路通过改变控制管的驱动信号选取一路正向驱动电压，并与图腾柱结构电路相连。
[0007]进一步的，正向驱动电压线性调节电路包括串联的隔离型模块电源和低压差线性调压器；其中，隔离型模块电源将FSBB的功率电路与驱动电路电气隔离，同时为驱动电路提供一个正向供电电压与负向供电电压；低压差线性调压器包括相互并联第一线性调压器和第二线性调压器，将模块电源提供的正向供电电压降压成不同大小的正向驱动电压。
[0008]进一步的，正向驱动电压选择电路包括第一控制管S1、第二控制管S2，第一控制管
S1、第二控制管S2分别串联所述第一线性调压器、第二线性调压器，通过改变控制管S1、S2的驱动信号，实现正向驱动电压的选取。
[0009]进一步的，图腾柱结构电路包括开通控制管S
on
和关断控制管S
off
，其中，开通控制管S
on
漏极与正向驱动电压相连，开通控制管S
on
源极与关断控制管S
off
漏极及驱动电阻相连，关断控制管S
off
源极与隔离型模块电源的负向供电电压相连，开通控制管S
on
和关断控制管S
off
栅极均接收给定的PWM信号。
[0010]进一步的，四模式四开关Buck
‑
Boost变换器包括Buck桥臂中的第一开关管Q1、第二开关管Q2，以及Boost桥臂中的第三开关管Q3、第四开关管Q4；所述第一开关管Q1、第四开关管Q4的栅极与驱动电路相连。
[0011]本专利技术海工卡了一种提高四模式FSBB效率的驱动电路的驱动方法，
[0012]四模式四开关Buck
‑
Boost变换器根据输入电压与输出电压的关系分别工作在Buck模式、Buck
‑
Boost降压模式、Buck
‑
Boost升压模式以及Boost模式，通过控制第一开关管Q1、第四开关管Q4中正向驱动电压选择电路的第一控制管S1、第二控制管S2，使正向驱动电压为推荐电压V
DRV_1
或栅极耐压留有1V裕量后的电压V
DRV_2
，实现不同模式的切换。
[0013]进一步的，采集四开关Buck
‑
Boost变换器的输入母线电压V
in
；根据输入母线电压V
in
与输出电压V
out
的关系，在数字控制器内运算选定工作模式，具体为：
[0014]当V
in
‑
V
out
/D
max
＞0时，选择工作在Buck模式；
[0015]当V
in
‑
V
out
/D
max
＜0时，判断V
in
‑
V
out
的值，若V
in
‑
V
out
＞0，则选择进入Buck
‑
Boost降压模式；若V
in
‑
V
out
＜0，再判断V
in
‑
V
out
*(1
‑
D
min
)的值，当V
in
‑
V
out
*(1
‑
D
min
)＜0时，选择工作在Boost模式；当V
in
‑
V
out
*(1
‑
D
min
)＞0时，选择工作在Buck
‑
Boost升压模式，其中，D
max
与D
min
分别为最大极限占空比与最小极限占空比。
[0016]进一步的，当四开关Buck
‑
Boost变换器工作在Buck模式时，第四开关管Q4的正向驱动电压选择电路中第一控制管S1关断，第二控制管S2开通，正向驱动电压为V
DRV_2
。当四开关Buck
‑
Boost变换器工作在Buck
‑
Boost模式时，第一开关管Q1、第四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高四模式FSBB效率的驱动电路，其特征在于，FSBB为四模式四开关Buck
‑
Boost变换器，包括Buck桥臂和Boost桥臂，每个桥臂分别包括两个开关管，开关管的栅极连接驱动电路；驱动电路包括依次连接的正向驱动电压线性调节电路、正向驱动电压选择电路和图腾柱结构电路，所述图腾柱结构电路通过驱动电阻与开关管的栅极相连；正向驱动电压线性调节电路输出两路不同大小的正向驱动电压；正向驱动电压选择电路通过改变控制管的驱动信号选取一路正向驱动电压，并与图腾柱结构电路相连。2.根据权利要求1所述的一种提高四模式FSBB效率的驱动电路，其特征在于，所述正向驱动电压线性调节电路包括串联的隔离型模块电源和低压差线性调压器；其中，隔离型模块电源将FSBB的功率电路与驱动电路电气隔离，同时为驱动电路提供一个正向供电电压与负向供电电压；低压差线性调压器包括相互并联第一线性调压器和第二线性调压器，将模块电源提供的正向供电电压降压成不同大小的正向驱动电压。3.根据权利要求2所述的一种提高四模式FSBB效率的驱动电路，其特征在于，所述正向驱动电压选择电路包括第一控制管S1、第二控制管S2，第一控制管S1、第二控制管S2分别串联所述第一线性调压器、第二线性调压器，通过改变控制管S1、S2的驱动信号，实现正向驱动电压的选取。4.根据权利要求3所述的一种提高四模式FSBB效率的驱动电路，其特征在于，所述图腾柱结构电路包括开通控制管S
on
和关断控制管S
off
，其中，开通控制管S
on
漏极与正向驱动电压相连，开通控制管S
on
源极与关断控制管S
off
漏极及驱动电阻相连，关断控制管S
off
源极与隔离型模块电源的负向供电电压相连，开通控制管S
on
和关断控制管S
off
栅极均接收给定的PWM信号。5.根据权利要求4所述的一种提高四模式FSBB效率的驱动电路，其特征在于，所述四模式四开关Buck
‑
Boost变换器包括Buck桥臂中的第一开关管Q1、第二开关管Q2，以及Boost桥臂中的第三开关管Q3、第四开关管Q4；所述第一开关管Q1、第四开关管Q4的栅极与驱动电路相连。6.根据权利要求5所述的一种提高四模式FSBB效率的驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述四模式四开关Buck
‑
Boost变换器根据输入电压与输出电压的关系分别工作在Buck模式、Buck
‑
Boost降压模式、Buck
‑
Boost升压模式以及Boost模式，通过控制第一开关管Q1、第四开关管Q4中正向驱动电压选择电路的第一控制管S1、第二控制管S2，使正向驱动电压为推荐电压V
DRV_1
或栅极耐压留有1V裕量后的电压V
DRV_2
，实现不同模式的切换。7.根据权利要求6所述的一种提高四模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦海鸿，谢斯璇，韩翔，刘湘，陈志辉，朱梓悦，朱春玲，聂新，戴卫力，王逸斌，张震宇，王珑，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：