一种带驱动变压器的隔离驱动电路论文和设计-庞晋永

全文摘要

本实用新型公开了一种带驱动变压器的隔离驱动电路，隔离驱动电路包括隔离耦合单元、供电单元、逻辑取反单元和驱动开关单元，隔离耦合单元、供电单元、逻辑取反单元和驱动开关单元按照指定方向依次连接；隔离耦合单元由并联的电容C1和电阻R1以及一驱动变压器组成，且驱动变压器与电容C1串联连接；隔离耦合单元用于输入隔离驱动电路所需的隔离驱动信号，隔离驱动信号经由驱动变压器传递至供电单元；供电单元为逻辑取反单元提供电源；逻辑取反单元接收隔离驱动信号并输出关断信号至驱动开关单元，驱动开关单元根据关断信号的类型执行开启和关闭；本实用新型可加快驱动关断速度，提高电路整体效率。

主设计要求

1.一种带驱动变压器的隔离驱动电路，其特征在于，所述隔离驱动电路包括隔离耦合单元、供电单元、逻辑取反单元和驱动开关单元，所述隔离耦合单元、供电单元、逻辑取反单元和驱动开关单元按照指定方向依次连接；其中，所述隔离耦合单元由并联的电容C1和电阻R1以及一驱动变压器组成，且所述驱动变压器与电容C1串联连接；所述隔离耦合单元用于输入所述隔离驱动电路所需的隔离驱动信号，所述隔离驱动信号经由所述驱动变压器传递至所述供电单元；所述供电单元所述逻辑取反单元提供电源；所述逻辑取反单元接收所述隔离驱动信号并输出关断信号至所述驱动开关单元，所述驱动开关单元根据所述关断信号的类型执行开启和关闭。

设计方案

2.如权利要求1所述的带驱动变压器的隔离驱动电路，其特征在于，所述供电单元由二极管D1、电阻R2和电容C2组成，所述二极管D1、电阻R2和电容C2串联连接且均与所述驱动变压器的副边并联连接。

3.如权利要求2所述的带驱动变压器的隔离驱动电路，其特征在于，所述逻辑取反单元由电阻R3、电阻R4、三极管Q1和MOS管M1 组成，所述电阻R3与所述电阻R4的上端连接到隔离耦合单元的输出正端，且电阻R4的另一端连接所述三极管Q1的基极，电阻R3的另一端连接所述MOS管M1的门极，所述三极管Q1的发射极连接到所述电阻R2和电容C2的连接处，所述MOS管M1的源极连接到所述隔离耦合单元的输出负端，所述三极管Q1的集电极与所述MOS管M1的漏极相连接。

4.如权利要求3所述的带驱动变压器的隔离驱动电路，其特征在于，所述驱动开关单元由二极管D2、电阻R5、电阻R6和MOS管M2组成，所述二极管D2与电阻R5串联连接，二极管D2的输入端连接所述隔离耦合单元的输出正端，电阻R5右端连接主功率管M0的门极，电阻R6和MOS管M2串联连接，并且电阻R6与主功率管M0的门极和源极相并联，所述MOS管M1的漏极与所述MOS管M2的门极连接。

5.如权利要求1所述的带驱动变压器的隔离驱动电路，其特征在于，所述关断信号包括高电平和低电平两种类型。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于电路设计技术领域，具体涉及一种带驱动变压器的隔离驱动电路。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，开关电源也是不断朝着小型化，高效化的方向发展；而功率管及其驱动电路是开关电源的重要组成部分，对驱动电路也有越来越高的设计要求。一般在很多场合需要将PWM驱动信号和功率管进行隔离，一般有以下几种方式：

（1）光耦隔离，开关频率受限制，同时需要额外供电。

（2）芯片磁隔离，价格较高，同时需要额外供电。

（3）驱动变压器隔离，无需额外供电，价格最低，驱动电路简单，但驱动速度不理想，同时驱动电路自身损耗较高。

结合图4，图示为现有的常规带驱动变压器的隔离驱动电路的电路结构组成图示意；具体内容可参阅专利（专利号为1614863A），从图示中可知，该电路包含四个单元，隔离耦合单元（1），自给电源（2）和放大单元（4），还包括前置单元。其中隔离耦合单元（1）将原边的驱动通过驱动变压器传递到副边，自给电源（2）给放大单元（4）提供工作能量，前置单元（3）的作用是对隔离耦合单元（1）输出的信号进行幅值处理，放大单元（4）将接收到的PWM信号加以放大。该电路最大的优点是可以结构较简单，并且可以工作在驱动占空比变化较大的电路中；但该电路前置单元（3）有着较大的损耗；同时受限于该损耗，在实际应用中难以取得陡峭的上升沿和下降沿，其中下降沿较为关键，较长的关断时间会导致更大的开关损耗从而降低电路的效率。

具体的，一般MOS驱动的时候需要10V以上的电压，假设驱动电压为12V，50%的占空比，采用图4所示的带驱动变压器的隔离驱动电路，这时候Vi3实际上是幅值为+-12V的电压。而VO3最小电压为-0.7V（假设D3压降为0.7V），则有一半的时间，加在R1上的电压为-11.3V。R1一般使用贴片电阻，当R1取值太小的时候上面的损耗会很大，降低电路整体的效率并且存在热风险。而R1连接到放大单元（4）T1和T2的基极，较大的R1取值会限制了基极电流从而限制了最大放电电流，因而驱动的上升沿和下降沿无法获得理想的效果。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的驱动损耗较大以及开关速度比较慢的问题，本实用新型于提出一种带驱动变压器的隔离驱动电路；该隔离驱动电路用于50%占空比附近或者有正负半波波形对称的驱动，其结构较为简单，可以减小驱动电路损耗，同时加快驱动关断速度，提高电路整体效率；具体技术方案如下：

一种带驱动变压器的隔离驱动电路，所述隔离驱动电路包括隔离耦合单元、供电单元、逻辑取反单元和驱动开关单元，所述隔离耦合单元、供电单元、逻辑取反单元和驱动开关单元按照指定方向依次连接；其中，所述隔离耦合单元由并联的电容C1和电阻R1以及一驱动变压器组成，且所述驱动变压器与电容C1串联连接；所述隔离耦合单元用于输入所述隔离驱动电路所需的隔离驱动信号，所述隔离驱动信号经由所述驱动变压器传递至所述供电单元；所述供电单元所述逻辑取反单元提供电源；所述逻辑取反单元接收所述隔离驱动信号并输出关断信号至所述驱动开关单元，所述驱动开关单元根据所述关断信号的类型执行开启和关闭。

进一步的，所述供电单元由二级管D1、电阻R2和电容C2组成，所述二级管D1、电阻R2和电容C2串联连接且均与所述驱动变压器的副边并联连接。

进一步的，所述逻辑取反单元由电阻R3、电阻R4、三极管Q1和MOS管M1组成，所述电阻R3与所述电阻R4的上端连接到隔离耦合单元单元的输出正端，且电阻R4的另一端连接所述三极管Q1的基极，电阻R3的另一端连接所述MOS管M1的门极，所述三极管Q1的发射极连接到所述电阻R2和电容C2的连接处，所述MOS管M1的源极连接到所述隔离耦合单元的输出负端，所述三极管Q1的集电极与所述MOS管M1的漏极相连接。

进一步的，所述驱动开关单元由二级管D2、电阻R5、电阻R6和MOS管M2组成，所述二级管D2与电阻R5串联连接，二级管D2的输入端连接所述隔离耦合单元单元的输出正端，电阻R5右端连接至主功率管M0的门极，电阻R6和MOS管M2串联连接，并且电阻R6与主功率管M0的门极和源极相并联，所述MOS管M1的漏极与所述MOS管M2的门极连接。

进一步的，所述关断信号包括高电平和低电平两种类型。

本实用新型的带驱动变压器的隔离驱动电路，由隔离耦合单元、供电单元、逻辑取反单元和驱动开关单元组成，通过隔离耦合单元实现隔离驱动信号的输入，通过隔离驱动信号的高电平来实现对供电单元中电容C2的充电，从而给逻辑取反单元供电，通过逻辑取反单元给驱动开关单元传递关断信号，实现对驱动开关单元的开启和闭合控制，从而控制主功率管M0的开启和控制；与现有技术相比，本实用新型整体结构简单，且隔离驱动电路具有更快的上升沿和下降沿；同时驱动电路自身损耗更小，有助于提高整个隔离驱动电路的效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中所述带驱动变压器的隔离驱动电路的结构组成图示意；

图2和图3为本实用新型实施例中所述逻辑取反单元的不同种实现方式电路结构图示意；

图4为现有技术中带驱动变压器的隔离驱动电路的结构组成图示意。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参阅图1，在本实用新型实施例中，提供了一种带驱动变压器的隔离驱动电路，具体的，所述隔离驱动电路包括隔离耦合单元1、供电单元2、逻辑取反单元3和驱动开关单元4，隔离耦合单元1、供电单元2、逻辑取反单元3和驱动开关单元4按照指定方向依次连接；其中，隔离耦合单元由并联的电容C1和电阻R1以及一驱动变压器组成，且驱动变压器与电容C1串联连接；隔离耦合单元用于输入隔离驱动电路所需的隔离驱动信号，隔离驱动信号经由驱动变压器传递至供电单元；供电单元根据所述隔离驱动信号的类型为进行充电，完成所述充电后为逻辑取反单元提供电源；逻辑取反单元接收隔离驱动信号并输出关断信号至驱动开关单元，驱动开关单元根据关断信号的类型执行开启和关闭；其中，关断信号包括高电平和低电平两种类型。

从图中可以看出，本实用新型的隔离驱动电路还包括与主功率管M0的门极和源极并联连接的电阻R7和与电阻R7并联的电容C3以及主功率管M0，其中，主功率管M0源极接地，门极与经过电阻R6以及MOS管M2的导通回路进行放电。

在本实用新型实施例中，供电单元2由二级管D1、电阻R2和电容C2组成，其中，二级管D1、电阻R2和电容C2串联连接且均与驱动变压器的副边并联连接；为了确保电容C2的电源VCC在一个驱动周期之内就可以充好电，本实用新型中可根据供电单元2的工作频率和最小导通脉宽来选取电阻R2和电容C2的具体取值；即根据实际情况来选择不同值的电阻和电容C2，对此，本实用新型并不对此进行限制和固定。

再次参阅图1，本实用新型的逻辑取反单元由电阻R3、电阻R4、三极管Q1和MOS管M1组成，其中，电阻R3与电阻R4的上端连接到隔离耦合单元单元的输出正端，且电阻R4的另一端连接三极管Q1的基极，电阻R3的另一端连接MOS管M1的门极，三极管Q1的发射极连接所述电阻R2和电容C2的连接处，MOS管M1源极连接到隔离耦合单元的输出负端，三极管Q1的集电极与MOS管M1的漏极相连接；驱动开关单元3由二级管D2、电阻R5、电阻R6和MOS管M2组成，二级管D2与电阻R5串联连接，且二级管D2的输入端连接到隔离耦合单元单元的输出正端，电阻R5右端连接至主功率管M0的门极，电阻R6和MOS管M2串联连接，并且电阻R6与主功率管M0的门极和源极相并联，MOS管M1的漏极与MOS管M2的门极连接；具体的，在MOS管M2正向导通时，电阻R5作为MOS管M2的正向驱动电阻；当关断的时候，二级管D2将反向电压阻断，保证驱动开关单元4驱动的最小电平为0，以降低驱动开关单元4的驱动损耗，同时MOS管M2为主功率管M0提供了快速放电回路；相对于三极管，MOS管的驱动功耗更小，关断速度更快，可以有效减少关断整个隔离驱动电路的损耗。

而当隔离耦合单元输入的隔离驱动信号为高电平时，通过二级管D1和电阻R2向电容C2充电，并且电容C2在充电完成之后VCC维持在高电平；由于隔离驱动信号为高电平，三极管Q1的基极以及MOS管M1的门极信号为高电平，此时三极管Q1处于截止，MOS管M1导通，由逻辑取反单元3输出到驱动开关单元4的关断信号为低电平，且MOS管M2处于断开状态，隔离驱动信号经由二级管D2和电阻R5向主功率管M0的门极充电，实现对主功率管M0的导通操作。

而当隔离耦合单元输入的隔离驱动信号为低电平时，电容C2由于二级管D1的反向阻断，仍保持为高电平；此时，三极管Q1导通，MOS管M1截止，由逻辑取反单元3输出到驱动开关单元4的关断信号为高电平，使得MOS管M2处于导通状态，此时主功率管M0的门极经过R6以及M2的导通电阻短接到地，达到快速放电的效果。

同时，由于MOS管M2可以选择低压小电流的MOS，其输入结电容远小于M0，较小的充放电电流也可以说达到很快的开通关断速度，因而对逻辑取反单元2而言，R4的取值可以较大而不会影响到功率管M0的关断速度。

在使用本实用新型隔离驱动电路的具体实现实施例中，也可以采用将除隔离耦合单元1、驱动开关单元4和电阻R5外的所有部件集成至一核心芯片的方式实现，具体通过将各分立器件集成至一颗晶元内的方式形成，具体采用现有技术中的器件集成方式，在此不再进行赘述。

在本实用新型的其他实施例中，可以对逻辑取反单元2的电路结构进行简化操作，具体可参阅图2和图3，其中图2中使用P沟道的MOS管M3代替三极管Q1，并去除电阻R4，这样可以进一步简化本实用新型的隔离驱动电路的整体结构体积，并且进一步减小整个电路的损耗；而图3中，将整个逻辑取反单元2设计成一个非门，同样可以实现对整个隔离驱动电路的有效简化操作；在实际操作中，可根据具体实际情况进行选择不同类型的逻辑取反单元2的设计，本实用新型在此并不进行限制和固定。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，但并不限制本实用新型的专利范围，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。

设计图

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主设计要求

设计方案

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