磁隔離驅動電路的製作方法

2023-12-10 06:46:57 1

專利名稱：磁隔離驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及驅動電聘^支術領i或，具體地i兌涉及 一 種改進的》茲隔離 驅動電if各。
背景技術：
》茲隔離驅動電^各廣泛應用於工作電壓4交高的電源內部，用來驅動 電源功率迴路主開關管的導通和關斷。圖l是我們經常看到的一種磁 隔離驅動電路。其中第一電容Cl是輸入側驅動電容，第二電容C2是 輸出側驅動電容，變壓器T是隔離驅動變壓器，二極體D與磁隔離驅 動電路的輸出端並4關。圖1所示電路穩態正常工作時各點原理電壓波 形見圖2 (忽略隔離驅動變壓器T漏感的影響)。其中Vin是脈寬信號 輸出電路的電壓波形，幅值為VI; Vcl是Cl兩端的電壓波形；Vtp 和Vts分別是隔離驅動變壓器輸入側和輸出側繞組的電壓波形；Vc2 是C2兩端的電壓波形，Vout是》茲隔離驅動電^各lt出的電壓波形。
假設脈寬信號周期為T,佔空比為D，隔離驅動變壓器繞組匝比 為n。當脈寬信號輸出低電平時，Vcl=Vtp。隔離驅動變壓器每個周期 內伏秒值相等，見圖2陰影面積。所以Cl兩端電壓為DV1，隔離驅 動變壓器輸入側繞組高電平幅值為(1-D)V1，低電平幅值為-DVl。通 過變壓器電壓轉換，隔離驅動變壓器輸出側繞組高電平幅值為 (l-D)nVl, ^氐電平幅^直為-DnVl。當輸出側繞組4氐電平時，二極體D 導通，對電容C2充電，所以Vc2=DnVl。由於》茲隔離驅動電^各輸出 電平為 Vc2+Vts , 所以》茲隔離驅動電^各車敘出 Vout高電平為 DnVl+(l-D)nVl-nVl， 4氐電平為DnVl-DnVl=0。
此磁隔離驅動電路的優點是輸出電平不隨佔空比D的變化而變 化，只與輸入側脈寬電平信號幅值VI和隔離驅動變壓器繞組匝比n 有關。 一般情況下Vl和n恆定，所以此驅動電^^輸出電平穩定。
但此磁隔離驅動電路也有很明顯的缺點。由於隔離驅動變壓器T繞制工藝的影響，會產生一定的漏感值。
電路穩態工作時，隔離驅動變壓器T的漏感值會形成錯誤觸發信號， 實際工作波形見圖3。漏感導致隔離驅動變壓器輸出側繞組電壓Vts 波形上疊加電壓尖峰。當Vin轉換為低電平時，隔離驅動變壓器輸出 側繞組電壓Vts轉換為j氐電平^K沖，電壓總和^奪-f直為V3 ( V3比平臺 值DnVl幅值大)，二極體D導通，將輸出側驅動電容C2充電至V3。 隔離驅動變壓器輸出側繞組電壓波形尖峰過後，因為電壓平臺值 DnVl幅值低於V3, 二極體D反偏截止工作。此時磁隔離驅動電路輸 出電平為V3-DnVl，如果此差值大於功率回^各主開關管導通閾值，主 開關管會錯誤開通，可能導致電源失效。
另外，因種種原因當脈寬信號消失後，驅動電路會產生錯誤信號， 導致驅動電路輸出電平不正常，具體電壓波形見圖4。當脈寬信號消 失時，脈寬信號輸出電路輸出低電平，即Vin=0。根據上述分析在工 作周期時間內磁隔離驅動電路進行信號轉換，同時輸出低電平，即 Vout=，其驅動的功率迴路主開關管截止工作。由於C1電容電壓Vcl 不能被立即釋放掉，導致隔離驅動變壓器輸入側繞組電壓恆定保持在 -DVl。隨著隔離驅動變壓器逐漸飽和，電壓Vtp和Vts逐漸減小。CI 可以通過驅動變壓器輸入側繞組放電，所以其電壓Vcl與Vtp同比例 減小。但C2電壓Vc2沒有快速放電途徑，導致》茲隔離驅動電路輸出 電平Vout從0開始同比緩慢上升。直至隔離驅動變壓器飽和，此時 Vcl=Vtp=Vts=0, Vout= Vc2。雖然C2同時通過其它方式進行放電， 但其放電速度相對非常緩慢， 一旦Vc2電平高於功率迴路主開關管的 導通閾值，主開關管將重新開通工作。因此，此石茲隔離驅動電路在脈 寬信號消失後，會產生錯誤電平信號，導致功率迴路主開關管誤動作， 有可能致使電源失效。

發明內容
有鑑於此，本發明所要解決的技術問題是提供一種改進的磁隔離 驅動電路，利用該電路可以限制錯誤電平信號，避免功率迴路主開關在一些可選的實施例中，所述》茲隔離驅動電^各包括隔離驅動信
號傳送的隔離驅動變壓器，與所述隔離驅動變壓器輸入側串聯的第一
電容C1，與所述隔離驅動變壓器輸出側串聯的第二電容C2，還包括 與所述》茲隔離驅動電^各的輸出端並聯的》文電MOS管，以及連接至所 述放電MOS管的柵極的放電MOS管驅動電路。其中，隔離驅動變壓 器的輸出側繞組、第一電容Cl和》文電MOS管組成串耳關回i 各。
上述實施例提供了一種應用MOS管開關放電從而提高穩態和瞬 態特性和降低損耗的改進型》茲隔離驅動電路。所述^茲隔離驅動電路進 入穩態工作過程時，在放電MOS管開通階段，由於其雙嚮導電性， 將Vout箝位一直為零，即使出現漏感值導致的電壓尖峰。同時當脈沖 信號消失後，通過放電MOS管驅動電路，放電MOS管導通，直接將 Vout短路，強迫C2通過隔離驅動變壓器輸出側繞組快速放電。保證 隔離驅動變壓器飽和時，C2放電已基本完畢，即Vc2=0。功率迴路主 開關管不因此再次開通，有效防止脈寬信號消失後電源因功率迴路主 開關管的誤開通而失效。所述磁隔離驅動電路結構簡單，成本低廉， 有效提高,電源在穩態和瞬態工作過程中的穩定性。


圖1是一種常用的磁隔離驅動電路。
圖2是圖1電路穩態工作時的電路各點理想電壓波形圖。 圖3是圖1電路穩態工作時的電路各點實際電壓波形圖。 圖4是圖1電路瞬態截止工作時的電路各點電壓波形圖。 圖5是本發明改進型磁隔離驅動電路原理圖。 圖6是圖5電路穩態工作時的電路各點實際電壓波形圖。 圖7是圖5電路瞬態截止工作時的電路各點電壓波形圖。 圖8是本發明改進型磁隔離驅動電路的第一實例圖。 圖9是本發明改進型磁隔離驅動電路的第二實例圖。 圖IO是本發明改進型磁隔離驅動電路的第三實例圖。圖11是本發明改進型磁隔離驅動電路的第四實例圖。 圖12是本發明改進型磁隔離驅動電路的第五實例圖。
具體實施例方式
為清楚說明本發明中的方案，下面給出優選的實施例並結合附圖
i羊細i兌明。
在圖5所示的一個可選實例中，；茲隔離驅動電路包括隔離驅動 信號傳送的隔離驅動變壓器T，與所述隔離驅動變壓器輸入側串聯的 第一電容C1，與所述隔離驅動變壓器輸出側串聯的第二電容C2,與 所述浪f隔離驅動電^各的輸出端並聯的》文電MOS管Q，以及連接至放 電MOS管Q的片冊才及的》丈電MOS管驅動電^^。其中，隔離驅動變壓器 的輸出側繞組、第一電容Cl和放電MOS管組成串聯迴路。
圖5所示的石茲隔離驅動電^^，該電^4t-態理想工作時電壓波形同 圖2。其中Vin是脈寬信號輸出電路的電壓波形，幅值為V1; Vcl是 第一電容Cl兩端的電壓波形；Vtp和Vts分別是隔離驅動變壓器T輸 入側和輸出側繞組的電壓波形；Vc2是第二電容C2兩端的電壓波形， Vout是磁隔離驅動電路輸出電壓波形。穩態正常工作時，當脈寬信號 輸出為低電平，Vcl=Vtp。隔離驅動變壓器T每個周期內伏秒值相等， 見圖2陰影面積。所以第一電容Cl兩端電壓為DV1，隔離驅動變壓 器T輸入側繞組高電平幅值為(l-D)Vl,低電平幅值為-DVl。同時通 過變壓器電壓轉換，隔離驅動變壓器T輸出側繞組高電平幅值為 (l-D)nVl,低電平幅值為-DnVl。當輸出側繞組低電平時，通過放電 MOS管驅動電路，放電MOS管Q導通，對第二電容C2充電，所以 Vc2=DnV1 。由於》茲隔離驅動電路輸出電平為Vc2+Vts,所以磁隔離驅 動電路輸出 Vout高電平為 DnVl+(l-D)nVl=nVl ， 低電平為 DnVl-DnVl=0。
此電路實際穩態工作電壓波形見圖6。石茲隔離驅動電^各輸出Vout 高電平平臺值為DnVl+(l-D)nVl=nVl，低電平為DnVl-DnVl=0，高
電平電壓尖>%忽略。當脈寬信號消失時，脈寬信號輸出電路輸出4氐電平，即Vin二0。 根據上述分析在工作周期時間內磁隔離驅動電^各進行信號轉換，同時 輸出低電平，即Vout=0，其驅動的功率迴路主開關管截止工作。由於 第一電容Cl的電容電壓Vcl不能被立即釋放掉，導致隔離驅動變壓 器T輸入側繞組電壓恆定保持在-DV1。隨著隔離驅動變壓器T逐漸飽 和，電壓Vtp和Vts逐漸減小。第一電容Cl可以通過驅動變壓器T 輸入側繞組放電，所以其電壓Vcl與Vtp同比例減小。通過放電MOS 管驅動電路，；汰電MOS管Q保持導通。由於MOS管的雙嚮導電性， 不僅可以同前述二極體D—樣對第二電容C2充電，同時也可以將第 二電容C2與隔離驅動變壓器T輸出側繞組短^各，通過放電MOS管Q 對第二電容C2進行放電。與第一電容Cl放電波形相同，第二電容 C2電壓Vc2與Vts也保持同比例減小。直至隔離驅動變壓器T飽和， 此時Vcl=Vtp=Vts=0， Vout=Vc2約等於0，遠小於功率迴路主開關管 的導通閾值。由此可見，脈寬信號消失後，此石茲隔離驅動電路不會產 生錯誤信號，功率迴路主開關管不再次開通，避免因圖l所示電路誤 觸發導致的電源失效。
從以上描述得出此改進型磁隔離驅動電路不會影響穩態正常工作 時驅動效果，同時在瞬態工作中有效地消除了誤觸發信號，避免功率 迴路主開關管因錯誤信號開通。圖7展示此改進型磁隔離驅動電路瞬 態工作過程中的電壓波形。
在圖8所示的可選實例中，所述放電MOS管Q選用N溝道MOS 管。放電MOS管驅動電路使用隔離驅動變壓器T的輔助繞組實現， 輔助繞組一端連接至隔離驅動變壓器T與》丈電NMOS管源極的接點 處，另一端連接至放電NMOS管的柵極。
假設隔離驅動變壓器T輸入側繞組與輔助繞組匝比為m。當脈衝 信號消失後，隔離驅動變壓器T輸入側繞組電壓保持為低電平-DVl ， 轉換至輔助繞組為j氐電平-DmVl ，相對於力文電NMOS管為高電平 DmVl，放電NMOS管保持開通，第二電容C2通過放電NMOS管和 隔離驅動變壓器T輸出側繞組快速放電。直至輔助繞組電平低於放電NMOS管導通閾值，放電NMOS管截止。通過合適的匣比m的配合， 即使放電NMOS管已經截止，但第二電容C2殘留電平遠低於功率回 路主開關管的導通閾值，所以功率迴路主開關管不會誤開通。
圖9所示的可選實例與圖8不同之處在於，放電NMOS管的柵極 和源極之間並Jf關了 一個二才及管Dl和一個電阻R，同時在輔助繞組與 放電NMOS管柵極之間串聯第三電容C3。由於隔離驅動變壓器T輔 助繞組輸出通過二才及管Dl對第三電容C3充電，可以保證輔助繞組驅 動電路輸出電平不隨佔空比D的變化而變化，其幅值恆定為mVl。即 使隔離驅動變壓器T飽和，由於第三電容C3不能被迅速放電，可以 保持放電NMOS管的持續開通，直至Vout=0。電阻R才是供第三電容 C3相對緩慢放電途徑，保證脈寬信號再次發生時，放電NMOS管已 經截止。圖9電路可以通過較少圈數的輔助繞組實現Vout完全等於0。
在圖10所示的可選實例中，所述放電MOS管Q選用P溝道MOS 管。放電MOS管驅動電路使用隔離驅動變壓器T的輔助繞組實現， 輔助繞組一端連4妻至第二電容C2與》文電PMOS管源極接點處，另一 端接至放電PMOS管的4冊極，且輔助繞組同名端變更反相。
圖ll所示的可選實例與圖10不同之處在於隔離驅動變壓器的輸 出側繞組和輔助繞組同名端變更反相。圖8至10所示石茲隔離驅動電i 各 的輸入信號Vin與輸出信號Vout同相，即磁隔離驅動電^各輸入高電平 時電路輸出高電平；輸入低電平時電路輸出低電平。本實例中，磁隔 離驅動電路輸入信號Vin與輸出信號Vout反相，即石茲隔離驅動電路輸 入高電平時電^各輸出低電平；輸入低電平時電^各輸出高電平。
圖12所示的可選實例與圖8不同之處在於，隔離驅動變壓器T 的輸出側繞組和輔助繞組同名端變更反相。圖8至10所示》茲隔離驅動 電路的輸入信號Vin與輸出信號Vout同相，即i茲隔離驅動電路輸入高 電平時電路輸出高電平；輸入低電平時電路輸出低電平。本實例中， 磁隔離驅動電路的輸入信號Vin與輸出信號Vout反相，即磁隔離驅動 電路輸入高電平時電路輸出低電平；輸入低電平時電路輸出高電平。
在其它的可選實例中，隔離驅動變壓器T的輸入側繞組和Z或輸出側繞組可以選擇性地串聯電阻。
在其它的可選實例中，第一電容Cl和第二電容C2可以選擇性地
並聯電阻。
在其它的可選實例中，第一電容Cl可以選4奪性地並耳關二極體， 此二極體的陽極接至第一電容Cl與隔離驅動變壓器T的接點端，其 陰極接至第一電容Cl與脈寬信號輸出電路正極的接點端。
在其它的可選實例中，第一電容Cl可以選擇性地並聯二極體， 此二極體的陰極接至第一電容Cl與隔離驅動變壓器T的接點端，其 陽極接至第一電容Cl與脈寬信號輸出電路負極的接點端。
在其它的可選實例中，第一電容Cl的一端連接至隔離驅動變壓 器T輸出側繞組的一個埠 ，另一端4妻至》i:電NMOS管的漏極或者放 電PMOS管的源才及。
在其它的可選實例中，第二電容C2的一端連接至隔離驅動變壓 器T的輸出側繞組的一個埠 ，另一端接至放電NMOS管的源極或者 放電PMOS管的漏極。
對於本發明各個實施例中所闡述的方法和裝置，凡在本發明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本 發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種磁隔離驅動電路，包括隔離驅動信號傳送的隔離驅動變壓器，與所述隔離驅動變壓器輸入側串聯的第一電容C1，與所述隔離驅動變壓器輸出側串聯的第二電容C2；其特徵在於，還包括與所述磁隔離驅動電路的輸出端並聯的放電MOS管；和，連接至所述放電MOS管的柵極的放電MOS管驅動電路；其中，所述隔離驅動變壓器的輸出側繞組、第二電容C2和放電MOS管組成串聯迴路。
2、 如權利要求1所述的磁隔離驅動電路，其特徵在於，所述放電 MOS管選用N溝道MOS管，放電MOS管驅動電路使用所述隔離驅 動變壓器輸出側的輔助繞組實現。
3、 如權利要求2所述的磁隔離驅動電路，其特徵在於，所述輔助 繞組的第一端連4妄至所述隔離驅動變壓器與所述》文電MOS管源極的 接點處，第二端連接至所述放電MOS管的柵極。
4、 如權利要求3所述的磁隔離驅動電路，其特徵在於，還包括 在所述放電MOS管的4冊極和源極之間並耳關的一個二極體D]和一個電阻R;以及，在所述輔助繞組第二端與所述放電MOS管的柵極之間串聯的第 三電容C3。
5、 如權利要求2所述的磁隔離驅動電路，其特徵在於，所述輔助 繞組和所述隔離驅動變壓器的輸出側繞組的同名端為同相。
6、 如權利要求1所述的》茲隔離驅動電^各，其特徵在於，放電MOS 管選用P溝道MOS管，放電MOS管驅動電路使用所述隔離驅動變壓 器輸出側的輔助繞組實現。
7、 如權利要求6所述的磁隔離驅動電路，其特徵在於，所述輔助 繞組的第二端連接至所述第二電容C2與所述放電MOS管源極接點 處，第一端接至所述力支電MOS管的^t極。
8、 如權利要求6所述的磁隔離驅動電路，其特徵在於，所述輔助 繞組和所述隔離驅動變壓器的輸出側繞組的同名端為反相。
9、 如權利要求1至8任一項所述的磁隔離驅動電路，其特徵在於，所述隔離驅動變壓器的輸入側繞組和輸出側繞組極性相同。
10、如權利要求l、 2、 5、 6或8所述的磁隔離驅動電路，其特徵 在於，所述隔離驅動變壓器的輸入側繞組和輸出側繞組極性相反。
全文摘要
本發明公開一種磁隔離驅動電路，包括隔離驅動信號傳送的隔離驅動變壓器，與所述隔離驅動變壓器輸入側串聯的第一電容C1，與所述隔離驅動變壓器輸出側串聯的第二電容C2；還包括與所述磁隔離驅動電路的輸出端並聯的放電MOS管；連接至所述放電MOS管的柵極的放電MOS管驅動電路；其中，所述隔離驅動變壓器的輸出側繞組、第二電容C2和放電MOS管組成串聯迴路。所述磁隔離驅動電路結構簡單，成本低廉，有效提高電源在穩態和瞬態工作過程中的穩定性。
文檔編號H02M1/08GK101621246SQ20091008701
公開日2010年1月6日 申請日期2009年6月22日 優先權日2009年6月22日
發明者劉紅瑞, 郭霄飛 申請人:北京新雷能科技股份有限公司;深圳市雷能混合集成電路有限公司