本發(fā)明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種帶變壓器隔離的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路。

背景技術：

隨著電力半導體器件的發(fā)展，功率場效應管(powermosfet)以其開關速度快、驅(qū)動功率小、易并聯(lián)等優(yōu)點成為開關電源中最常用的器件，隨著mosfet的應用日益廣泛，在一些特殊場合常常要使用互補導通的功率開關管，如不對稱半橋變換器、有源箝位、同步整流等拓撲，這些電路均有兩個功率管互補工作，工作時需要提供兩組驅(qū)動信號，且兩組驅(qū)動不共地，需采用帶隔離的驅(qū)動電路來實現(xiàn)隔離、浮地和增大驅(qū)動能力的功能，常用的驅(qū)動方式有三種：變壓器隔離驅(qū)動、光耦隔離驅(qū)動和專用驅(qū)動芯片驅(qū)動。其中光耦隔離驅(qū)動適用頻率較低，專用的隔離驅(qū)動芯片成本較高且導通和關斷有很大的延遲，相較兩者而言，使用變壓器隔離驅(qū)動無需另外提供獨立的隔離電源供電，電路實現(xiàn)簡單，在開關電源領域得到了廣泛的應用。

傳統(tǒng)的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路如圖1所示，兩個次級繞組相反，電路對稱，變壓器初級串聯(lián)一個隔直電容c1用于防止直流分量造成的偏磁，經(jīng)變壓器1:1隔離后，電路輸出幅值會隨占空比變化而變化，功率管q1驅(qū)動信號幅值為d*u，功率管q2驅(qū)動信號幅值為(1-d)*u，當占空比d偏離0.5很大時，有一路驅(qū)動信號電平不夠，不能很好地起到驅(qū)動作用，傳統(tǒng)電路適用于占空比固定或變化范圍不大(d＝0.5左右)的電路拓撲中。功率管q1、q2分別通過電阻r3、r4放電，功率管關斷速度較慢。死區(qū)時間內(nèi)隔直電容易與變壓器激磁電感或其它寄生參數(shù)諧振引起振蕩，造成開關管的誤導通。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種帶變壓器隔離的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路，用于解決上述問題。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種帶變壓器隔離的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路，其包括

第一繞組電路，第一繞組接收輸入電壓和脈沖信號，依據(jù)脈沖信號將輸入電壓變成交流脈沖電壓并輸出；

第二繞組電路，第二繞組電路用于將變壓器能量返回到輸入電壓，實現(xiàn)磁復位；

第三繞組電路，第三繞組電路接收交流脈沖電壓，產(chǎn)生第一驅(qū)動信號，用于控制功率開關管q1的通斷；

第四繞組電路，第四繞組電路接收交流脈沖電壓，產(chǎn)生第二驅(qū)動信號，用于控制功率開關管q2的通斷；

其中，第三繞組電路產(chǎn)生的第一驅(qū)動信號和第四繞組電路產(chǎn)生的第二驅(qū)動信號互補。

進一步的，第一繞組電路、第二繞組電路、第三繞組電路、第四繞組電路中的繞組比n2：n1：n3：n4＝1：1：1：1。

進一步的，第一繞組電路包括電阻、電容、三極管和變壓器繞組n2，其中電阻r08與電容c08并聯(lián)后分別與電阻r09和三極管v11的基極連接，電阻r09另一端和三極管的發(fā)射極連接且接地，三極管v11的集電極與繞組n2連接，繞組n2的另一端通過電阻r07與輸入電壓連接。

進一步的，第二繞組電路包括二極管和變壓器繞組n1，二極管v10的陰極通過電阻r07與輸入電壓連接，二極管的陽極通過繞組n1接地。

進一步的，第三繞組電路包括繞組n3、電阻、電容、二極管和三極管，其中繞組n3一端通過二極管v01、電阻r02和二極管v02連接于功率開關管q1的柵極g1，三極管v03并聯(lián)于功率開關管q1的柵極和源極，用于為功率開關管q1的柵極g1和源極s1間電容提供放電回路；通過調(diào)節(jié)電阻r02和電容c07實現(xiàn)上升沿的時間控制。

進一步的，通過三極管v03實現(xiàn)功率開關管q1的快速關斷，其中三極管v03為pnp型。

進一步的，第四繞組電路包括繞組n4、二極管、電阻、電容和三極管，其中二極管v06和電容c04共同作用，用于對繞組n4的脈沖電壓信號進行整流，三極管v07并聯(lián)于功率開關管q2的柵極和源極，用于為功率開關管q2的柵極g2和源極s2間電容提供放電回路；繞組n4脈沖信號通過電阻r04和電阻r06分壓連接至三極管v07的基極，用于控制三極管v07的通斷時間；通過調(diào)節(jié)電阻r05和電容c04實現(xiàn)上升沿的時間控制。

進一步的，通過三極管v07實現(xiàn)功率開關管q2的快速關斷，三極管v07為npn型。

本發(fā)明的帶變壓器隔離的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明繼承了帶變壓器隔離驅(qū)動信號產(chǎn)生電路的優(yōu)點，只需一路控制信號，可產(chǎn)生兩路互補的驅(qū)動信號，且兩信號的死區(qū)時間可調(diào)。

(2)電路輸出驅(qū)動信號幅值固定，不受占空比影響，可適用于更寬范圍的pwm信號傳輸。

(3)電路采用單電源15v供電，與pwm芯片共用一路電源，無需提供獨立的電源供電，電路簡單，增強了電路的驅(qū)動能力，能保證功率管可靠觸發(fā)導通。

(4)變壓器原邊無隔直電容，不會與變壓器原邊激磁電感或其它寄生參數(shù)振蕩引起功率管的誤導通。

(5)本發(fā)明可應用于電力電子領域功率變換器的設計，尤其適用有兩個功率管并且要求兩管互補工作的電路拓撲中。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1為現(xiàn)有技術的帶變壓器隔離的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路。

圖2為本發(fā)明一實施例的帶變壓器隔離的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路。

圖3為本發(fā)明一實施例的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路各典型信號時序圖，其中

(a)為前級pwm控制電路輸出信號波形，為一占空比為d的方波信號；

(b)為脈沖變壓器t01各繞組信號波形；

(c)為電阻a、b兩點間信號波形；

(d)為驅(qū)動電路一輸出信號波形，即g1、s1間電壓波形；

(e)為c、d兩點間信號波形，經(jīng)二極管v06和電容c04整流成一恒壓信號；

(f)為e、d兩點間信號波形；

(g)為驅(qū)動電路二輸出信號波形，即g2、s2間電壓波形。

圖4為電阻r05阻值不同時，驅(qū)動電路一和驅(qū)動電路二的輸出信號波形。

圖5為占空比d不同時，驅(qū)動電路一和驅(qū)動電路二的輸出信號波形。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。

如圖2所示的本發(fā)明帶變壓器隔離的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路，其包括第一繞組電路，第一繞組接收輸入電壓和脈沖信號，依據(jù)脈沖信號將輸入電壓變成交流脈沖電壓并輸出；第二繞組電路，第二繞組電路用于將變壓器能量返回到輸入電壓，實現(xiàn)磁復位；第三繞組電路，第三繞組電路接收交流脈沖電壓，產(chǎn)生第一驅(qū)動信號，用于控制功率開關管q1的通斷；第四繞組電路，第四繞組電路接收交流脈沖電壓，產(chǎn)生第二驅(qū)動信號，用于控制功率開關管q2的通斷；其中，第三繞組電路產(chǎn)生的第一驅(qū)動信號和第四繞組電路產(chǎn)生的第二驅(qū)動信號互補。

在本發(fā)明實施例中，第一繞組電路、第二繞組電路、第三繞組電路、第四繞組電路中的繞組比n2：n1：n3：n4＝1：1：1：1。

第一繞組電路包括電阻r08和電阻r09、電容c08、三極管v11和變壓器繞組n2，其中電阻r08與電容c08并聯(lián)后分別與電阻r09和三極管v11的基極連接，電阻r09另一端和三極管的發(fā)射極連接且接地，三極管v11的集電極與繞組n2連接，繞組n2的另一端通過電阻r07與輸入電壓連接。

第二繞組電路包括二極管v10和變壓器繞組n1，二極管v10的陰極通過電阻r07與輸入電壓+15v連接，二極管v10的陽極通過繞組n1接地。

第三繞組電路包括繞組n3、兩電阻、一電容、兩二極管和一三極管，其中繞組n3同名端通過二極管v01、電阻r02和二極管v02連接于功率開關管q1的柵極g1，繞組n3連接于三極管v03和開關管q1的源極s1，電阻r03設置在二極管v01陰極與繞組n3異名端，三極管v03并聯(lián)于功率開關管q1的柵極和源極，用于為功率開關管q1的柵極g1和源極s1間電容提供放電回路；通過調(diào)節(jié)電阻r02和電容c07實現(xiàn)上升沿的時間控制。

在本發(fā)明實施例中，通過三極管v03實現(xiàn)功率開關管q1的快速關斷，其中三極管v03為pnp型。

第四繞組電路包括繞組n4、一二極管、三電阻、兩電容和一三極管，其中二極管v06和電容c04共同作用，用于對繞組n4的脈沖電壓信號進行整流，三極管v07并聯(lián)于功率開關管q2的柵極和源極，用于為功率開關管q2的柵極g2和源極s2間電容提供放電回路；繞組n4脈沖信號通過電阻r04和電阻r06分壓連接至三極管v07的基極，用于控制三極管v07的通斷時間；通過調(diào)節(jié)電阻r05和電容c04實現(xiàn)上升沿的時間控制。

在本發(fā)明實施例中，通過三極管v07實現(xiàn)功率開關管q2的快速關斷，三極管v07為npn型。

各點的邏輯關系見圖3，第三繞組電路產(chǎn)生的第一驅(qū)動信號vg1s1和第四繞組電路產(chǎn)生的第二驅(qū)動信號vg2s2互補。第一驅(qū)動信號vg1s1下降到功率開關管q1的閥值電壓vth時刻到第二驅(qū)動信號vg2s2上升到功率開關管q2的開啟電壓vth的時間間隔為死區(qū)時間δ1，第二驅(qū)動信號vg2s2下降到功率開關管q2的開啟電壓vth時刻到第一驅(qū)動信號vg1s1上升到功率開關管q1的閥值電壓vth的時間間隔為死區(qū)時間δ2。

增大電阻r05的值，可以增加第二驅(qū)動信號vg2s2功率開關管q2的開啟電壓vth的時間，達到增大死區(qū)時間δ1的目的。同理，減小電阻r05的值，可以減小第二驅(qū)動信號vg2s2功率開關管q2的閥值電壓vth的時間，達到減小死區(qū)時間δ1的目的。

增大電阻r02的值，可以增加第二驅(qū)動信號vg2s2功率開關管q1的開啟電壓vth的時間，達到增大死區(qū)時間δ2的目的。同理，減小電阻r02的值，可以減小第二驅(qū)動信號vg2s2功率開關管q2的開啟電壓vth的時間，達到減小死區(qū)時間δ2的目的。

圖4為電阻r05阻值不同(分別為100ω和150ω)時，第一驅(qū)動信號vg1s1和第二驅(qū)動信號vg2s2的試驗波形，分別對應的死區(qū)時間δ11和死區(qū)時間δ12，可見調(diào)節(jié)電阻r05的阻值可以達到調(diào)節(jié)死區(qū)時間δ1的目的。同理，調(diào)節(jié)電阻r02的值，可以達到調(diào)節(jié)死區(qū)時間δ2的目的。

第一驅(qū)動信號vg1s1和第二驅(qū)動信號vg2s2的幅值與第一繞組電路、第二繞組電路、第三繞組電路、第四繞組電路中的繞組比n2：n1：n3：n4有關，與占空比d無關，圖5為繞組比n2：n1：n3：n4＝1:1:1:1，占空比分別為d＝0.2和d＝0.45時，第一驅(qū)動信號vg1s1和第二驅(qū)動信號vg2s2的信號波形，可見當占空比變化范圍較大時，驅(qū)動信號的幅值基本不變，因此本發(fā)明的帶變壓器隔離的互補驅(qū)動信號產(chǎn)生電路可適用于更寬范圍的pwm信號傳輸。

本發(fā)明的與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明繼承了帶變壓器隔離驅(qū)動信號產(chǎn)生電路的優(yōu)點，只需一路控制信號，可產(chǎn)生兩路互補的驅(qū)動信號，且兩信號的死區(qū)時間可調(diào)。

(2)電路輸出驅(qū)動信號幅值固定，不受占空比影響，可適用于更寬范圍的pwm信號傳輸。

(3)電路采用單電源15v供電，與pwm芯片共用一路電源，無需提供獨立的電源供電，電路簡單，增強了電路的驅(qū)動能力，能保證功率管可靠觸發(fā)導通。

(4)變壓器原邊無隔直電容，不會與變壓器原邊激磁電感或其它寄生參數(shù)振蕩引起功率管的誤導通。

(5)本發(fā)明可應用于電力電子領域功率變換器的設計，尤其適用有兩個功率管并且要求兩管互補工作的電路拓撲中。

以上所述，僅為本發(fā)明的最優(yōu)具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。