一種采用隔離變壓器的橋式變換器單路信號(hào)柵驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及橋式變換器柵驅(qū)動(dòng)電路，尤其涉及一種采用隔離變壓器的橋式變換器 單路信號(hào)柵驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)和能量存儲(chǔ)技術(shù)高速發(fā)展，與此同時(shí)，電 池充電機(jī)也成為混合動(dòng)力汽車發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵性需求。
[0003] 全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在大功率的充電機(jī)中有廣泛的應(yīng)用，其中全橋功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電 路性能對(duì)于開關(guān)管工作時(shí)的特性有著重要的影響。全橋功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路主要分為兩 大類，即隔離驅(qū)動(dòng)和非隔離驅(qū)動(dòng)。非隔離驅(qū)動(dòng)電路電路簡(jiǎn)單成本較低，且沒(méi)有隔離器件上的 額外損耗，因此可以得到更高的效率。然而由于電路中沒(méi)有隔離，不能隔斷前后級(jí)的相互影 響，在一些例如電網(wǎng)電壓存在浪涌的情況下，非隔離電路安全性相對(duì)較低，可靠性差。此外 在全橋式電路中，由于變換器接輸入正電壓的上管的源級(jí)不是零電壓，而非隔離驅(qū)動(dòng)電路 前后級(jí)共地，因此上管的驅(qū)動(dòng)難以用非隔離驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，這也是隔離驅(qū)動(dòng)電路在全橋拓?fù)淅?得到廣泛應(yīng)用的主要原因。
[0004] 常用的隔離驅(qū)動(dòng)電路又分為三類，即脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)、光耦隔離驅(qū)動(dòng)以及集 成電路隔離驅(qū)動(dòng)，其中脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需要提供隔離電源、成本 較低，對(duì)脈沖信號(hào)無(wú)傳輸延遲等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足驅(qū)動(dòng)電路電氣隔離、快速性、較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力 的要求，因此脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用最為廣泛。
[0005] 為了達(dá)到不同的性能指標(biāo)，脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)的電路形式多種多樣，都是由最 基本的隔離驅(qū)動(dòng)形式演變而成，其中使用單路信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管時(shí)，隔離變壓器原邊需 要增加一個(gè)隔直電容來(lái)保證磁芯的有效復(fù)位，以避免磁飽和，而在副邊需采用電壓抬升電 路使輸出電壓可驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管，這樣就導(dǎo)致在全橋變換器停止工作時(shí)，由于變壓器副邊 電容上依然存在一個(gè)直流電壓，使得功率開關(guān)管在電路停止工作很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍然保持 導(dǎo)通狀態(tài)，引起很大的直流損耗，甚至?xí)p壞開關(guān)管。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)有的一些結(jié)構(gòu)在功 率開關(guān)管的柵源之間并入一個(gè)三極管，利用三極管的基極控制信號(hào)來(lái)控制柵源間的短路， 給隔直變壓器副邊電容上的電荷提供泄放回路，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，但是為維持三極管導(dǎo) 通，其集電極和發(fā)射極之間需要一定壓差，這樣增加了電路的復(fù)雜，且不易得到很好的放電 效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了實(shí)現(xiàn)全橋電路功率開關(guān)管的單路信號(hào)驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)隔離，并能在電路停止工作 時(shí)避免全橋橋臂四只功率開關(guān)管的漏源直通，本發(fā)明提出一種采用隔離變壓器的橋式變換 器單路信號(hào)柵驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)變壓器副邊電容的放電，同時(shí)降低了電路的復(fù)雜程 度和成本。
[0007] 實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種采用隔離變壓器的橋式變換器單 路信號(hào)柵驅(qū)動(dòng)電路，包括單片機(jī)模塊、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路、輸入隔離電路、變壓器、電壓抬升電路 和橋式變換器開關(guān)管，單片機(jī)模塊、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路、輸入隔離電路、變壓器、電壓抬升電路和 橋式變換器開關(guān)管依次串聯(lián)，其中單片機(jī)模塊、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路、輸入隔離電路的公共接地端 以及變壓器原邊的非同名端均連接輸入端地，電壓抬升電路中二極管的陽(yáng)極和變壓器副邊 的非同名端均連接橋式變換器開關(guān)管的源極；
[0008] 其特征在于：增設(shè)包括線性光耦0ΡΤ0、直流電壓源dc2、npn三極管％以及電阻r2、 r3、r4構(gòu)成的柵極電容泄放回路，柵極電容泄放回路的輸入端與單片機(jī)模塊的光耦控制信號(hào) 輸出端口連接，利用單片機(jī)模塊輸出的光耦控制信號(hào)控制柵極電容泄放，柵極電容泄放回 路的輸出端與電壓抬升電路的輸出端并聯(lián)，在橋式變換器開關(guān)管的柵驅(qū)動(dòng)停止工作、驅(qū)動(dòng) 電壓為低電平的時(shí)候，將電壓抬升電路短路；其中：
[0009] 線性光耦0ΡΤ0含有輸入二極管和輸出三極管，其中輸入二極管的正端連接電阻R2 的一端，輸入二極管的負(fù)端連接NPN三極管％的集電極，輸出三極管發(fā)射極和集電極分別 連接電壓抬升電路中二極管D的陽(yáng)極和陰極，直流電壓源DC2的正極連接電阻1?2的另一端， 直流電壓源〇(： 2的負(fù)極連接輸入端地，NPN三極管Q3基極連接電阻R3的一端和電阻R4的一 端，NPN三極管Q3的發(fā)射極連接電阻R4的另一端并連接輸入端地，電阻R3的另一端連接單 片機(jī)模塊的光耦控制信號(hào)輸出端口。
[0010] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1)本發(fā)明將隔離線性光耦0ΡΤ0加入單路信號(hào)驅(qū)動(dòng)的全橋功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路 中，避免了電路停止工作時(shí)功率開關(guān)管直通的現(xiàn)象，提高了電路的可實(shí)現(xiàn)性，而且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，成本低，可靠性高。
[0012] 2)由于線性光耦0ΡΤ0具有隔離作用，在驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管時(shí)，不要求源極接地，因 此對(duì)于在電路中源極電壓不為恒定值的功率開關(guān)管，本發(fā)明依然可以正常的驅(qū)動(dòng)。
[0013] 3)由于線性光耦0ΡΤ0輸出三極管的導(dǎo)通時(shí)間極短，因此在電路停止工作時(shí)可以 快速泄放驅(qū)動(dòng)變壓器副邊電容上的電荷，提高了電路關(guān)斷的響應(yīng)時(shí)間，有效避免了功率開 關(guān)管的直通現(xiàn)象。
[0014] 4)線性光耦的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以由功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)停止信號(hào)同步給出，簡(jiǎn)化了 全橋變換器的整體控制。
[0015] 5)本發(fā)明有效提高了橋式變換器的可靠性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明電路工作原理圖；
[0017] 圖2是一般驅(qū)動(dòng)電路在停止工作時(shí)的波形；
[0018] 圖3是采用了本發(fā)明電路在停止工作時(shí)的波形。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖1，本發(fā)明采用隔離變壓器的橋式變換器單路信號(hào)柵驅(qū)動(dòng)電路，包括單片機(jī)模 塊1、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路2、輸入隔離電路3、變壓器4、電壓抬升電路5和橋式變換器開關(guān)管6,以 上電路為橋式變換器柵驅(qū)動(dòng)電路的一種已知結(jié)構(gòu)，其中單片機(jī)模塊1、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路2、輸 入隔離電路3、變壓器4、電壓抬升電路5和橋式變換器開關(guān)管6依次串聯(lián)，單片機(jī)模塊1、互 補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路2、輸入隔離電路3的公共接地端與變壓器4的原邊非同名端一起，連接輸入端 地，電壓抬升電路5中二極管的陽(yáng)極和變壓器4副邊的非同名端均連接橋式變換器開關(guān)管 6的源極。
[0020] 在上述電路的基礎(chǔ)上，本發(fā)明增設(shè)了柵極電容泄放回路7,柵極電容泄放回路7的 輸入端（光耦的驅(qū)動(dòng)控制端）與單片機(jī)模塊1的光耦控制信號(hào)輸出端串聯(lián)，利用單片機(jī)的 輸出信號(hào)控制柵極電容泄放，柵極電容泄放回路7的輸出端（光耦輸出三極管的集電極和 發(fā)射極兩端）與電壓抬升電路5的輸出端并聯(lián)，在柵驅(qū)動(dòng)停止工作、驅(qū)動(dòng)電壓為低電平的時(shí) 候，將電壓抬升電路短路。
[0021] 單片機(jī)模塊1用于給功率開關(guān)管Μ和線性光耦0ΡΤ0提供工作波形，它由一塊單 片機(jī)系統(tǒng)模塊MCU組成，系統(tǒng)接入輸入端地，系統(tǒng)的兩組輸出一組為柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，接 入互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路2,給全橋電路功率開關(guān)管Μ提供工作驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一組輸出為光耦控制信 號(hào)，接入柵極電容泄放回路7,在工作驅(qū)動(dòng)信號(hào)停止的時(shí)候給出開關(guān)管6柵源短接信號(hào)，使 開關(guān)管6柵源短接給變壓器副邊電容C2上的電荷提供泄放回路。
[0022] 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路2用于提高單片機(jī)系統(tǒng)輸出的功率開關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能 力，它包括一個(gè)直流電壓源DQ、一只PNP三極管仏、一只NPN三極管Q2、其中仏和Q2基極互 連、(^集電極連接直流電壓源DCi的正極，Q2集電極連接輸入端地，組成一組互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)對(duì)管。 單片機(jī)模塊1輸出的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)接入互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)對(duì)管仏和Q2的基極，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)的輸出信號(hào) 由^和Q2發(fā)射極接入輸入隔咼電路3。
[0023] 輸入隔離電路3用于將互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路2輸出的信號(hào)中的直流量隔離濾去，避免變 壓器磁芯飽和，它包括電阻&，電容Q，其中電阻&一端接互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路2的輸出信號(hào)，電 阻札另一端接電容Ci一端，電容Ci的另一