[發(fā)明專利]一種脈沖調(diào)制磁隔離驅(qū)動(dòng)電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310227192.5
• 申請(qǐng)日: 2013-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103280948A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃天華;劉湘;尹智群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州金升陽(yáng)科技有限公司
• 主分類號(hào): H02M1/08
• 分類號(hào): H02M1/08
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國(guó)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DC/DC、AC/DC變換器中浮地開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及磁隔離驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)。

背景技術(shù)

磁隔離驅(qū)動(dòng)電路廣泛應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)懸浮地開(kāi)關(guān)管，其作用是用來(lái)驅(qū)動(dòng)主開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)閉。傳統(tǒng)磁隔離驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示，其中C1是輸入側(cè)隔直電容，C2是輸出側(cè)電平轉(zhuǎn)移電容，變壓器T是磁隔離變壓器，二極管D1與開(kāi)關(guān)管并聯(lián)。現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題是：當(dāng)PWM信號(hào)出現(xiàn)較大的動(dòng)態(tài)變化時(shí)，如PWM信號(hào)從大占空比至突然丟失或脈沖信號(hào)從大占空比快速下降至小占比，輸出端會(huì)持續(xù)輸出一個(gè)高電平信號(hào)，促使開(kāi)關(guān)管長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通，最終導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管損壞。傳統(tǒng)磁隔離驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生上述現(xiàn)象的根源在于原邊隔直電容C1和副邊電平轉(zhuǎn)移電容C2對(duì)其兩端的電壓具有保持作用，即是電容兩端電壓不能突變。

公開(kāi)號(hào)為CN101621246A，申請(qǐng)日為2009年6月22日，公開(kāi)日為2010年1月6日的中國(guó)發(fā)明專利；在較小的占空比變化范圍內(nèi)，同樣也能解決因占空比快速變化導(dǎo)致的副邊C2電平轉(zhuǎn)移電容的能量保持問(wèn)題。但也存在以下缺點(diǎn)。

其第一實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)管Q為N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管，Q管的驅(qū)動(dòng)電壓由磁隔離驅(qū)動(dòng)變壓器的第三繞組提供。當(dāng)變壓器原邊繞組因原邊電壓而進(jìn)入飽和狀態(tài)時(shí)原副邊的繞組兩端電壓立刻消失。場(chǎng)效應(yīng)管Q則會(huì)立即關(guān)斷。此時(shí)將失去對(duì)C2電容的放電功能。另外此電路還有一個(gè)缺點(diǎn)是，在占空比較小時(shí)第三繞組會(huì)存在驅(qū)動(dòng)不足的風(fēng)險(xiǎn)。而按文稿中所描述，通過(guò)改變第三繞組與原邊的匝比m來(lái)解決此問(wèn)題，但是要認(rèn)識(shí)到，這種解決方式則會(huì)增加開(kāi)關(guān)管Q的柵源電壓差，增加管子?xùn)旁礃O被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。特別是在各種動(dòng)態(tài)測(cè)試中，該場(chǎng)效應(yīng)管Q的柵源電壓常常臨近過(guò)壓的邊緣。其第二實(shí)施例中通過(guò)增加輸出電平轉(zhuǎn)移電容來(lái)解決磁隔離驅(qū)動(dòng)變壓器磁飽和引起的問(wèn)題，然而該實(shí)施例中電平轉(zhuǎn)移電容C3的充電電壓即是第三繞組同名為正時(shí)的電壓。因此，在占空比較大情況下，電平轉(zhuǎn)移電容C3在占空比丟失的情況下，其維持壓將不足以保持場(chǎng)效應(yīng)管Q繼續(xù)導(dǎo)通。

將傳統(tǒng)磁隔離方法中的原邊隔離電容C1取小，則可在電壓器原邊繞組獲得一個(gè)電壓尖峰信號(hào)，此過(guò)程可稱之為PWM信號(hào)調(diào)制過(guò)程。經(jīng)調(diào)制后的PWM信號(hào)變成電壓尖峰信號(hào)通過(guò)變壓器隔離，再經(jīng)過(guò)副邊的解調(diào)電路后即可還原成與原邊相同的PWM信號(hào)。如同公開(kāi)號(hào)：US5786687A；申請(qǐng)日期：1996年10月3日；名稱為“Transformer-isolated?pulse?drive?circuit”中公開(kāi)的專利技術(shù)一樣。在該專利的第3項(xiàng)權(quán)利要求中寫道“根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于原邊主電容的容值取值約0.004uF”。眾所周知，電容電壓不能突變，原邊隔直電容CY對(duì)于PWM信號(hào)上升沿而言相當(dāng)于短路，因此在PWM信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)刻，電壓信號(hào)幾乎全部落在原邊變壓器繞組之上。又因電容CY取值較小，電容CY在很短的時(shí)間內(nèi)就被充滿能量，電容CY兩端電壓快速上升，而變壓器原邊繞組電壓則相應(yīng)快速下降，直至為零。這樣就完成了PWM信號(hào)上升沿的調(diào)制過(guò)程。同理，當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí)，電容CY的電壓即等于變壓器原邊繞組電壓，因電容容值小，電容CY中存儲(chǔ)的能量在很短的時(shí)間內(nèi)即被完全釋放，即可形成負(fù)向脈沖信號(hào)，此過(guò)程即PWM信號(hào)下降沿調(diào)制過(guò)程。如圖2所示為該發(fā)明的原理簡(jiǎn)圖。同時(shí)該專利的權(quán)利要求7中描述到“根據(jù)權(quán)利要求4，其中所述原邊電容器具有的電容值至少大于驅(qū)動(dòng)電容的電容值的10倍”、“根據(jù)權(quán)利要求7所述，其中所述原邊電容具有約0.004uF的電容值，其所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電容即為0.0004uF”。這種對(duì)電容值的限制行為最終導(dǎo)致了該技術(shù)方案只適合于PWM信號(hào)占空比不大、負(fù)載場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)電容也較小的應(yīng)用類型。圖3給出了該專利中部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓與電流波型。從圖3中可以觀察到，VY為原邊電容CY上的電壓波型，該波型的形狀與輸入的PWM信號(hào)基本一致，IP為流經(jīng)電容CY上的電流波型。產(chǎn)生所述波型的原因正如前面分析，電容CY取值減小，導(dǎo)致充電時(shí)間常數(shù)減小，因此在PWM信號(hào)上電瞬間，電容CY即被電壓源充滿能量。同理，該發(fā)明的負(fù)向脈沖電壓也由該電容CY產(chǎn)生。在PWM信號(hào)由高電平向低電平轉(zhuǎn)變時(shí)，由于前一時(shí)刻電容CY上的電壓等于輸入PWM信號(hào)電壓，此時(shí)電容CY上的電壓加在變壓器的異名端，電容CY上的能量被負(fù)載瞬速泄放，形成如圖3中的負(fù)向尖峰電壓與尖峰電流。

雖然該技術(shù)方案解決了傳統(tǒng)磁隔離電路固有的動(dòng)態(tài)特性差的問(wèn)題，但它還是存在缺點(diǎn)的，具體存在的問(wèn)題如下所示：

1、原邊電容取值小，限制了該電路向較低頻段的應(yīng)用延伸。頻率越低，場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)電容，需維持電壓的時(shí)間越長(zhǎng)。則在低頻時(shí)，單獨(dú)依靠小的場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)電容，難以維持長(zhǎng)時(shí)間保持PWM輸出幅值不變。