[發(fā)明專利]隔離型高頻低損驅(qū)動電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710132275.4
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106877635B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 吳新科;秦偉;邱凱
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M1/32
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發(fā)明涉及電力電子電能變換電路，旨在提供一種隔離型高頻低損驅(qū)動電路。包括簡化為開關管M的MOSFET；該驅(qū)動電路還包括方波電源、諧振電感、初級繞組和第一次級繞組；其中，方波電源、諧振電感和初級繞組串聯(lián)連接；第一次級繞組的一端接到開關管M的門極，開關管M的源極接到第一次級繞組的另一端；初級繞組和第一次級繞組繞在同一個磁芯上構(gòu)成變壓器T1。本發(fā)明通過諧振電感和開關管門極輸入電容諧振，使得寄生電容上電壓呈正弦波形，不僅實現(xiàn)了開關管的驅(qū)動，還實現(xiàn)了驅(qū)動能量的回收，從而達到減小驅(qū)動損耗的目的；而且還能夠通過箝位繞組對門極電壓進行箝位，防止過高的門極電壓損壞開關管。通過增加次級繞組的方式，可以實現(xiàn)對多個開關管的驅(qū)動。

技術領域

本發(fā)明涉及一類電力電子電能變換電路，尤其涉及一類隔離型驅(qū)動電路。

背景技術

隨著電力電子技術的發(fā)展，功率變換器的功率密度不斷提高，其工作頻率已達到MHz等級。雖然較高的工作頻率可以降低儲能元件體積，提高功率變換器的功率密度，但是MOSFET的驅(qū)動損耗也會增大。傳統(tǒng)的DC/DC變換器MOSFET驅(qū)動電路一般采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)：開關管S1、S2構(gòu)成一個橋臂，Rg為門極等效電阻，Cgs為門極與源極之間等效電容，Q為所驅(qū)動開關管。該結(jié)構(gòu)存在的不足是：因為電力電子器件并非理想開關，從而使開關管S1、S2兩端的電壓和流過開關管的電流存在重疊時間，造成嚴重的開關損耗；而且驅(qū)動開關管Q的過程就是等效電容Cgs充電、放電過程，在Cgs充放電過程中都有電流流過門極等效電阻Rg從而產(chǎn)生損耗，這部分損耗隨著開關頻率的增加而增大，在MHz等級的頻率下將嚴重影響電路的效率。

圖2在橋臂中點與下管S2源極之間串聯(lián)接入電感與電容，電感的加入實現(xiàn)了上管S1與下管S2的零電壓開通，減小了開關管S1、S2的開關損耗；驅(qū)動能量在電感和電容中相互轉(zhuǎn)換，理論上沒有驅(qū)動損耗；但是在一個周期中電感電流連續(xù)，導致循環(huán)能量大。

圖3在上管S1的源極與下管S2的漏極分別串聯(lián)二級管與電感(二極管D1陽極與S1源極相連；二極管D2陰極與S2漏極相連)，電感另一端都與開關管S的門極相連。通過電感與等效電容C_gs諧振控制門極電壓上升、下降的時間。該結(jié)構(gòu)存在的不足是：很難控制開關管M門極電壓幅值。

圖4在橋臂中點與開關管Q門極之間接入電感L，在開關管Q門極與開關管S1漏極之間接入二極管D1(D1陽極與開關管Q門極相連)，在開關管Q門極與開關管S2源極之間接入二極管D2(D2陽極與開關管S2漏極相連)。通過電感與等效電容Cgs諧振傳遞能量，二極管D1、D2分別在開通、關斷過程中將開關管S門極電壓箝位在輸入電壓與零。該結(jié)構(gòu)存在的不足是：開關管工作在硬開關狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種隔離型高頻低損驅(qū)動電路。

為解決技術問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種隔離型高頻低損驅(qū)動電路，包括簡化為開關管M的MOSFET；該驅(qū)動電路還包括方波電源、諧振電感、初級繞組和第一次級繞組；其中，方波電源、諧振電感和初級繞組串聯(lián)連接；第一次級繞組的一端接到開關管M的門極，開關管M的源極接到第一次級繞組的另一端；初級繞組和第一次級繞組繞在同一個磁芯上構(gòu)成變壓器T₁；

所述MOSFET的具體模型中還包括柵源電容C_gs、柵漏電容C_gd、漏源電容C_ds以及體二極管，MOSFET的共源輸入電容C_iss為柵源電容與柵漏電容之和。

本發(fā)明中，所述開關管M有兩個且每個開關管的驅(qū)動電壓均為正弦半波，另配置兩個輔助的開關管；其中，第一次級繞組的一端接到第一開關管和第二輔助管的門極以及第一輔助管的漏極，第一次級繞組的另一端接到第二開關管和第一輔助管的門極以及第二輔助管的漏極，四個開關管的源極接在一起；第一輔助管與第二輔助管的開通閾值，低于第一開關管與第二開關管的開通閾值。