开关管隔离式驱动电路及双管正激变换器的制作方法

本申请涉及电力电子，尤其涉及一种开关管隔离式驱动电路及双管正激变换器。

背景技术：

1、在高频高效功率变换应用中，双管正激变换器是一种常见的能量转换拓扑。双管正激变换器通常包括一对协同工作的主功率开关管，借助高频变压器完成能量传递，并可在不设置专用复位绕组的条件下实现磁芯复位，同时有利于降低开关器件的电压应力。双管正激变换器开关管的驱动方案主要包括隔离式驱动和半桥驱动芯片驱动等。隔离式驱动具有隔离性能较好、抗干扰能力较强、适合高压大功率场合以及两路驱动信号天然同步等优点，因此被广泛应用于双管正激开关管驱动。传统隔离式驱动方案常在原边串联隔直电容以防止变压器饱和，但该方式容易引起驱动波形畸变以及两路驱动信号占空比不对称等问题。此外，隔离式驱动电路驱动开关管关断通常依赖初级绕组失电后产生的反向电压：在占空比较大时反向电压较大，关断相对容易；而在占空比较小或轻载工况下，反向电压不足，开关管关断可靠性下降，存在器件损坏风险。

技术实现思路

1、本申请所要解决的技术问题在于：改善传统隔离式驱动中因原边隔直电容等结构引起的驱动波形畸变与两路占空比不对称，并提升小占空比或轻载工况下开关管关断的可靠性。

2、为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种开关管隔离式驱动电路，用于驱动双管正激变换器的第一开关管和第二开关管，所述开关管隔离式驱动电路包括初级驱动电路、驱动变压器、第一开关管驱动电路和第二开关管驱动电路；所述初级驱动电路的输入端用于接收脉宽调制信号，所述初级驱动电路的输出端连接所述驱动变压器的初级绕组；所述驱动变压器包括两个次级绕组，两个所述次级绕组分别连接所述第一开关管驱动电路和所述第二开关管驱动电路的输入端；所述第一开关管驱动电路的输出端连接所述第一开关管的栅极与源极，所述第二开关管驱动电路的输出端连接所述第二开关管的栅极与源极。

3、在一些实施例中，所述第一开关管驱动电路包括第一关断驱动单元，所述第一关断驱动单元用于在对应次级绕组输出反向驱动电压时驱动所述第一开关管关断，且包括连接于所述第一开关管的栅极（g1）与源极（s1）之间的第一开关器件，所述第一开关器件导通时将所述第一开关管的栅极（g1）电位下拉至其源极（s1）电位；

4、所述初级驱动电路包括与所述驱动变压器的初级绕组串联设置的第一电感，所述第一电感用于在所述脉宽调制信号的占空比低于预设值时维持所述初级绕组的励磁电流。

5、在一些实施例中，所述第一开关管驱动电路包括第一导通驱动单元，所述第一导通驱动单元用于在对应次级绕组输出正向驱动电压时驱动所述第一开关管导通；

6、所述第一导通驱动单元包括第一电阻和第一二极管，所述第一电阻连接于对应次级绕组的第一端与所述第一开关管的栅极之间，所述第一二极管连接于对应次级绕组的第二端与所述第一开关管的源极之间。

7、在一些实施例中，所述第一开关器件为第一mos管，所述第一mos管的漏极通过第二电阻连接所述第一开关管的栅极，所述第一mos管的源极连接所述第一开关管的源极，所述第一mos管的栅极通过第三电阻与对应次级绕组的第二端连接。

8、在一些实施例中，所述第一开关管驱动电路还包括连接于第一mos管的栅极与其源极之间的第一电压钳位单元，用于限制所述第一mos管的栅极与其源极之间的电压；

9、所述第一电压钳位单元包括并联连接的第四电阻、第一瞬态电压抑制二极管和第二二极管。

10、在一些实施例中，所述第一开关管驱动电路还包括连接于所述第一开关管的栅极与其源极之间的第二电压钳位单元，用于限制所述第一开关管的栅极与其源极之间的电压；

11、所述第二电压钳位单元包括并联连接的第五电阻和第二瞬态电压抑制二极管。

12、在一些实施例中，所述第二开关管驱动电路与所述第一开关管驱动电路结构相同，并相对于所述驱动变压器对称设置。

13、在一些实施例中，所述初级驱动电路包括图腾柱驱动单元，所述图腾柱驱动单元包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管和所述第二三极管的基极均通过第十一电阻用于接收脉宽调制信号，所述第一三极管和所述第二三极管的发射极连接并形成图腾柱输出节点，所述第一三极管的集电极通过第十三电阻连接驱动电源，所述第二三极管的集电极连接参考地电位；所述第二三极管的集电极与其基极之间连接有第十四电阻，所述第二三极管的集电极与其发射极之间连接有第五二极管；

14、其中，所述第一三极管为npn型三极管，所述第二三极管为pnp型三极管。

15、在一些实施例中，所述初级驱动电路还包括初级开关单元，所述初级开关单元包括第五mos管，所述第五mos管的栅极通过第十五电阻连接所述图腾柱输出节点，所述图腾柱输出节点还通过第十二电阻连接所述驱动变压器的初级绕组的一端，所述第五mos管的漏极用于连接所述驱动变压器的初级绕组的另一端，所述第五mos管的源极连接参考地电位；所述第五mos管的栅极与其源极之间连接有第十六电阻。

16、在一些实施例中，所述第五mos管的漏极与所述驱动变压器的初级绕组之间连接有所述第一电感；在所述脉宽调制信号的占空比低于预设值时，所述第一电感用于维持所述驱动变压器的初级绕组的励磁电流。

17、在一些实施例中，所述初级驱动电路还包括电压吸收单元，所述电压吸收单元包括第六二极管、第十七电阻和第一电容，所述第六二极管连接于所述第十七电阻的一端与所述第五mos管的漏极之间，所述第十七电阻的另一端连接驱动电源，所述第一电容与所述第十七电阻并联设置。

18、在一些实施例中，所述驱动变压器包括一个初级绕组和两个次级绕组，所述初级绕组与两个所述次级绕组的匝数比为1:1:1。

19、第二方面，本申请还提供一种双管正激变换器，包括控制芯片、第一开关管、第二开关管以及如上述任一项实施例所述的开关管隔离式驱动电路，所述控制芯片用于向所述开关管隔离式驱动电路输入脉宽调制信号，所述开关管隔离式驱动电路用于根据所述脉宽调制信号控制所述第一开关管和所述第二开关管导通或关断。

20、本申请提供的技术方案，通过驱动变压器实现隔离驱动，使两路开关管驱动信号具有较好的同步性。通过第一电感在小占空比工况下维持初级励磁电流，有利于减轻驱动波形畸变；通过次级侧有源下拉关断结构，将主功率开关管栅极电位下拉至源极电位，有利于提升小占空比或轻载工况下的关断可靠性。

1.一种开关管隔离式驱动电路，用于驱动双管正激变换器的第一开关管和第二开关管，其特征在于，所述开关管隔离式驱动电路包括初级驱动电路（10）、驱动变压器（20）、第一开关管驱动电路（30）和第二开关管驱动电路（40）；

2.根据权利要求1所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述第一开关管驱动电路（30）包括第一关断驱动单元（32），所述第一关断驱动单元（32）用于在对应次级绕组输出反向驱动电压时驱动所述第一开关管关断，且包括连接于所述第一开关管的栅极（g1）与源极（s1）之间的第一开关器件，所述第一开关器件导通时将所述第一开关管的栅极（g1）电位下拉至其源极（s1）电位；

3.根据权利要求1或2所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述第一开关管驱动电路（30）包括第一导通驱动单元（31），所述第一导通驱动单元（31）用于在对应次级绕组输出正向驱动电压时驱动所述第一开关管导通；

4.根据权利要求2所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述第一开关器件为第一mos管（q1），所述第一mos管（q1）的漏极通过第二电阻（r2）连接所述第一开关管的栅极（g1），所述第一mos管（q1）的源极连接所述第一开关管的源极（s1），所述第一mos管（q1）的栅极通过第三电阻（r3）与对应次级绕组的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述第一开关管驱动电路（30）还包括连接于第一mos管（q1）的栅极与其源极之间的第一电压钳位单元（33），用于限制所述第一mos管（q1）的栅极与其源极之间的电压；

6.根据权利要求1所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述第一开关管驱动电路（30）还包括连接于所述第一开关管的栅极（g1）与其源极（s1）之间的第二电压钳位单元（34），用于限制所述第一开关管的栅极（g1）与其源极（s1）之间的电压；

7.根据权利要求2或5所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述第二开关管驱动电路（40）与所述第一开关管驱动电路（30）结构相同，并相对于所述驱动变压器（20）对称设置。

8.根据权利要求2所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述初级驱动电路（10）包括图腾柱驱动单元（11），所述图腾柱驱动单元（11）包括第一三极管（q3）和第二三极管（q4），所述第一三极管（q3）和所述第二三极管（q4）的基极均通过第十一电阻（r11）用于接收脉宽调制信号，所述第一三极管（q3）和所述第二三极管（q4）的发射极连接并形成图腾柱输出节点，所述第一三极管（q3）的集电极通过第十三电阻（r13）连接驱动电源（vdrive），所述第二三极管（q4）的集电极连接参考地电位（gnd）；所述第二三极管（q4）的集电极与其基极之间连接有第十四电阻（r14），所述第二三极管（q4）的集电极与其发射极之间连接有第五二极管（d5）；

9.根据权利要求8所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述初级驱动电路（10）还包括初级开关单元（12），所述初级开关单元（12）包括第五mos管（q5），所述第五mos管（q5）的栅极通过第十五电阻（r15）连接所述图腾柱输出节点，所述图腾柱输出节点还通过第十二电阻（r12）连接所述驱动变压器（20）的初级绕组的一端，所述第五mos管（q5）的漏极用于连接所述驱动变压器（20）的初级绕组的另一端，所述第五mos管（q5）的源极连接参考地电位（gnd）；所述第五mos管（q5）的栅极与其源极之间连接有第十六电阻（r16）。

10.根据权利要求9所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述第五mos管（q5）的漏极与所述驱动变压器（20）的初级绕组之间连接有所述第一电感（l1）；

11.根据权利要求9所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述初级驱动电路（10）还包括电压吸收单元（13），所述电压吸收单元（13）包括第六二极管（d6）、第十七电阻（r17）和第一电容（c1），所述第六二极管（d6）连接于所述第十七电阻（r17）的一端与所述第五mos管（q5）的漏极之间，所述第十七电阻（r17）的另一端连接驱动电源（vdrive），所述第一电容（c1）与所述第十七电阻（r17）并联设置。

12.根据权利要求1所述的开关管隔离式驱动电路，其特征在于，所述驱动变压器（20）包括一个初级绕组和两个次级绕组，所述初级绕组与两个所述次级绕组的匝数比为1:1:1。

13.一种双管正激变换器，其特征在于，包括控制芯片（u）、第一开关管、第二开关管以及如权利要求1至12中任一项所述的开关管隔离式驱动电路，所述控制芯片（u）用于向所述开关管隔离式驱动电路输入脉宽调制信号，所述开关管隔离式驱动电路用于根据所述脉宽调制信号控制所述第一开关管和所述第二开关管导通或关断。