产生正负电压的驱动器的制作方法

1.本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种产生正负电压的驱动器。


背景技术：

2.现有的技术中，对于普通mosfet(metal oxide semiconductor field effect transistor-金属氧化物半导体场效应晶体管)、sic-mosfet及igbt(insulated gate bipolar transistor-绝缘栅双极型晶体管)等晶体管的驱动器，为了保证mosfet、sic-mosfet及igbt等可以有效的关断，一般需要使用负电压。负电压可使晶体管在关断时mosfet/sic-mosfet的vgs(栅极源极最大驱动电压)或者igbt的vge(栅极发射极最大驱动电压)的电压值为负。
3.参考图1所示，一种常用的直接方法，就是使用一正一负两路电源提供正负电压，即通过正电源vpos及负电源vneg直接设置电压输出端vout与基准端的压差从而使晶体管导通。具体来说这里所说的正负电压都是相对com点(基准端)来说的，也就是mosfet、sic-mosfet的源极或是igbt等晶体管的发射极。
4.对于一些系统，如果系统内有一个浮动的电压源，则可以通过图2所示的电路产生一正一负两个电压。其中，电阻rz会给电容cneg充电，直到电容cneg上的电压被稳压二极管dz钳位，稳压二极管的稳压值就是电容cneg上的电压。电容cpos上的电压值就是vsupply-vdz。这种用稳压二极管的方式负电压变化比较大，负压幅值调节并不方便。
5.综上所示，现有的产生正负电压的驱动器结构存在以下问题：负电压的幅值随不同的应用条件变化较大，负电压的幅值调节不方便，且电路有额外的功耗损失。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种产生正负电压的驱动器，以解决驱动器电路的负电压幅值变化较大不能精准控制以及存在额外功耗的问题。
7.根据本实用新型的第一方面，提供了一种产生正负电压的驱动器，用于驱动开关管，包括：上驱动器、下驱动器、浮动电压源及稳压电路；
8.所述上驱动器的第一端设置为正驱动电压端，所述上驱动器的第二端与所述下驱动器第一端连接且两者间设有电压输出端，所述下驱动器的第二端设置为负驱动电压端；
9.所述浮动电压源的第一端与所述正驱动电压端连接，所述浮动电压源的第二端与所述负驱动电压端连接；
10.所述开关管的驱动电压端与所述电压输出端连接，所述开关管的基准端与所述稳压电路的第一端连接；
11.所述稳压电路的第二端与所述正驱动电压端连接，所述稳压电路的第三端与所述负驱动电压端连接。
12.可选的，还包括正电压稳压电容及负电压稳压电容；所述正电压稳压电容的第一端与所述正驱动电压端连接，所述正电压稳压电容的第二端与所述开关管的基准端连接；
所述负电压稳压电容的第一端与所述开关管的基准端连接，所述负电压稳压电容的第二端与所述负驱动电压端连接。
13.可选的，所述稳压电路包括限流电阻及负反馈电路；所述限流电阻的一端与所述基准端连接，所述限流电阻的另一端与所述正驱动电压端连接；所述负反馈电路的正向电压端与所述基准端连接，所述负反馈电路的负向电压端接入参考电压，所述负反馈电路的输出端与所述负驱动电压端连接。
14.可选的，所述稳压电路包括电流源及负反馈电路；所述电流源的一端与所述基准端连接，所述电流源的另一端与所述正驱动电压端连接；所述负反馈电路的正向电压端与所述基准端连接，所述负反馈电路的负向电压端接入参考电压，所述负反馈电路的输出端与所述负驱动电压端连接。
15.可选的，所述负反馈电路包括第一放大器及第一晶体管，所述第一放大器的第一输入端与所述基准端连接，所述第一放大器的第二输入端输入参考电压，所述第一放大器的输出端与所述第一晶体管的信号输入端连接，所述第一晶体管的信号输出端与所述基准端连接，所述第一晶体管的第三端与所述负驱动电压端连接。
16.可选的，所述稳压电路包括第二晶体管、第三晶体管及第二放大器；所述第二晶体管的第一端与所述正驱动电压端连接，第二端与所述第二放大器的第一输出端连接；第三端与所述基准端连接；所述第三晶体管的第一端与所述基准端连接，第二端与所述第二放大器的第二输出端连接，第三端与所述负驱动电压端连接。
17.可选的，所述浮动电压源为反激变换器，所述反激变换器包括：二极管、变压器、开关及电源；所述变压器的初级线圈分别连接所述电源及开关的一端，所述开关的另一端接地，所述变压器的次级线圈的一端通过所述二极管与所述正驱动电压端连接，另一端与所述负驱动电压端连接。
18.可选的，所述反激变换器还包括：隔离电容，所述隔离电容的一端与所述正驱动电压端连接，另一端与所述负驱动电压端连接。
19.可选的，还包括：隔离电路，所述隔离电路的输出端分别与所述上驱动器、下驱动器连接，所述隔离电路的输入端与所述电源及初级线圈间的连接节点连接。
20.可选的，还包括：与门电路及逻辑控制器，所述与门电路的两个输入端分别与采集所述正电压稳压电容及负电压稳压电容处电压的电压采集器的输出端连接，所述与门电路的输出端与所述逻辑控制器的输入端连接，所述逻辑控制器的输出端分别与所述上驱动器、下驱动器连接。
21.本实用新型提供的产生正负电压的驱动器通过设置浮动电压源与稳压电路，实现对浮动电压源的稳压分压以得到被驱动的开关管(负载管)所需要的正负电压。其中，稳压电路的设置使得驱动器产生的负电压的幅值变化范围较大，负电压的幅值调节更加方便，电路静态功耗较低，没有额外的功耗损失。
22.同时，本实用新型通过设置与门电路及逻辑控制器，使得正电压稳压电容及负电压稳压电容的电压均达到预设阈值时，与门电路输出使能信号控制逻辑控制器驱动开关管，进一步保证了驱动器工作的可靠性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是现有的正负电压驱动器结构；
25.图2是现有的改进型正负电压驱动器结构；；
26.图3是本实用新型一实施例中产生正负电压的驱动器电路组成示意图；
27.图4是本实用新型一优选实施例中产生正负电压的驱动器电路组成示意图；
28.图5是本实用新型一实施例中产生正负电压的驱动器的稳压电路图；
29.图6是本实用新型一变形实施例中产生正负电压的驱动器的稳压电路图；
30.图7是本实用新型另一实施例中产生正负电压的驱动器的稳压电路图；
31.图8是本实用新型一优选实施例中驱动器的浮动电压源电路图；
32.图9是本实用新型一应用例中驱动器的浮动电压源电路图；
33.图10是本实用新型一应用例中产生正负电压的驱动器的电路图；
34.图11是本实用新型一应用例中产生正负电压的驱动器的工作时序图。
具体实施方式
35.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
37.下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
38.参考图3，是本实用新型一实施例中产生正负电压的驱动器的结构示意图。该产生正负电压的驱动器用于驱动开关管30，如普通mosfet、sic-mosfet及igbt等晶体管。具体地，该产生正负电压的驱动器包括：上驱动器10、下驱动器20、稳压电路40及浮动电压源50；其中：
39.上驱动器10的第一端设置为正驱动电压端vcc，上驱动器10的第二端与下驱动器第一端连接且两者间设有电压输出端vout，下驱动器20的第二端设置为负驱动电压端vee；
40.浮动电压源50的第一端与正驱动电压端vcc连接，浮动电压源50的第二端与负驱动电压端vee连接；
41.开关管30的驱动电压端与电压输出端vout连接，开关管的基准端com与稳压电路40的第一端连接；
42.稳压电路40的第二端与正驱动电压端vcc连接，稳压电路的第三端与负驱动电压端vee连接。该稳压电路配置为基于浮动电压源进行分压从而提供上述的正驱动电压端vcc与基准端com间的正电压及基准端com与负驱动电压端vee的负电压，以在得到的正电压及负电压达到预设阈值时驱动开关管。
43.该产生正负电压的驱动器基于浮动电压源50，通过设置稳压电路，将浮动电压源50提供的电压分压成所需要的正电压vpos和负电压vneg。当需要进行开关管的关断时，该驱动器工作，可通过稳压电路40对浮动电压源50逐步完成分压，使得施加在开关管所连接的电压输出端vout及其基准端com上的压差满足关断条件，实现mosfet、sic-mosfet及igbt等开关管在负电压条件下的有效关断。
44.参考图4所示，进一步地，该产生正负电压的驱动器还包括正电压稳压电容cpos、负电压稳压电容cneg。本实施例中，上驱动器10及下驱动器20分别设置为一晶体管。上驱动器10导通时，正驱动电压端的电压vcc加载在基准端com上，上驱动器10关断时，负驱动电压端的电压vee加载在基准端com上。其中，正电压稳压电容cpos的第一端与正驱动电压端vcc连接，正电压稳压电容cpos的第二端与负电压稳压电容cneg的第一端连接且连接处与开关管的基准端com连接，负电压稳压电容cneg的第二端与负驱动电压端vee连接。这里的正电压稳压电容cpos、负电压稳压电容cneg分别对应产生本实用新型的驱动器所需要的正电压及负电压。具体地，当驱动器工作时，首先浮动电压源对正电压稳压电容cpos、负电压稳压电容cneg进行充电，直到负电压稳压电容cneg上的电压被稳压电路40稳压控制至驱动开关管所需要的负电压值时停止对稳压电容的充电，得到该驱动器所需要的正电压及负电压，此时，开关管实现关断控制。
45.进一步的，参考图5所示，稳压电路40设置为包括负反馈电路及限流电阻rc。限流电阻rc的一端与基准端com连接，限流电阻rc的另一端与正驱动电压端vcc连接。其中，负反馈电路的正向电压端与限流电阻rc(也即与基准端com)连接，负反馈电路的负向电压端接入参考电压vref，负反馈电路的输出端与负驱动电压端vee连接。这里的限流电阻rc可以对流过该支路的电流进行限流，使得稳压电路对负电压稳压电容cneg进行充电，使其电压达到断开开关管所需要的负电压，并在充电完成后保持该支路的电压为与负电压对应的正电压。通过该负反馈电路实现将负电压稳压电容cneg上的负电压值稳定在参考电压vref，参考电压vref可根据需要进行自由调整。这种负反馈电路的应用适用于负电压变化较大的情况，更方便调节负压的幅值。同时，由于属于闭环控制，负电压稳压电容cneg上的电压不随应用条件的不同而变化。
46.在另一变形实施例中，参考图6所示，稳压电路40设置为包括负反馈电路及电流源ic。电流源ic的一端与基准端com连接，电流源ic的另一端与正驱动电压端vcc连接。该实施例中，稳压电路40的负反馈电路的正向电压端与电流源ic(也即与基准端com)连接，负反馈电路的负向电压端接入参考电压vref，负反馈电路的输出端与负驱动电压端vee连接。这里使用电流源ic替换电阻rc，可以使得对稳压电容进行充电的过程中，该支路流过的电流不需要随该支路电压进行变化，流过的电流更加稳定，进而工作效率更高。通过该负反馈电路实现将负电压稳压电容cneg上的负电压的值稳定在参考电压vref，参考电压vref可根据需
要进行自由调整。这种负反馈电路的应用适用于负电压变化较大的情况，更方便调节负压的幅值。同时，由于属于闭环控制，负电压稳压电容cneg上的电压也不会随着应用条件的不同而变化。
47.进一步优选地，参考图5及图6所示，上述实施例中的负反馈电路包括第一放大器及第一晶体管nc，该第一放大器的第一输入端(作为负反馈电路的正向电压端)与上述的限流电阻rc或电流源ic(也即基准端com)连接，而第一放大器的第二输入端(作为负反馈电路的负向电压端)输入参考电压vref。第一放大器的输出端与第一晶体管nc的信号输入端连接，第一晶体管的信号输出端与基准端com连接，第一晶体管的第三端与负驱动电压端vee连接。该负反馈电路的电路结构类似于a类放大器的输出级，其中，该稳压电路中的限流电阻rc或电流源ic的取值需要根据具体应用的最差情况进行设定，从而保证电路在最差的情况下也能工作。
48.在另一优选实施例中，参考图7所示，本实施例的稳压电路包括第二晶体管nc、第三晶体管pc及第二放大器；其中，第二晶体管nc的第一端与正驱动电压端vcc连接，第二端与第二放大器的第一输出端连接，第三端与基准端com连接；第三晶体管pc的第一端与基准端com连接，第二端与第二放大器的第二输出端连接，第三端与负驱动电压端vee连接。该稳压电路的结构类似ab类放大器的输出级，可以根据实际的负载需要灵活的调整充放电的电流大小，从而可以在不同的应用条件下都能实现最优的性能，这种稳压电路结构可以进一步避免上述实施例中采样类似a类放大器的输出级电路所造成的问题，即根据最差情况设定电阻及电流值在正常情况下会产生额外功耗损失。
49.参考图8所示，本实施例中的浮动电压源设置为反激变换器，该反激变换器包括：二极管、变压器、开关及电源。其中，变压器的初级线圈分别连接电源及开关的一端，开关的另一端接地；而变压器的次级线圈的一端通过二极管与正驱动电压端vcc连接，变压器的次级线圈的另一端与负驱动电压端vee连接。应当注意，这里采用反激变换器作为浮动电压源仅为本实用新型的一个示例，本领域的技术人员可以根据需要将反激变换器替换为其他形式的浮动电压源。
50.在进一步的优选实施例中，参考图9所示，反激变换器还包括：隔离电容c1，该隔离电容的一端与正驱动电压端vcc连接，另一端与负驱动电压端vee连接。由于隔离驱动本身就需要一个隔离的电源，这时候上述的反激变换器直接使用变压器做成的隔离电源，以产生需要的浮动电压源，从而产生正电压和负电压来驱动开关管(负载管)。
51.再次参考图9所示，该产生正负电压的驱动器在具体应用中，还包括：隔离电路60。隔离电路60的输出端分别与上述的上驱动器及下驱动器连接，隔离电路60的输入端与上述的反激变换器的电源及初级线圈间的连接节点连接。其中，本实施例中的隔离电路60进一步包括：放大器a1、发射电路tx、接收电路rx、逻辑电路logics，放大器a1的两个电源端与上述的反激变换器的电源的两端连接，其输出端与发射电路tx连接，发射电路tx与接收电路rx耦合连接，接收电路rx的输出端与逻辑电路logics连接，逻辑电路logics的两个输出端分别与上驱动器及下驱动器连接，以实现对上驱动器晶体管及下驱动器晶体管的逻辑控制。其中，通过发射电路tx与接收电路rx间耦合，实现信号的隔离。通过使用隔离电路60，可以使得该电路完成输入电源与驱动器作用在开关管上的电压输出端vout间的有效隔离，以及通过逻辑电路logics更好地控制上驱动器及下驱动器的通断，使得开关管的关断控制更
加灵活可控。
52.在另一优选实施例中，进一步参考图10所示，该产生正负电压的驱动器还包括：与门电路and及逻辑控制器logics。其中，与门电路and的两个输入端分别与采集正电压稳压电容cpos及负电压稳压电容cneg的电压的电压采集器的输出端连接(即正电压采集器uvlop及正电压采集器uvlon)，与门电路and的输出端与逻辑控制器logics的输入端连接，逻辑控制器logics的输出端分别与上述的上驱动器、下驱动器连接。其中，这里的uvlop为设置的正电压阈值，uvlon为设置的负电压阈值。这里为了保证输出为高的时候驱动电压不要过压，必须等负电压建立完成后才能开关，在此之前一直是下驱动器导通，输出是vee。正电压采集器uvlop及正电压采集器uvlon同时采集正电压稳压电容cpos及负电压稳压电容cneg的电压，当正电压及负电压均超过对应的阈值时，与门电路and输出使能信号，控制逻辑控制器logics驱动，才导通上驱动器。
53.参考图11所示，为该产生正负电压的驱动器工作的时序图，正电压稳压电容cpos上一开始的电压vcc-com接近浮动电压源的电压幅值，随着负电压稳压电容cneg被充电，负电压稳压电容cneg上的电压vee-com(负电压)上升，正电压稳压电容cpos上的电压vcc-com下降。当负电压稳压电容cneg上的电压达到设定值vee-com(ok)后，使能逻辑控制电路，上驱动器才可以开始导通。在此之前下驱动器一直导通，输出电压vout跟随vee的电压。即该产生正负电压的驱动器产生的正、负电压均达到预期(vcc-com(ok)及vee-com(ok)均为达到阈值)，才使与门电路工作，逻辑控制器logics控制导通上驱动器，输出有效信号vout以控制开关管的关断。
54.综上所述，本实用新型提供的产生正负电压的驱动器通过设置浮动电压源与稳压电路，实现对浮动电压源的稳压分压以得到被驱动的开关管(负载管)所需要的正负电压。其中，稳压电路的设置可以使得正电压及负电压达到预设阈值时才开始驱动开关管，并可以通过稳压电路设置所需要的电压，设置方式更加灵活，可变范围较大，易于控制。
55.同时，本实用新型通过设置与门电路及逻辑控制器，使得正电压稳压电容及负电压稳压电容的电压均达到预设阈值时，与门电路输出使能信号控制逻辑控制器驱动开关管，进一步保证了驱动器工作的可靠性。
56.此外，由于本实用新型设置的稳压电路，使得驱动器产生的负电压的幅值变化范围较大，负电压的幅值调节更加方便，电路静态功耗较低，没有额外的功耗损失。
57.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。