一种源极同步驱动电路的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源设计领域，特别涉及一种源极同步驱动电路。


背景技术：

2.近年来，随着光伏储能行业和高压输电等行业的快速发展，其配电系统的输入电压高达几千伏，现有的传统变换器很难有合适的高压管来满足设计需求，因此市面上出现一些将多个mos管串联起来拓宽输入电压的拓扑，但是这些拓扑需要确保多个mos管开通的一致性，因此需要加入驱动变压器来进行同步驱动，而驱动变压器的加入，无疑会增加系统的成本和体积，不利于系统小体积、高功率密度的发展方向。而源极驱动的主要原理是将mos管的栅极电压固定在一定的数值，通过改变其源极电压从而控制mos管的开关状态，在拓宽输入电压的同时，无需使用驱动变压器，因此可以大大减小电源系统的体积。
3.现有的源极驱动电路参考图1，主要包括开关管q1、开关管q2、电阻r1、钳位电容c1、稳压管d1、稳压管d2、变压器t1及输出电路和辅助供电电路，由于开关管q1和开关管q2的导通与关断存在一定的时间延迟，当开关管q2关断，开关管q1关断过慢时，会导致主功率电流流经开关管q1、稳压管d2，流入稳压管d1，导致稳压管d1吸收过大电流，从而导致功率开关管导通时的漏源极电压不为零，因此开关管q1和开关管q2两端流过的电压和流过的电流有明显的交叠区，在此交叠区产生的开关损耗会造成系统效率低和稳压管d1发热的问题，且随着开关频率的增加，稳压管d1的温升会进一步加剧，因此限制了开关电源的高频化发展，同时难以缩小系统的体积和功率密度提升，若能同步源极驱动开关管q1和开关管q2的关断时间，减少稳压管d1吸收的电流，则可以大大提升源极驱动变换器的系统性能。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种源极同步驱动电路，主要应用于宽压输入下的开关电源，有效降低稳压管的损耗，提升开关电源的效率。
5.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种源极同步驱动电路，应用于采用源极驱动的反激变换器，所述反激变换器包括输入电路、输出电路和变压器t1，输入电路通过变压器t1与输出电路相连接，其中，所述输入电路包括电阻r1、电容c1、开关管q1、开关管q2、稳压管d1和稳压管d2；原边输入端依次串联变压器t1原边绕组p1的第一端、变压器t1原边绕组p1的第二端、开关管q1的漏极、开关管q1的源极、开关管q2的漏极、开关管q2的源极和原边输入地，原边输入端还依次串联电阻r1的第一端、电阻r1的第二端、稳压管d1的阴极、稳压管d1的阳极和原边输入地，电容c1并联在稳压管d1的两端，稳压管d2的阳极与开关管q1的源极连接，稳压管d2的阴极与开关管q1的栅极连接，开关管q2的栅极与pwm ic的驱动脚连接；
7.所述源极同步驱动电路包括：高低侧驱动ic、二极管d5和电容c4，二极管d5的阳极与辅助供电电路的供电端连接，二极管d5的阴极与电容c4的第一端连接，电容c4的第二端与开关管q2的漏极连接，高低侧驱动ic的信号输入脚连接pwm ic的驱动脚，高低侧驱动ic
的高侧供电脚连接电容c4的第一端，高低侧驱动ic的高侧参考地脚连接电容c4的第二端，高低侧驱动ic的高侧输出脚连接开关管q1的栅极。
8.优选地，所述辅助供电电路包括变压器t1的副边绕组s2、二极管d4和电容c3，变压器t1的副边绕组s2的第一端连接二极管d4的阳极，二极管d4的阴极连接电容c3的第一端和辅助供电电路的供电端vcc，变压器副边绕组s2的第二端连接电容c3的第二端和原边输入地。
9.优选地，所述辅助供电电路包括变压器t1的辅助绕组s3、二极管d6和电容c5，变压器t1的辅助绕组s3的第一端连接二极管d6的阳极，二极管d6的阴极连接电容c5的第一端和辅助供电电路的供电端vcc_h，变压器副边绕组s3的第二端连接电容c5的第二端和高低侧驱动ic的高侧参考地脚。
10.本实用新型的工作原理后面会结合具体实施例进行详细说明，此处不赘述，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
11.1、本实用新型通过增加同步驱动电路，可以提高开关管q1的关断速度，避免在开关管q2关断，开关管q1关断过慢时，主功率电流流经钳位稳压管d1，减小稳压管d1的损耗和降低稳压管d1的温升，解决高压输入开关电源产品中对开关管选型苛刻、稳压管d1损耗大、系统效率低，无法高频化的问题，提升开关电源系统的性能。
12.2、本实用新型电路结构简单，器件选型简单。
附图说明
13.图1为现有的源极驱动电路的原理图；
14.图2为本实用新型源极同步驱动电路第一实施例的原理图；
15.图3为本实用新型源极同步驱动电路第一实施例的波形图；
16.图4为本实用新型源极同步驱动电路第二实施例的原理图。
具体实施方式
17.第一实施例
18.图2为本实用新型源极同步驱动电路第一实施例的原理图，应用于采用源极驱动的反激变换器，反激变换器包括输入电路、变压器t1、输出电路和辅助供电电路，输入电路通过变压器t1与输出电路和辅助供电电路相连接，其中，变压器t1由原边绕组p1、副边绕组s1和辅助绕组s2组成；输入电路包括电阻r1、电容c1、开关管q1、开关管q2、稳压管d1和稳压管d2，原边输入端vin依次串联变压器t1原边绕组p1的第一端、变压器t1原边绕组p1的第二端、开关管q1的漏极、开关管q1的源极、开关管q2的漏极、开关管q2的源极和原边输入地gnd，原边输入端vin还依次串联电阻r1的第一端、电阻r1的第二端、稳压管d1的阴极、稳压管d1的阳极和原边输入地gnd，电容c1并联在稳压管d1的两端，稳压管d2的阳极与开关管q1的源极连接，稳压管d2的阴极与开关管q1的栅极连接，开关管q2的栅极与pwm ic的驱动脚连接；输出电路包括电容c2、二极管d3和二极管d4，输出绕组s1的第一端连接二极管d3的阳极，二极管d3的阴极连接电容c2的第一端和副边输出端vout ，副边绕组s2的第二端连接二极管c2的第二端和副边输出端vout-；辅助供电电路包括二极管d4和电容c3，辅助绕组s2的第一端连接二极管d4的阳极，二极管d4的阴极连接电容c3的第一端和辅助供电电路的供电
端vcc，辅助绕组s2的第二端连接电容c3的第二端和原边输入地gnd。
19.源极同步驱动电路包括：高低侧驱动ic、二极管d5和电容c4，二极管d5的阳极与辅助供电电路的供电端vcc连接，二极管d5的阴极与电容c4的第一端连接，电容c4的第二端与开关管q2的漏极连接，高低侧驱动ic的信号输入脚hi连接pwm ic的驱动脚，高低侧驱动ic的高侧供电脚vb连接电容c4的第一端，高低侧驱动ic的高侧参考地脚vs连接电容c4的第二端，高低侧驱动ic的高侧输出脚ho连接开关管q1的栅极。
20.图3为本实用新型源极同步驱动电路第一实施例的波形图，本实施例源极同步驱动电路的工作原理为：
21.在pwm ic给出的控制信号由低电平切换为高电平时，开关管q2导通，开关管q1的源极电压被拉低，而开关管q1的栅极电位维持不变，由于开关管q1的栅-源极电压vgs增大，当达到开关管q1的开通阈值电压vth时，开关管q1被动导通。
22.当pwm ic给出的控制信号由高电平切换为低电平时，开关管q2关断，开关管q1的源极电位逐渐抬高，而开关管q1的栅极电位不变，开关管q1的栅-源极电压vgs逐渐减小，直到开关管q1的阈值电压低于关断阈值电压时，开关管q1开始截止。开关管q2的vds电压通过稳压管d1进行钳压，由于开关管q2相对于开关管q1关断要缓慢存在一定的时间延迟，即时间t1，导致il电流流经开关管q1和稳压管d2，进而流入稳压管d1，导致稳压管d1吸收过大电流，稳压管d1上的电压vz1和流过的电流iz1交叠，形成很大的损耗，发热严重。
23.通过加入源极同步驱动电路，在pwm ic给出的控制信号由低电平切换为高电平时，同步将信号给高低侧驱动ic，开关管q2开始导通，开关管q1的源极电压被拉低，vcc电压通过二极管d5对自举电容c4进行充电，此时高低侧驱动ic高侧输出脚的ho脚输出高电平，抽取自举电容c4的电压驱动开关管q1，实现开关管q1的快速开通，减少开关管q1的开关损耗。
24.在pwm ic给出的控制信号由高电平切换为低电平时，同步将信号给高低侧驱动ic，开关管q2开始截止，此时高低侧驱动ic高侧输出脚的ho脚输出低电平，利用高低侧驱动ic低延迟的特性，加快关断开关管q1，进而减小流入稳压管d1的电流，减小t1的时间，进而降低稳压管d1的损耗。关断后vs点电压抬升，利用二极管d5起到防倒灌的作用，保护辅助供电电路的供电端vcc。
25.本实用新型通过将高低侧驱动ic的高边侧参考地拉低，供电电压通过二极管d5对电容c4进行充电，在pwm ic给控制信号时，同步将信号给高低侧驱动ic，为源极驱动上管(开关管q1)同步输出驱动信号，实现对源极驱动上管(开关管q1)的快速开关，避免上管(开关管q1)关断太慢导致稳压管d1吸收过大主功率电流而损坏。本实用新型可以实现源极驱动电路同步驱动，提升开关电源的效率。
26.第二实施例
27.图4为本实用新型源极同步驱动电路第二实施例的原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：本实施例中，辅助供电电路包括变压器t1的辅助绕组s3、二极管d6和电容c5，变压器t1的辅助绕组s3的第一端连接二极管d6的阳极，二极管d6的阴极连接电容c5的第一端和辅助供电电路的供电端vcc_h，变压器副边绕组s3的第二端连接电容c5的第二端和gnd_h端口，gnd_h端口与源极同步驱动电路的高低侧驱动ic的高侧参考地脚和电容c4的第二端连接，源极同步驱动电路的二极管d5的阳极连接到辅助供电电路的供电端vcc_h，二极
管d5的阴极连接到电容c4的第一端，电容c4的第二端连接到开关管q2的漏极和gnd_h端口，其他电联接关系不变。
28.本实施例与第一实施例工作原理的主要区别为：pwm ic给出的控制信号由低电平切换为高电平时，开关管q2开始导通，通过增加辅助绕组s3，二极管d5整流，对电容c5进行充电，可以加快对电容c4的充电速度。vcc_h电压通过二极管d3对自举电容c4进行充电，进而加快关断开关管q1，进而减小流入稳压管d1的电流，减小t1的时间，进而降低稳压管d1的损耗。本实施例的其它工作过程与第一实施例相同，在此不再叙述。
29.以上仅是实用新型的实施方式，需要特别指出的是，上述实施方式不应视为对实用新型的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。