CN108365743A - 一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，该多路同步触发电路包括用以产生正负双极性脉冲信号的原边驱动电路、磁隔离变压器、副边驱动控制模块和多个被控半导体开关，所述的磁隔离变压器的原边线圈与原边驱动电路连接，副边线圈分别通过多个副边驱动控制模块产生不同时序的同步驱动信号，用以驱动被控半导体开关。与现有技术相比，本发明具有提高驱动效率、降低复杂性、提供负电压偏置等优点。

Description

一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路
技术领域
本发明涉及脉冲调制技术领域，尤其是涉及一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路。
背景技术
在脉冲调制技术领域，常常通过开关管的串并联技术来实现高电压脉冲输出，因此需要对多个开关管进行同步驱动，并且需要采用多组开关管的开通与关断来实现脉冲波形的调制，输出不同的脉冲波形。
在常见的同步驱动方案中，在使用铁芯隔离的条件下，由于磁芯的饱和，驱动信号的脉宽收到了极大的影响。
在高压脉冲电源中，由于输出脉冲具有快速的电压或电流前沿，会产生很强的电磁干扰，从而导致开关管的误触发而形成短路故障。因此，需要在开关管关断时在门极施加负电压偏置，使其处于可靠关断状态，增强其抗干扰能力。
介质阻挡放电的条件下，通常为容性负载，具有严重的拖尾效应。只有当负载电荷释放完全后才能有效地进行下一放电，严重的限制了脉冲频率。研究表明，方波高压脉冲在脉冲后沿为介质阻挡放电负载提供短路通道，使其残余电压快速下降到零，该反向放电电流会产生二次放电，提高放电效率，带截尾回路的方波Marx 发生器应运而生，而现在还没有一种驱动电路适用于方波Marx发生器。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，该多路同步触发电路包括用以产生正负双极性脉冲信号的原边驱动电路、磁隔离变压器、副边驱动控制模块和多个被控半导体开关，所述的磁隔离变压器的原边线圈与原边驱动电路连接，副边线圈分别通过多个副边驱动控制模块产生不同时序的同步驱动信号，用以驱动被控半导体开关。
优选地，所述的原边驱动电路为逆变电路，包括半桥逆变电路。
优选地，所述的磁隔离变压器工作在升压模式，用以提高副边线圈的电压值。
优选地，所述的被控半导体开关为Marx发生器半导体开关。
优选地，所述的副边驱动控制模块为多个结构相同但延时不同的驱动电路。
优选地，所述的副边驱动控制模块包括第一MOSFET管、第二MOSFET管、微分电路和三极管，所述的微分电路包括电容和第一电阻，所述的第一MOSFET 管的源极与副边线圈一端连接，门极与副边线圈另一端连接，漏极依次通过电容和第一电阻与三极管的基极连接，所述的第二MOSFET管的源极与副边线圈另一端连接，门极与第一MOSFET管的漏极连接，漏极与三极管的发射极连接，所述的三极管的集电极通过第二电阻与第一MOSFET管的漏极连接，所述的被控半导体开关的基极与三极管的集电极连接，所述的三极管的发射极与被控半导体开关的集电极连接。
优选地，所述的副边驱动控制模块还包括连接在三极管基极和发射极之间的第三电阻。
优选地，所述的副边驱动控制模块的延时时间由电容和第一电阻设置。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明切实的减少了半数的磁芯与一半的驱动信号，优化了电磁环境，缩小了相同拓扑驱动电路和主电路的体积，提高了驱动效率，有效地降低了成本。
二、本发明和传统的使用驱动芯片逐级驱动相比，不需要给多块驱动芯片隔离供电的电源，所用元器件较少，降低了驱动电路的复杂性。
三、由于本驱动方案能提供负电压偏置，且只需要一路驱动信号即可获得多路同步驱动信号，因此大大降低了该驱动方案的复杂性、提高了整个***的抗干扰能力。
四、本发明所采取的驱动电路拓扑，由于采取了双金属半导体氧化物场效应管，所以脉宽不受铁磁隔离的限制，不用采取额外的驱动芯片。
附图说明
图1为驱动电路的整体原理图。
图2为驱动信号发生部分原理图。
图3为磁隔离部分示意图。
图4为驱动控制模块原理图。
图5为驱动控制模块输入输出波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明提供一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，技术方案如下：
首先在中央控制部分产生模拟信号，可以控制的驱动信号的脉宽﹑相位以及频率，其输出的信号控制逆变电路中的开关管的通断，开关管可以选用MOSFET和 IGBT等，从而生成双极性电压波形，其负载端经连接线穿入铁磁隔离部分的磁芯孔中作为原边，从而达到多个变压器共原边的目的。
此后，由于串联穿入多级磁芯，其具有分压作用，所以磁隔离变压器可以采用升压模式来提高副边输出信号电压幅值。
经隔离后驱动控制模块的输入端，输入幅值要满足半导体开关管的驱动电压，其正负极性根据开关管的型号选取而异。当输入信号经由两个金属半导体氧化物场效应管构成的驱动电路后，其主要原理在于构成了一个等效的积分电路，所以有维持电压的作用，而后输出的电压经过延迟触发电路，将首先经过微分电路，再触发双极结型晶体管，可以将主电路中的开关短路，使其得不到驱动电压，起到延迟驱动的目的，具体的延迟时间与微分电路的参数选取有关。
在控制半导体开关管时，由于耦合系数原因，在半桥信号的正电位与负电位之间，未加延时电路的开关管将率先导通，经由延迟电路所产生的死区时间后，其对应的开关管将延时导通，从而产生不同时序的多路信号。
图1为本发明的整体原理图，如图1所示，本发明包括由模拟信号模块构成的中央控制部分1﹑逆变电路2﹑磁隔离部分3﹑驱动控制模块4﹑半导体开关5组成部分。
如图2所示，逆变电路2的结构包括，半导体开关6，电容7，以及直流电源 9和连接线等构成。由中央控制部分1的模拟信号模块输出两路信号，使逆变电路 2在负载端生成正负双极性脉冲信号。如图3所示，铁磁隔离部分3由磁芯8以及原边线圈10和副边线圈11组成原边线圈10与逆变电路2的负载端相连，副边线圈11与驱动控制模块4相连。驱动控制模块4分为驱动模块Sn12和驱动模块Dn13，二者原理相同，仅时序不同。最后驱动Marx发生器的半导体开关5。
如图4所示，驱动控制模块4包含两个金属半导体氧化物场效应管(MOSFET 管)14，即M1和M2，微分电路15以及双极结型晶体管(三极管)16。当开通信号来临，经M1内部的寄生二极管使M2导通，再通过由C1和R1构成的微分电路15，使Q1导通，此时将Marx发生器的半导体开关5门极被Q1短路，无开通信号，开关管继续保持关断，直到R1C1所决定的延迟时间之后，Q1关断，半导体开关门极被充到正电压，从而进入导通状态。当开通信号消失后，M2随之关断，此时门极电容上的电荷没有释放通道，从而维持在之前的导通状态。同理，当关断信号来临，经由M2的寄生二极管使M1导通，Marx发生器半导体开关门极电压为负，获得负偏压，从而使其可靠关断。但是由于BJT等效的二极管，使门极电容上的电荷得到释放通道，负电压无法长时间维持。如图5所示，驱动控制模块4 的输入波形17和输出波形18，前端不重合部分即为设置的延迟时间。
本发明提出一种简洁高效的驱动方案，只需一路驱动信号即可产生所需多组多个开关管的同步隔离触发，通过磁隔离技术实现信号的同步触发，通过延时电路产生多路不同时序的信号，通过控制驱动模块实现任意脉宽的带负电压偏置的门极驱动功能，本发明极大地优化了驱动控制方式，减少了至少一半的驱动信号和隔离磁芯，不仅节约了成本，缩小了***体积，并且减少了电磁环境的复杂性，使整个***更加稳定可靠。

Claims (8)

1.一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，其特征在于，该多路同步触发电路包括用以产生正负双极性脉冲信号的原边驱动电路、磁隔离变压器、副边驱动控制模块(4)和多个被控半导体开关(5)，所述的磁隔离变压器的原边线圈与原边驱动电路连接，副边线圈分别通过多个副边驱动控制模块(4)产生不同时序的同步驱动信号，用以驱动被控半导体开关(5)。
2.根据权利要求1所述的一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，其特征在于，所述的原边驱动电路为逆变电路(2)，包括半桥逆变电路。
3.根据权利要求1所述的一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，其特征在于，所述的磁隔离变压器工作在升压模式，用以提高副边线圈的电压值。
4.根据权利要求1所述的一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，其特征在于，所述的被控半导体开关(5)为Marx发生器半导体开关。
5.根据权利要求1所述的一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，其特征在于，所述的副边驱动控制模块(4)为多个结构相同但延时不同的驱动电路。
6.根据权利要求5所述的一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，其特征在于，所述的副边驱动控制模块(4)包括第一MOSFET管(M1)、第二MOSFET管(M2)、微分电路(15)和三极管(Q1)，所述的微分电路(15)包括电容(C1)和第一电阻(R1)，所述的第一MOSFET管(M1)的源极与副边线圈一端连接，门极与副边线圈另一端连接，漏极依次通过电容(C1)和第一电阻(R1)与三极管(Q1)的基极连接，所述的第二MOSFET管(M2)的源极与副边线圈另一端连接，门极与第一MOSFET管(M1)的漏极连接，漏极与三极管(Q1)的发射极连接，所述的三极管(Q1)的集电极通过第二电阻(R2)与第一MOSFET管(M1)的漏极连接，所述的被控半导体开关(5)的基极与三极管(Q1)的集电极连接，所述的三极管(Q1)的发射极与被控半导体开关(5)的集电极连接。
7.根据权利要求6所述的一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，其特征在于，所述的副边驱动控制模块(4)还包括连接在三极管(Q1)基极和发射极之间的第三电阻(R3)。
8.根据权利要求6所述的一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路，其特征在于，所述的副边驱动控制模块(4)的延时时间由电容(C1)和第一电阻(R1)设置。
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