CN110048599B - 开关电源驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关电源驱动电路，包括控制电路及与所述控制电路连接且用以控制功率开关管开关的驱动电路，所述控制电路具有第一控制端及第二控制端，所述控制电路包括逻辑延时电路及与所述逻辑延时电路连接的钳位控制电路，所述钳位控制电路通过所述第一控制端与所述驱动电路连接，所述逻辑延时电路通过所述第二控制端与所述驱动电路连接：第一控制端输出第一控制信号并控制驱动电路开启功率开关管，所述功率开关管的漏极电压降低；第二控制端输出第二控制信号并控制所述驱动电路关闭所述功率开关管，所述功率开关管的漏极电压升高。本发明的开关电源驱动电路结构简单且操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关电源驱动电路，属于电子电路技术领域。
背景技术
随着科技的发展，电力电子技术也在不断的发展与创新，基于电力电子技术的开关电源已广泛应用于各种电子设备和电气设备中，如通讯设备、军工设备、工业设备、家用电器和数码产品等。然而，作为与电网连接最近紧密的部分，其EMC(电磁兼容)特性又变得十分重要。开关电源一方面需要能对外部电磁干扰具有良好的适应能力，一方面又要能够减少对电网、周围电子设备的干扰。
电子产品工作时对周边电子设备产生干扰的现象为EMI(电磁干扰)，电磁干扰具有许多危害，首先会影响电子设备的性能；电磁干扰一旦进入电网，又会引起严重的谐波污染，对电网上的其他电子设备产生干扰；严重的电磁干扰会造成电子设备的高压击穿或烧毁。
开关电源的开关速度越快，其开关损耗也就越小，电源转换效率也就越高，但这也是带来电磁干扰的主要原因。电源的快速开关导致了电压的快速升降，即产生了高du/dt，该电磁干扰带宽较宽且具有一定幅度，可通过传到干扰和辐射干扰的方式污染周围电磁环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减小电源开关时的电磁干扰以保证电源开关速度的开关电源驱动电路。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种开关电源驱动电路，包括控制电路及与所述控制电路连接且用以控制功率开关管开关的驱动电路，所述控制电路具有第一控制端及第二控制端，所述控制电路包括逻辑延时电路及与所述逻辑延时电路连接的钳位控制电路，所述钳位控制电路通过所述第一控制端与所述驱动电路连接，所述逻辑延时电路通过所述第二控制端与所述驱动电路连接：
第一控制端输出第一控制信号并控制驱动电路开启功率开关管，所述功率开关管的漏极电压降低；
第二控制端输出第二控制信号并控制所述驱动电路关闭所述功率开关管，所述功率开关管的漏极电压升高。
进一步地，所述逻辑延时电路包括第一逻辑延时模块、第二逻辑延时模块及第二控制信号输出模块，所述钳位控制电路包括第一控制信号输出模块一及第一控制信号输出模块二，所述第一逻辑延时模块与所述第一控制信号输出模块一连接，所述第二逻辑延时模块与所述第一控制信号输出模块二连接。
进一步地，所述第一逻辑延时模块包括第一逻辑非门、第二逻辑非门、第一施密特触发器、第一逻辑或门及第一延时电容，所述第一逻辑非门的第一端接入外接控制信号，所述第一逻辑非门的第二端与所述第二逻辑非门的第一端及第一逻辑或门的第一输入端连接，所述第二逻辑非门的第二端与所述第一延时电容的第一端及第一施密特触发器的第一端连接，所述第一延时电容的第二端接地，所述第一施密特触发器的第二端与所述第一逻辑或门的第二输入端连接，所述第一逻辑或门的输出端接入所述第一控制信号输出模块一。
进一步地，所述第二逻辑延时模块包括第三逻辑非门、第四逻辑非门、第二施密特触发器、第二逻辑或门及第二延时电容，所述第三逻辑非门的第一端接入所述第一逻辑延时模块，所述第三逻辑非门的第二端与所述第二延时电容的第一端及所述第二施密特触发器的第一端连接，所述第二延时电容的第二端接地，所述第二施密特触发器的第二端与所述第二逻辑或门的第一输入端连接，所述第二逻辑或门的第二输入端接入所述第一逻辑延时模块，所述第二逻辑或门的输出端与所述第四逻辑非门的第一端连接，所述第四逻辑非门的第二端接入所述第一控制信号输出模块二。
进一步地，所述第二控制信号输出模块包括与非门及第五逻辑非门，所述与非门的第一输入端接入所述第一逻辑延时模块，所述与非门的第二输入端接入所述第二逻辑延时模块，所述与非门的输出端与所述第五逻辑非门的第一端连接，所述第五逻辑非门的第二端接入所述驱动电路。
进一步地，所述第一控制信号输出模块一包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第一电阻、第二电阻及第一稳压管，所述第一MOS管的第一端接入所述第一逻辑延时模块，所述第一MOS管的第二端与所述第一电阻的第一端及所述第二MOS管的第一端连接，所述第一MOS管的第三端接地，所述第一电阻的第二端与所述第二MOS管的第二端连接，所述第二MOS管的第三端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一稳压管的第一端连接，所述第一稳压管的第二端接入所述第一控制信号输出模块二，所述第三MOS管的第一端接入所述第一逻辑延时模块，所述第三MOS管的第二端与所述第一稳压管的第一端连接，所述第三MOS管的第三端接地。
进一步地，所述第一控制信号输出模块一还包括第六逻辑非门，所述第六逻辑非门的第一端与所述第一逻辑延时模块连接，所述第六逻辑非门的第二端与所述第三MOS管的第一端连接。
进一步地，所述第一控制信号输出模块二包括第四MOS管、第五MOS管、第三延时电容及第二稳压管，所述第四MOS管的第一端接入所述第二逻辑延时模块，所述第四MOS管的第二端与所述第三延时电容的第一端及所述第二稳压管的第一端连接后并接入所述第一控制信号输出模块一，所述第四MOS管的第三端与所述第三延时电容的第二端及所述第五MOS管的第三端连接后接地，所述第五MOS管的第一端及第二端与所述第二稳压管的第二端连接。
本发明的有益效果在于：通过设置有逻辑延时电路，以减少功率开关管的完全导通时间；并设置有钳位控制电路，使得功率开关管的栅极电压保持一定时间的低压，防止其快速开启，从而保证漏极电压不会快速下降，以实现减少电源开关时的电磁干扰以保证电源开关速度的目的。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明的开关电源驱动电路的结构框图。
图2为图1中的部分示意图。
图3为图1中的另一部分示意图。
图4为本发明的开关电源驱动电路的电路示意图。
图5为图4中的部分示意图。
图6为驱动电路工作时的电压波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1至图6，本发明的一较佳实施例中的开关电源驱动电路，包括控制电路100及与所述控制电路连接且用以控制功率开关管开关的驱动电路200。所述控制电路100具有第一控制端及第二控制端，所述控制电路100包括逻辑延时电路1及钳位控制电路2，所述驱动电路200包括第一控制模块4、第二控制模块3、与所述第一控制模块4及第二控制模块3连接的功率开关管M7及设置在驱动电路200中的整流桥电路。所述钳位控制电路2通过所述第一控制端与驱动电路200连接，更为具体的，所述钳位控制电路2通过所述第一控制端与所述第一控制模块4连接；所述逻辑延时电路1通过所述第二控制端与驱动电路200连接，所述逻辑延时电路1通过所述第二控制端与所述第二控制模块3连接。在本实施例中，第一控制端为DRVH端，第二控制端为DRVL端。
所述第一控制端输出第一控制信号并控制所述第一控制模块4开启以向所述功率开关管M7的栅极电容充电，所述第二控制端输出第二控制信号并控制所述第二控制模块3关闭，直至所述功率开关管M7的栅极电压大于所述功率开关管的阈值电压，此时所述功率开关管M7开启，所述功率开关管M7的漏极电压降低。在本实施例中，所述第一控制信号为DRVH信号。
所述第二控制端输出第二控制信号并控制所述第二控制模块3开启以使得所述功率开关管M7的栅极电容放电，所述第一控制端输出第一控制信号并控制所述第一控制模块4关闭，所述功率开关管M7的栅极电压降低直至关闭所述功率开关管M7，此时所述功率开关管M7的漏极电压升高。在本实施例中，所述第二控制信号为DRVL信号。
所述逻辑延时电路1包括第一逻辑延时模块11、第二逻辑延时模块12及第二控制信号输出模块13，所述钳位控制电路2包括第一控制信号输出模块一21及第一控制信号输出模块二22，所述第一逻辑延时模块11输出第一输出信号与所述第一控制信号输出模块一21连接，所述第二逻辑延时模块12输出第二输出信号与所述第一控制信号输出模块二22连接。所述钳位控制电路2依次由所述第一输出信号、第二输出信号控制，再经第一控制端输出依次增大的电压钳位信号，使驱动电路200逐步开启功率开关管M7。在本实施例中，所述第一输出信号为drvh1，所述第二输出信号为drvh2。
所述第一逻辑延时模块11包括第一逻辑非门、第二逻辑非门、第一施密特触发器、第一逻辑或门及第一延时电容C1，所述第一逻辑非门的第一端接入外接控制信号，所述第一逻辑非门的第二端与所述第二逻辑非门的第一端及第一逻辑或门的第一输入端连接，所述第二逻辑非门的第二端与所述第一延时电容C1的第一端及第一施密特触发器的第一端连接，所述第一延时电容C1的第二端接地，所述第一施密特触发器的第二端与所述第一逻辑或门的第二输入端连接，所述第一逻辑或门的输出端接入所述第一控制信号输出模块一21。在本实施例中，所述外接控制信号为SW信号。
所述第二逻辑延时模块12包括第三逻辑非门、第四逻辑非门、第二施密特触发器、第二逻辑或门及第二延时电容C2，所述第三逻辑非门的第一端接入所述第一逻辑延时模块11，所述第三逻辑非门的第二端与所述第二延时电容C2的第一端及所述第二施密特触发器的第一端连接，所述第二延时电容C2的第二端接地，所述第二施密特触发器的第二端与所述第二逻辑或门的第一输入端连接，所述第二逻辑或门的第二输入端接入所述第一逻辑延时模块11，所述第二逻辑或门的输出端与所述第四逻辑非门的第一端连接，所述第四逻辑非门的第二端接入所述第一控制信号输出模块二22。
所述第二控制信号输出模块13包括与非门及第五逻辑非门，所述与非门的第一输入端接入所述第一逻辑延时模块11，所述与非门的第二输入端接入所述第二逻辑延时模块12，所述与非门的输出端与所述第五逻辑非门的第一端连接，所述第五逻辑非门的第二端接入所述第二控制模块3。
所述第一控制信号输出模块一21包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第一电阻R1、第二电阻R2及第一稳压管D1，所述第一MOS管M1的第一端接入所述第一逻辑延时模块11，所述第一MOS管M1的第二端与所述第一电阻R1的第一端及所述第二MOS管M2的第一端连接，所述第一MOS管M1的第三端接地，所述第一电阻R1的第二端与所述第二MOS管M2的第二端连接，所述第二MOS管M2的第三端与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第一稳压D1管的第一端连接，所述第一稳压管D1的第二端接入所述第一控制信号输出模块二22，所述第三MOS管M3的第一端接入所述第一逻辑延时模块11，所述第三MOS管M3的第二端与所述第一稳压管D1的第一端连接，所述第三MOS管M3的第三端接地。
所述第一控制信号输出模块一21还包括第六逻辑非门，所述第六逻辑非门的第一端与所述第一逻辑延时模块11连接，所述第六逻辑非门的第二端与所述第三MOS管M3的第一端连接。
所述第一控制信号输出模块二22包括第四MOS管M4、第五MOS管M5、第三延时电容C3及第二稳压管D2，所述第四MOS管M4的第一端接入所述第二逻辑延时模块12，所述第四MOS管M4的第二端与所述第三延时电容C3的第一端及所述第二稳压管D2的第一端连接后并接入所述第一控制信号输出模块一21，所述第四MOS管M4的第三端与所述第三延时电容C3的第二端及所述第五MOS管M5的第三端连接后接地，所述第五MOS管M5的第一端及第二端与所述第二稳压管D2的第二端连接。
所述第一控制模块4包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4及第五电阻R5，所述第一三极管Q1的输入端接入所述控制电路100，所述第一三极管Q1的第一输出端接入电源VCC，所述第一三极管Q1的第二输出端与所述第二三极管Q2的输入端及第三电阻R3的第一端连接，所述第二三极管Q2的第一输出端接入电源VCC，所述第二三极管Q2的第二输出端与所述第三电阻R3的第二端及所述第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第五电阻R5的第一端连接后并与所述第二控制模块3连接，所述第五电阻R5的第二端与所述功率开关管M7的栅极连接。
所述第二控制模块3包括第六MOS管M6及第六电阻R6，所述第六MOS管M6的第一端与所述控制电路100连接，所述第六MOS管M6的第二端与所述第一控制模块4连接，所述第六MOS管M6的第三端与所述第六电阻R6的第一端连接后并与所述功率开关管M7的源极连接后接地，所述第六电阻R6的第二端与所述第一控制模块4连接。
所述开关电源驱动电路还包括与所述功率开关管M7的漏极及栅极连接的线圈。
本发明的开关电源驱动电路的实施过程如下：当SW信号从低电平转换为高电平信号，DRVL信号首先输出低电平，经一定延时后，drvh1输出高电平信号，第一MOS管M1、第二MOS管M2开启，第三MOS管M3关闭，由于存在延时，此时drvh2信号依旧为高电平，第四MOS管M4处于开启状态，第二稳压管D2与第五MOS管M5短路，DRVH端输出高电平，且电压受制于第一稳压管D1的击穿电压；待延时过后，drvh2输出低电平，第四MOS管M4关闭，第三延时电容开始充电，DRVH电压上升，直到第一稳压管D1的击穿电压、第二稳压管D2的击穿电压及第五MOS管M5栅极电压的串联电压。
当SW信号从高电平转换为低电平信号，drvh1信号输出低电平，drvh2信号输出高电平，第一MOS管M1、第二MOS管M2关闭，第三MOS管M3、第四MOS管M4开启，经一定放电时间，DRVH端输出低电平；第一延时电容C1经一定放电延时后，DRVL输出高电平。
当控制电路100输出控制信号DRVH为高，DRVL为低时，第一三极管Q1、第二三极管Q2开启，第六MOS管M6关闭，驱动电路通过GATE脚(栅极)向功率开关管M7的栅极电容充电，其充电电流受限于第四电阻R4、第五电阻R5，VGATE电压被迅速拉高，其电压值受限于DRVH电压与第一三极管Q1、第二三极管Q2的VBE电压之差，当VGATE电压大于功率开关管M7的阈值电压后，功率开关管M7开启，其漏极电压VD迅速降低；当控制电路100输出控制信号DRVH为低，DRVL为高时，第一三极管Q1、第二三极管Q2关闭，第六MOS管M6开启，驱动电路通过GATE脚对功率开关管的栅极电容放电，栅极电压被迅速拉低，功率开关管M7关闭，其漏极电压VD迅速上升。
综上所述：通过设置有逻辑延时电路1，以减少功率开关管的完全导通时间；并设置有钳位控制电路2，使得功率开关管的栅极电压保持一定时间的低压，防止其快速开启，从而保证漏极电压不会快速下降，以实现减少电源开关时的电磁干扰以保证电源开关速度的目的。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种开关电源驱动电路，其特征在于，包括控制电路及与所述控制电路连接且用以控制功率开关管开关的驱动电路，所述控制电路具有第一控制端及第二控制端，所述控制电路包括逻辑延时电路及与所述逻辑延时电路连接的钳位控制电路，所述驱动电路包括第一控制模块、第二控制模块、与所述第一控制模块及所述第二控制模块连接的功率开关管及设置在所述驱动电路中的整流桥电路，所述钳位控制电路通过所述第一控制端与所述第一控制模块连接，所述逻辑延时电路通过所述第二控制端与所述第二控制模块连接；
所述逻辑延时电路包括第一逻辑延时模块、第二逻辑延时模块及第二控制信号输出模块，所述第二控制信号输出模块包括与非门及第五逻辑非门，所述与非门的第一输入端接入所述第一逻辑延时模块，所述与非门的第二输入端接入所述第二逻辑延时模块，所述与非门的输出端与所述第五逻辑非门的第一端连接，所述第五逻辑非门的第二端接入所述驱动电路；
第一控制端输出第一控制信号并控制驱动电路开启功率开关管，所述功率开关管的漏极电压降低；
第二控制端输出第二控制信号并控制所述驱动电路关闭所述功率开关管，所述功率开关管的漏极电压升高。
2.如权利要求1所述的开关电源驱动电路，其特征在于，所述钳位控制电路包括第一控制信号输出模块一及第一控制信号输出模块二，所述第一逻辑延时模块与所述第一控制信号输出模块一连接，所述第二逻辑延时模块与所述第一控制信号输出模块二连接。
3.如权利要求2所述的开关电源驱动电路，其特征在于，所述第一逻辑延时模块包括第一逻辑非门、第二逻辑非门、第一施密特触发器、第一逻辑或门及第一延时电容，所述第一逻辑非门的第一端接入外接控制信号，所述第一逻辑非门的第二端与所述第二逻辑非门的第一端及第一逻辑或门的第一输入端连接，所述第二逻辑非门的第二端与所述第一延时电容的第一端及第一施密特触发器的第一端连接，所述第一延时电容的第二端接地，所述第一施密特触发器的第二端与所述第一逻辑或门的第二输入端连接，所述第一逻辑或门的输出端接入所述第一控制信号输出模块一。
4.如权利要求2所述的开关电源驱动电路，其特征在于，所述第二逻辑延时模块包括第三逻辑非门、第四逻辑非门、第二施密特触发器、第二逻辑或门及第二延时电容，所述第三逻辑非门的第一端接入所述第一逻辑延时模块，所述第三逻辑非门的第二端与所述第二延时电容的第一端及所述第二施密特触发器的第一端连接，所述第二延时电容的第二端接地，所述第二施密特触发器的第二端与所述第二逻辑或门的第一输入端连接，所述第二逻辑或门的第二输入端接入所述第一逻辑延时模块，所述第二逻辑或门的输出端与所述第四逻辑非门的第一端连接，所述第四逻辑非门的第二端接入所述第一控制信号输出模块二。
5.如权利要求2所述的开关电源驱动电路，其特征在于，所述第一控制信号输出模块一包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第一电阻、第二电阻及第一稳压管，所述第一MOS管的第一端接入所述第一逻辑延时模块，所述第一MOS管的第二端与所述第一电阻的第一端及所述第二MOS管的第一端连接，所述第一MOS管的第三端接地，所述第一电阻的第二端与所述第二MOS管的第二端连接，所述第二MOS管的第三端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一稳压管的第一端连接，所述第一稳压管的第二端接入所述第一控制信号输出模块二，所述第三MOS管的第一端接入所述第一逻辑延时模块，所述第三MOS管的第二端与所述第一稳压管的第一端连接，所述第三MOS管的第三端接地。
6.如权利要求5所述的开关电源驱动电路，其特征在于，所述第一控制信号输出模块一还包括第六逻辑非门，所述第六逻辑非门的第一端与所述第一逻辑延时模块连接，所述第六逻辑非门的第二端与所述第三MOS管的第一端连接。
7.如权利要求2所述的开关电源驱动电路，其特征在于，所述第一控制信号输出模块二包括第四MOS管、第五MOS管、第三延时电容及第二稳压管，所述第四MOS管的第一端接入所述第二逻辑延时模块，所述第四MOS管的第二端与所述第三延时电容的第一端及所述第二稳压管的第一端连接后并接入所述第一控制信号输出模块一，所述第四MOS管的第三端与所述第三延时电容的第二端及所述第五MOS管的第三端连接后接地，所述第五MOS管的第一端及第二端与所述第二稳压管的第二端连接。
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