CN113938116A - 磁隔离电子开关驱动电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁隔离电子开关驱动电路及控制方法，包括副边整流滤波模块，副边整流滤波模块的第一输入端通过变压器与原边变换模块连接，第一输出正端和第一输出负端之间设置有第一滤波器，快速放电模块的第二输入端和第二输出端之间设置有开关器件，稳压驱动模块的第三输入端和第三输出端之间设置有第二滤波器，第三输出端与电子开关连接；隔离模块的第四输入端同时与快速放电模块的第二输入端和副边整流滤波模块连接，第四输出端同时与快速放电模块的第二输出端和稳压驱动模块连接。本发明在保证电子开关实现快速开关(快速关断、快速开通)的基础上，还能够实现极限占空比0(电子开关常关)和100％(电子开关常开)控制，以应用于更多使用场景。

Description

磁隔离电子开关驱动电路及控制方法
技术领域
本发明涉及电子开关技术领域，具体为一种磁隔离电子开关驱动电路及控制方法。
背景技术
在工业应用领域中，电子开关是利用电子电路以及电力电子器件实现电路通断的运行单元，通常至少包括一个可控的电子驱动器件，如晶闸管、晶体管、场效应管、可控硅、继电器等。电子开关以其开关动作快速、延迟时间小等特点在工业领域得到了广泛的应用；比如，由于不同车型的车载电池电压范围很宽，在新能源汽车充电电源中具有输出满功率宽电压范围(300-1000V)的需求，因此，通常在这些充电电源中存在变压器绕组切换，或者内部输出单元的串并联切换，为在切换过程中实现不掉电功能，这些切换一般由可快速切换的电子开关来完成。电子开关的通断通常需要相应的驱动电路来实现，出于电子开关所在应用电路的电气隔离或者安规要求，电子开关采用隔离驱动是常见方式。
现有隔离驱动技术方案：
1)现有的一种隔离驱动技术方案1：隔离驱动电源与光耦隔离驱动结合。如图1、图2所示，该隔离驱动方案由独立隔离电源和驱动信号隔离电路两部分组成，隔离电源通常由高频变压器完成隔离，并为电子开关驱动提供稳定的驱动电压和能量。而驱动信号隔离电路部分，通常由光耦完成信号隔离，并在光耦后级增加驱动(电流)能力以完成对电子开关的通断控制，其中部分光耦自带驱动能力，或者在光耦后级增加驱动芯片完成对电子开关的驱动。这样方案的优点是：信号隔离不受驱动信号占空比的限制，可以实现任意占空比的电子开关的控制，包括极限占空比0(电子开关常关)和100％(电子开关常开)。但缺点是需要驱动电源和信号两部分隔离电路，驱动电路较复杂，成本较高。
2)现有的另一种隔离驱动技术方案2：脉冲变压器隔离驱动。如图3、图4所示，脉冲变压器隔离驱动由高频变压器完成驱动信号隔离，并同时提供驱动电压和能量。其优点是：使用脉冲变压器时，无需借助另外的驱动电源，电路简单可靠，成本低。但其缺点是脉冲变压器要工作，不能任意改变驱动控制比(通常使用在50％固定占空比的情况)，且无法实现极限占空比0(电子开关常关)和100％(电子开关常开)控制，应用受限。另外，脉冲变压器的工作频率和电子开关的开关频率需一致，在电子开关为低频工作时，脉冲变压器的体积将无法做小。
综上，上述两种电子开关隔离驱动方案中，方案1虽然应用适应性广(几乎适应各种场合，是常规隔离驱动解决方案)，但也存在需要驱动电源和信号两部分隔离电路，驱动电路较复杂，成本较高的缺点。而方案2虽然电路简单，成本低，但存在无法适应低频甚至极限占空比(电子开关常通或者常断)的应用情况的缺陷。
因此，现有技术有待于改善。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种磁隔离电子开关驱动电路及控制方法，在保证电子开关实现快速开关(快速关断、快速开通)的基础上，还解决了背景技术中所提及的无法适应低频甚至极限占空比的技术问题。
本发明的第一方面，提供了一种磁隔离电子开关驱动电路，包括：
副边整流滤波模块，所述副边整流滤波模块具有第一输入端和第一输出端，其中，第一输出端具有第一输出正端和第一输出负端，所述第一输入端通过变压器与原边变换模块连接，所述第一输出正端和所述第一输出负端之间设置有第一滤波器；
快速放电模块，所述快速放电模块具有第二输入端和第二输出端，所述第二输入端和第二输出端之间设置有开关器件；
稳压驱动模块，所述稳压驱动模块具有第三输入端和第三输出端，所述第三输入端和第三输出端之间设置有第二滤波器，所述第三输出端与电子开关连接；
隔离模块，所述隔离模块具有第四输入端和第四输出端，所述第四输入端同时与所述快速放电模块的第二输入端和所述副边整流滤波模块的第一输出正端连接，所述第四输出端同时与所述快速放电模块的第二输出端和所述稳压驱动模块的第三输入端连接。
在第一方面的基础上，所述第一滤波器的滤波常数小于所述第二滤波器的滤波常数。
在第一方面的基础上，所述隔离模块为第三二极管，所述第三二极管的阳极为所述第四输入端，所述第三二极管的阴极为第四输出端。
在第一方面的基础上，所述副边整流滤波模块中的第一滤波器包括第一电阻以及第一电容，所述第一电阻与所述第一电容并联；所述稳压驱动模块中的第二滤波器包括第二电阻以及第二电容，所述第二电阻与所述第二电容并联。
在第一方面的基础上，所述第一电容小于所述第二电容。
在第一方面的基础上，所述稳压驱动模块还设置有驱动负压子模块；所述驱动负压子模块包括第三电容和第二稳压管，所述第三电容一端同时与所述第二电容一端、所述第二电阻一端和所述第二稳压管一端连接，所述第三电容另一端同时与第八电阻一端、第二稳压管另一端和所述电子开关的第一端连接，所述第八电阻另一端同时与所述电子开关的第二端和第三电阻一端连接，所述第三电阻另一端同时与所述第二电容另一端和所述第二电阻另一端连接。
在第一方面的基础上，所述副边整流滤波模块中还设置有门槛加速放电子模块；所述门槛加速放电子模块包括第三三极管、第二三极管、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一稳压管，所述第三三极管的集电极与所述第七电阻一端连接，所述第七电阻另一端同时与第五电阻一端和第六电阻一端连接于第一输出正端，所述第三三极管的基极同时与所述第六电阻另一端和所述第二三极管的集电极连接，所述第二三极管的基极和所述第一稳压管的一端连接，所述第一稳压管的另一端与第五电阻另一端连接，所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的发射极连接于第一输出负端。
在第一方面的基础上，所述快速放电模块中的开关器件为P沟道增强型场效应管，所述快速放电模块还包括第四电阻，所述P沟道增强型场效应管的栅极与所述第四电阻一端连接，所述P沟道增强型场效应管的漏极同时与所述副边整流滤波模块的第一输出负端和所述稳压驱动模块的一个第三输入端连接，所述P沟道增强型场效应管的源极同时与所述隔离模块的第四输出端和所述稳压驱动模块的另一个第三输入端连接，所述第四电阻另一端同时与所述隔离模块的第四输入端和所述副边整流滤波模块的第一输出正端连接。
在第一方面的基础上，所述原边变换模块包括驱动芯片、第二十电阻、第二十电容和第二十一电容，所述驱动芯片的第一引脚用于与工作电源的正极连接，所述驱动芯片的第二引脚同时与所述第二十电阻一端和所述第二十一电容一端连接，所述第二十电阻另一端与PWM控制端连接，所述驱动芯片的第三引脚同时与所述第二十一电容另一端、地和所述工作电源的负极连接，所述驱动芯片的第四引脚与所述变压器的第一输入端连接，所述驱动芯片的第五引脚同时与所述第二十电容一端和地连接，所述第二十电容另一端与所述变压器的第二输入端连接。
在第一方面的基础上，所述副边整流滤波模块还包括全桥整流模块；所述全桥整流模块包括第一二极管、第二二极管、第五二极管和第四二极管，所述第一二极管的阳极同时与所述第四二极管的阴极和所述变压器的一个输出端连接，所述第一二极管的阴极同时与所述第二二极管的阴极、所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端连接于第一输出正端，所述第四二极管的阳极同时与所述第五二极管的阳极、所述第一电容的另一端和所述第一电阻的另一端连接于第一输出负端，所述第五二极管的阴极同时与所述变压器的另一个输出端和所述第二二极管的阳极连接。
在第一方面的基础上，所述副边整流滤波模块还包括全波整流模块；所述全波整流模块包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极和所述变压器副边第一绕组的一个输出端连接，所述第二二极管的阳极和所述变压器副边第二绕组的一个输出端连接，所述第一二极管的阴极同时与所述第二二极管的阴极、所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端连接于第一输出正端，所述第一电容的另一端、所述第一电阻的另一端和所述变压器副边第一、第二绕组公共端连接于第一输出负端。
本发明的第二方面，提供了一种磁隔离电子开关驱动控制方法，采用第一方面的磁隔离电子开关驱动电路，执行以下步骤：
当电子开关处于逻辑断开时，PWM控制信号处于持续低电平或者持续高电平，电子开关处于断开模式；
当电子开关处于逻辑导通时，PWM控制信号处于高频PWM状态，在PWM控制信号下所述磁隔离驱动电路将电源正变换为副边驱动电压，电子开关处于导通模式。
本发明的磁隔离电子开关驱动电路及控制方法，通过两级滤波特性不同的副边整流滤波模块以及稳压驱动模块，并在副边整流滤波模块和稳压驱动模块之间设置快速放电模块，既实现电子开关持续可靠开通、关断，同时也满足了电子开关快速开关的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为背景技术中现有的一种隔离驱动技术方案1的隔离驱动电源电路连接示意图；
图2为背景技术中现有的一种隔离驱动技术方案1的光耦隔离驱动电路连接示意图；
图3为背景技术中现有的一种隔离驱动技术方案2的脉冲变压器隔离驱动电路的一部分电路连接示意图；
图4为背景技术中现有的一种隔离驱动技术方案2的脉冲变压器隔离驱动电路的一部分电路连接示意图；
图5为本发明磁隔离电子开关驱动电路的原理图；
图6为本发明磁隔离电子开关驱动电路中实施例1的电路连接示意图；
图7为本发明磁隔离电子开关驱动电路中实施例2的电路连接示意图；
图8为本发明磁隔离电子开关驱动电路中实施例3的电路连接示意图；
图9为本发明磁隔离电子开关驱动电路中实施例4的电路连接示意图；
图10为本发明磁隔离电子开关驱动电路中实施例5的电路连接示意图；
图11为本发明磁隔离电子开关驱动电路各实施例中原边变换电路的电路连接示意图；
图12为本发明磁隔离电子开关驱动电路在电子开关开通、电子开关关断的时间逻辑示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要注意的是，相关术语如“第一”、“第二”等可以用于描述各种组件，但是这些术语并不限制该组件。这些术语仅用于区分一个组件和另一组件。例如，不脱离本发明的范围，第一组件可以被称为第二组件，并且第二组件类似地也可以被称为第一组件。术语“和/或”是指相关项和描述项的任何一个或多个的组合。
背景技术中提及的两种电子开关隔离驱动方案中，方案1虽然应用适应性广(几乎适应各种场合，是常规隔离驱动解决方案)，但也存在需要驱动电源和信号两部分隔离电路，驱动电路较复杂，成本较高的缺点。而方案2虽然电路简单，成本低，但存在无法适应低频甚至极限占空比(电子开关常通或者常断)的应用情况的缺陷。
为解决上述缺陷，本发明第一方面的磁隔离电子开关驱动电路至少包括原边变换模块10、变压器T1、副边整流模块20、快速放电模块30、稳压驱动模块40和隔离模块70。本发明的第二方面的磁隔离电子开关驱动控制方法，采用第一方面的磁隔离电子开关驱动电路，执行以下步骤：当电子开关处于逻辑断开时，PWM控制信号处于持续低电平或者持续高电平，电子开关处于断开模式；当电子开关处于逻辑导通时，PWM控制信号处于高频PWM状态，在PWM控制信号下所述磁隔离驱动电路将电源正变换为副边驱动电压，电子开关处于导通模式。其中，原边变换电路10包含电源正、PWM控制信号输入和原边参考地至少3个输入端，以及驱动输出正端和负端。
下面以多个实施例来阐述本发明的具体技术方案。
实施例1
如图5、图6所示，本发明所提供的一种磁隔离电子开关驱动电路，包括副边整流滤波模块20、快速放电模块30、稳压驱动模块40和隔离模块70；该副边整流滤波模块20具有第一输入端1、2和第一输出端，该第一输出端具有第一输出正端3和第一输出负端4；第一输入端1、2通过变压器T1与原边变换模块10连接，第一输出正端3和第一输出负端4之间设置有第一滤波器；该快速放电模块30具有第二输入端5和第二输出端6、7，第二输入端5和第二输出端6、7之间设置有开关器件；该稳压驱动模块40具有第三输入端10、11和第三输出端12、13，第三输入端10、11和第三输出端12、13之间设置有第二滤波器，第三输出端12、13与电子开关J1连接；该隔离模块70具有第四输入端8和第四输出端9，第四输入端8同时与快速放电模块30的第二输入端5和副边整流滤波模块20的第一输出端3连接，第四输出端9同时与快速放电模块30的第二输出端6和稳压驱动模块40的第三输入端10连接。其中，原边变换模块的一个输入端与PWM控制端连接，以接收PWM控制端所传输的PWM控制信号。所述第一滤波器的滤波常数小于第二滤波器的滤波常数。
其中，第一输入端1、2(带两个数字序号)表示两个第一输入端，两个第一输入端分别为一个第一输入端1以及另一个第一输入端2；第一输入端1(带一个数字序号)表示图中标号为1的第一输入端。其余输入端、输出端的表述方式与上述相同，这里不再赘述。
在上述实施例1中，首先在稳压驱动模块40和副边整流滤波模块20之间设置快速放电模块30，以便在关断电子开关时实现快速关断。具体的工作原理如下：当副边整流滤波模块20的输出电压低于稳压驱动模块40输入电压预设阈值时，快速放电模块30的开关器件开始工作，并对稳压驱动电路40进行快速放电，使得其电压快速下降以实现快速关断电子开关。
其次，基于在稳压驱动模块40和副边整流滤波模块20之间设置隔离模块70，以便于关断电子开关时两个电路的放电参数互不影响，在快速放电模块30作用下，可实现按副边整流滤波模块20关断速度(设计上其放电速度快)关断电子开关，从而保证电子开关关断过程既快速可靠，同时又利用稳压驱动模块40的稳定性保证电子开关开通时稳定可靠。
最后，当对电子开关进行开通时(PWM控制端所输出的PWM控制信号有PWM波)，副边整流滤波模块20中第一电容C1持续被充电并同时通过隔离模块70给稳压驱动模块40的第二电容C2充电，可以给电子开关提供电压或者电流，满足电子开关持续开通要求(如图12所示)。当对电子开关进行关断时(PWM控制端所输出的PWM控制信号无PWM波)，副边整流滤波模块20中第一电容C1的电压下降快于稳压驱动模块40的第二电容C2的电压，使得快速放电模块中的开关器件开通给第二电容C2放电，这样第二电容C2电压将跟随第一电容C1电压快速下降，从而满足电子开关快速可靠关断要求(如图12所示)。调节PWM控制端的PWM信号间隔时间，即可调节电子开关的开通、关断时间，若一直持续给PWM控制信号，则电子开关持续导通(常通)，反之若持续不给PWM控制信号，则电子开关持续关断(常关)，即适应极限占空比0(电子开关常关)和100％(电子开关常开)的应用。综上所述，本发明在DCDC变换后级构建了两级不同(滤波)特性的电路，并在两者之间设置隔离模块70和快速放电模块30，既实现电子开关持续可靠开通，同时也满足了电子开关快速开关的需求。
在本实施例中，副边整流滤波模块20中的第一滤波器包括第一电阻R1和第一电容C1，该第一电阻R1与第一电容C1并联。具体的，第一电阻R1一端与第一电容C1一端连接，第一电阻R1另一端与第一电容C1另一端连接，即第一电阻与所述第一电容为并联关系以形成一级滤波模块；从而提供一级滤波功能。
在本实施例中，稳压驱动模块40中的第二滤波器包括第二电阻R2和第二电容C2，第二电阻与第二电容并联。具体的，第二电阻R2一端与第二电容一端连接，第二电阻R2另一端与第二电容C2另一端连接，即第二电阻与第二电容为并联关系以形成二级滤波模块；从而提供二级滤波功能。
在本实施例中，第一电阻R1与第一电容C1的乘积(R1＊C1)小于第二电阻R2与第二电容C2的乘积(R2＊C2)，即副边整流滤波模块20中的滤波时间常数(R1＊C1)小于稳压驱动模块40的滤波时间常数(R2＊C2)，通常进一步选取第一电容C1小于第二电容C2，因此在电子开关开通过程中，基于第二电容C2相对较大(与第一电容C1)，其电压稳定纹波较小，能够可靠地给电子开关提供电压或者电流，满足电子开关持续开通要求；以及在电子开关关断的过程中，第一电容C1相对较小(与第二电容C2相比)，则其电压下降快于第二电容C2电压，使得快速放电模块中的开关器件开通给第二电容C2放电，这样第二电容C2电压将跟随第一电容C1电压快速下降，从而满足电子开关快速可靠关断要求。
在本实施例中，隔离模块70为第三二极管D3，第三二极管D3的阳极为隔离模块的第四输入端8，第三二极管D3的阴极为隔离模块的第四输出端9；通过第三二极管D3来提供将副边整流滤波模块20和稳压驱动模块40之间隔离功能，以便于关断电子开关J1时副边整流滤波模块20、稳压驱动模块40的放电参数互不影响，保证电子开关J1开关过程既快速又可靠稳定。
在本实施例中，快速放电模块30的开关器件为P沟道增强型场效应管Q1；在电子开关关断的过程中，第一电容C1相对较小(与第二电容C2相比)，则其电压下降快于第二电容C2电压，使得快速放电模块中的P沟道增强型场效应管Q1开通给第二电容C2放电，这样第二电容C2电压将跟随第一电容C1电压快速下降，从而满足电子开关快速可靠关断要求。快速放电模块还包括第四电阻R4，P沟道增强型场效应管Q1的栅极与第四电阻R4一端连接，P沟道增强型场效应管Q1的漏极同时与副边整流滤波模块20的一个第一输出负端4和稳压驱动模块40的一个第三输入端11连接，P沟道增强型场效应管Q1的源极同时与隔离模块70的第四输出端和稳压驱动模块的另一个第三输入端10连接，第四电阻R4另一端同时与隔离模块70的第四输入端和副边整流滤波模块20的第一输出正端3连接。
实施例2
图7示出本发明磁隔离电子开关驱动电路中实施例2的电路连接示意图。实施例2的电路结构是在实施例1的基础上对于副边整流滤波模块进行具体限定，其可以是全波整流模块，也可以是全桥整流模块。
在实施例2中，当副边整流滤波模块是全波整流模块时，该全波整流模块包括第一二极管D1和第二二极管D2，该第一二极管D1的阳极与变压器T1副边第一绕组的一个输出端连接，第二二极管D2的阳极和变压器T1副边第二绕组的一个输出端连接，第一二极管D1的阴极同时与第二二极管D2的阴极、第一电容C1的一端和第一电阻R1的一端连接于第一输出正端3，第一电容C1的另一端、第一电阻R1的另一端和变压器T1副边第一、第二绕组公共端均连接于第一输出负端4。基于全波整流模块在副边整流滤波模块20中设置，通过两个二极管给予副边整流滤波模块20提供了全波整流功能，以便于对从变压器的第一输出端、第二输出端所输出的第一电压信号进行全波整流处理。其中，全波整流模块对第一电压信号进行全波整流处理后，将经全波整流处理的第一电压信号传输至一级滤波模块以进行一级滤波处理。
如图6所示，在本实施例中，当副边整流滤波模块20是全桥整流模块时；该全桥整流模块包括第一二极管D1、第二二极管D2、第五二极管D5和第四二极管D4，该第一二极管D1的阳极同时与第四二极管D4的阴极和变压器T1的一个输出端连接，该第一二极管D1的阴极同时与第二二极管D2的阴极、第一电容C1的一端和第一电阻R1的一端连接于第一输出正端3，该第四二极管D4的阳极同时与第五二极管D5的阳极、第一电容C1的另一端和第一电阻R1的另一端连接于第一输出负端4，第五二极管D5的阴极同时与变压器T1的另一个输出端和D2第二二极管的阳极连接。基于全桥整流模块在副边整流滤波模块20中设置，通过四个二极管给予副边整流滤波模块20提供了全桥整流功能，以便于对从变压器的第一输出端、第二输出端所输出的第一电压信号进行全桥整流处理，第一电压信号为变压器T1对PWM控制信号进行变压处理后所得的信号。其中，全桥整流模块对第一电压信号进行全桥整流处理后，将经全桥整流处理的第一电压信号传输至一级滤波模块以进行一级滤波处理。
实施例3
图8示出本发明磁隔离电子开关驱动电路中实施例3的电路连接示意图。实施例3的电路结构是在实施例1的基础上进行改进，实施例3与实施例1的差别在于在副边整流滤波模块中设置有门槛加速放电子模块50，其他电路结构均与实施例1相同，故不再赘述。该门槛加速放电子模块包括第三三极管Q3、第二三极管Q2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第一稳压管D6，该第三三极管Q3的集电极与第七电阻R7一端连接，第七电阻R7另一端同时与第五电阻R5一端和第六电阻R6一端连接于第一输出正端3，第三三极管Q3的基极同时与第六电阻R6另一端和第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的基极和第一稳压管D6的一端连接，第一稳压管D6的另一端与第五电阻R5另一端连接，第二三极管Q2的发射极与第三三极管Q3的发射极连接于第一输出负端4。基于门槛加速放电子模块的设置，其作用是：门槛加速放电子模块中的第一稳压管D6提供门槛电压，即当电子开关关断时，副边整流滤波电路20中第一电容C1电压下降仍不满足某些电子开关的关断速度要求，此时增加门槛加速放电电路，可以在第一电容C1电压在门槛电压(由第一稳压管D6决定)之下的时候，第二三极管Q2截止，而第三三极管Q3开通，这样第七电阻R7会同时加入对第一电容C1的放电，由此可以加快电子开关的关断速度。具体的，对于第七电阻R7阻值，可以基于实际使用场景需要进行调整，以适用各种需要不同关断速度的电子开关，能够应用于更多场景，提高实用性。
实施例4
图9示出本发明磁隔离电子开关驱动电路中实施例4的电路连接示意图。实施例4的电路结构是在实施例1的基础上进行改进，实施例4与实施例1的差别在于稳压驱动模块还设置有驱动负压子模块60，其他电路结构均与实施例1相同，故不再赘述。该驱动负压子模块包括第三电容C3和第二稳压管D7，第三电容C3和第二稳压管D7并联。该第三电容C3一端同时与第二电容C2一端、第二电阻R2一端和第二稳压管D7一端连接(为了方便后续原理描述，将该第三电容C3一端记为G端)，第三电容C3另一端同时与第八电阻R8一端、第二稳压管D7另一端和J1电子开关的第一端连接(为了方便后续原理描述，将该第三电容C3另一端记为S端)，第八电阻R8另一端同时与电子开关J1的第二端和第三电阻R3一端连接，第三电阻R3另一端同时与第二电容C2另一端和第二电阻R2另一端连接。驱动负压子模块的作用是通过第二稳压管D7以及第三电容C3的并联关系，在第三电容C3上形成S端高于G端的国定电压(由第二稳压管D7的稳压值确定)，从而使施加在电子开关的驱动电压形成一定负压，以消除快速放电模块中P沟道增强型场效应管Q1门槛电压的影响，具体的：在副边整流滤波模块20中第一电容C1电压降低到零后，稳压驱动模块40中第二电容C2电压将在P沟道增强型场效应管Q1的开通门槛电压处失去快速放电功能，只能由较大的滤波时间常数放电，因此磁隔离驱动电路的关断电压在快速下降到P沟道增强型场效应管Q1的门槛电压时，会出现缓慢下降的情况，这对于开通门槛较低的电子开关J1存在无法可靠快速关断的风险。因此，在增加驱动负压子模块60后，当电子开关J1导通时第三电容C3被充电至第二稳压管D7的稳压电压Ud，且S端电压高于G端，由基尔霍夫电压定律，电子开关J1的驱动电压(g极和s极之间)整体下降Ud，当稳压驱动模块40的输入电压(即C2上电压)下降到0时，由于实施例4中驱动负压子模块的第三电容C3、第二稳压管D7作为具有较大的滤波时间常数的三级滤波模块，其上电压在快速开关过程中相对稳定，在电子开关J1驱动电压上可以获得－Ud的负压；因此即便存在P沟道增强型场效应管Q1的门槛电压的拖尾现象，由于电子开关J1驱动负压的存在，只要负压绝对值大于Q1的门槛电压，都可以保证电子开关的可靠关断，由此消除快速放电模块中P沟道增强型场效应管Q1门槛电压的影响。
实施例5
图10示出本发明磁隔离电子开关驱动电路中实施例5的电路连接示意图。实施例5的电路结构是将实施例3中的门槛加速放电子模块50以及实施例4的驱动负压子模块60结合在实施例1中。即在实施例5中，磁隔离电子开关驱动电路还包括设置于副边整流滤波模块20中的门槛加速放电子模块50以及设置于稳压驱动模块40中的驱动负压子模块60。其中，门槛加速放电子模块中的第一稳压管D6提供门槛电压，即当电子开关关断时，副边整流滤波电路20中第一电容C1电压下降仍不满足某些电子开关的关断速度要求，此时增加门槛加速放电电路，可以在第一电容C1电压在门槛电压(由第一稳压管D6决定)之下的时候，第二三极管Q2截止，而第三三极管Q3开通，这样第七电阻R7会同时加入对第一电容C1的放电，由此可以加快电子开关的关断速度。具体的，对于第七电阻R7阻值，可以基于实际使用场景需要进行调整，以适用各种需要不同关断速度的电子开关，从而能够应用于更多场景，提高实用性。其中，在副边整流滤波模块20中第一电容C1电压降低到零后，稳压驱动模块40中第二电容C2电压将在P沟道增强型场效应管Q1的开通门槛电压处失去快速放电功能，只能由较大的滤波时间常数放电，因此磁隔离驱动电路的关断电压在快速下降到P沟道增强型场效应管Q1的门槛电压时，会出现缓慢下降的情况，这对于开通门槛较低的电子开关J1存在无法可靠快速关断的风险。因此，实施例4中驱动负压子模块的第三电容C3、第二稳压管D7作为具有较大的滤波时间常数的三级滤波模块，其上电压在快速开关过程中相对稳定，在电子开关J1驱动电压上可以获得－Ud的负压；因此即便存在P沟道增强型场效应管Q1的门槛电压的拖尾现象，由于电子开关J1驱动负压的存在，只要负压绝对值大于Q1的门槛电压，都可以保证电子开关的可靠关断，由此消除快速放电模块中P沟道增强型场效应管Q1门槛电压的影响。
图11示出了本发明磁隔离电子开关驱动电路各实施例中原边变换电路的电路连接示意图；该原边变换模块包括驱动芯片U1、第二十电阻R20、第二十电容C20和第二十一电容C21，驱动芯片U1的第一引脚VCC与工作电源的正极(电源正)连接，驱动芯片U1的第二引脚PWM同时与第二十电阻R20一端和第二十一电容C21一端连接，第二十电阻R20另一端与PWM控制端连接，驱动芯片U1的第三引脚GND同时与第二十一电容C21另一端、地和工作电源的负极(参考地)连接，驱动芯片U1的第四引脚OUT与变压器的第一输入端连接，驱动芯片U1的第五引脚GND同时与第二十电容C20一端和地连接，第二十电容C20另一端与变压器的第二输入端连接。其中，PWM控制端所输出的PWM控制信号经由第二十电阻R20和第二十一电容C21所组成的初级滤波模块后进入驱动芯片U1的第二引脚PWM；而第二十电容C20能够起到隔直电容的效果，该隔直电容承担直流电压，确保只有交流分量电压施加在变压器输入端，保证电路可靠工作。依据隔直电容C20的工作原理，其也可以放置于驱动芯片U1的第四引脚和变压器的第一输入端。
本发明的磁隔离电子开关驱动电路，通过创新隔离电源设计，实现隔离电源也可快速通断，满足电子开关应用中快速开关的要求，以及在保证电子开关自身在开关过程可靠性的基础上，还适应低频甚至极限占空比(电子开关常通或者常断)的应用，从而整个磁隔离电子开关驱动电路能够直接作为电子开关的快速隔离驱动，省掉快速开关信号隔离电路，简化电子开关快速隔离驱动整体电路，降低成本。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，包括：
副边整流滤波模块，所述副边整流滤波模块具有第一输入端和第一输出端，其中，第一输出端具有第一输出正端和第一输出负端，所述第一输入端通过变压器与原边变换模块连接，所述第一输出正端和第一输出负端之间设置有第一滤波器；
快速放电模块，所述快速放电模块具有第二输入端和第二输出端，所述第二输入端和第二输出端之间设置有开关器件；
稳压驱动模块，所述稳压驱动模块具有第三输入端和第三输出端，所述第三输入端和第三输出端之间设置有第二滤波器，所述第三输出端与电子开关连接；
隔离模块，所述隔离模块具有第四输入端和第四输出端，所述第四输入端同时与所述快速放电模块的第二输入端和所述副边整流滤波模块的第一输出正端连接，所述第四输出端同时与所述快速放电模块的第二输出端和所述稳压驱动模块的第三输入端连接。
2.如权利要求1所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述第一滤波器的滤波常数小于所述第二滤波器的滤波常数。
3.如权利要求2所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述隔离模块为第三二极管，所述第三二极管的阳极为所述第四输入端，所述第三二极管的阴极为第四输出端。
4.如权利要求3所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述副边整流滤波模块中的第一滤波器包括第一电阻以及第一电容，所述第一电阻与所述第一电容并联；所述稳压驱动模块中的第二滤波器包括第二电阻以及第二电容，所述第二电阻与所述第二电容并联。
5.如权利要求4所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述第一电容小于所述第二电容。
6.如权利要求4所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述稳压驱动模块还设置有驱动负压子模块；
所述驱动负压子模块包括第三电容和第二稳压管，所述第三电容一端同时与所述第二电容一端、所述第二电阻一端和所述第二稳压管一端连接，所述第三电容另一端同时与第八电阻一端、第二稳压管另一端和所述电子开关的第一端连接，所述第八电阻另一端同时与所述电子开关的第二端和第三电阻一端连接，所述第三电阻另一端同时与所述第二电容另一端和所述第二电阻另一端连接。
7.如权利要求3所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述副边整流滤波模块中还设置有门槛加速放电子模块；
所述门槛加速放电子模块包括第三三极管、第二三极管、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一稳压管，所述第三三极管的集电极与所述第七电阻一端连接，所述第七电阻另一端同时与第五电阻一端和第六电阻一端连接于第一输出正端，所述第三三极管的基极同时与所述第六电阻另一端和所述第二三极管的集电极连接，所述第二三极管的基极和所述第一稳压管的一端连接，所述第一稳压管的另一端与第五电阻另一端连接，所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的发射极连接于第一输出负端。
8.如权利要求3所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述快速放电模块中的开关器件为P沟道增强型场效应管，所述快速放电模块还包括第四电阻，所述P沟道增强型场效应管的栅极与所述第四电阻一端连接，所述P沟道增强型场效应管的漏极同时与所述副边整流滤波模块的第一输出负端和所述稳压驱动模块的一个第三输入端连接，所述P沟道增强型场效应管的源极同时与所述隔离模块的第四输出端和所述稳压驱动模块的另一个第三输入端连接，所述第四电阻另一端同时与所述隔离模块的第四输入端和所述副边整流滤波模块的第一输出正端连接。
9.如权利要求1-8任一项所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述原边变换模块包括驱动芯片、第二十电阻、第二十电容和第二十一电容，所述驱动芯片的第一引脚用于与工作电源的正极连接，所述驱动芯片的第二引脚同时与所述第二十电阻一端和所述第二十一电容一端连接，所述第二十电阻另一端与PWM控制端连接，所述驱动芯片的第三引脚同时与所述第二十一电容另一端、地和所述工作电源的负极连接，所述驱动芯片的第四引脚与所述变压器的第一输入端连接，所述驱动芯片的第五引脚同时与所述第二十电容一端和地连接，所述第二十电容另一端与所述变压器的第二输入端连接。
10.如权利要求1-8任一项所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述副边整流滤波模块还包括全桥整流模块；
所述全桥整流模块包括第一二极管、第二二极管、第五二极管和第四二极管，所述第一二极管的阳极同时与所述第四二极管的阴极和所述变压器的一个输出端连接，所述第一二极管的阴极同时与所述第二二极管的阴极、所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端连接于第一输出正端，所述第四二极管的阳极同时与所述第五二极管的阳极、所述第一电容的另一端和所述第一电阻的另一端连接于第一输出负端，所述第五二极管的阴极同时与所述变压器的另一个输出端和所述第二二极管的阳极连接。
11.如权利要求1-8任一项所述磁隔离电子开关驱动电路，其特征在于，所述副边整流滤波模块还包括全波整流模块；
所述全波整流模块包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极和所述变压器副边第一绕组的一个输出端连接，所述第二二极管的阳极和所述变压器副边第二绕组的一个输出端连接，所述第一二极管的阴极同时与所述第二二极管的阴极、所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端连接于第一输出正端，所述第一电容的另一端、所述第一电阻的另一端和所述变压器副边第一、第二绕组公共端连接于第一输出负端。
12.一种磁隔离电子开关驱动控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-11任一项所述磁隔离电子开关驱动电路，执行以下步骤：
当电子开关处于逻辑断开时，PWM控制信号处于持续低电平或者持续高电平，电子开关处于断开模式；
当电子开关处于逻辑导通时，PWM控制信号处于高频PWM状态，在PWM控制信号下所述磁隔离驱动电路将电源正变换为副边驱动电压，电子开关处于导通模式。
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