CN117833677A - 一种谐振驱动电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

一种谐振驱动电路及开关电源，谐振驱动电路包括：驱动输入单元，具有驱动输入端、驱动输出端，驱动输入端用于输入驱动控制信号，驱动输入单元用于根据驱动控制信号输出驱动激励信号并由驱动输出端输出；变压器隔离单元，具有原边绕组单元和多个副边绕组单元；多个开关管切换单元，多个开关管切换单元与多个副边绕组单元一一对应设置，每个切换单元具有第一连接端、第二连接端和第一受控端；多个主MOS管，与多个开关管切换单元一一对应设置，每个主MOS管的栅极与第一受控端连接，源极与第二连接端连接，漏极用于连接负载。本发明提出的谐振驱动电路能够实现高频谐振驱动的同时只保留谐振波形的正压部分。

Description

一种谐振驱动电路及开关电源

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种谐振驱动电路及开关电源。

背景技术

当采用硅MOS管作为开关器件的开关电源开关频率超过500kHz以上时，方波驱动会带来较大的驱动损耗，使其无法工作在更高的开关频率，当开关频率到1MHz甚至更高时，通常需要采用LC谐振的方式产生正弦波进行驱动MOS管，而谐振驱动的波形一般为正弦波，因此驱动波形存在较大的负压，但在宇航等特殊场合不允许MOS管的驱动端存在负压。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种谐振驱动电路，能够实现高频谐振驱动的同时只保留谐振波形的正压部分。

本发明还提出一种开关电源。

根据本发明第一方面实施例的谐振驱动电路，包括：

驱动输入单元，具有驱动输入端、驱动输出端，所述驱动输入端用于输入驱动控制信号，所述驱动输入单元用于根据所述驱动控制信号输出驱动激励信号并由所述驱动输出端输出；

变压器隔离单元，具有原边绕组单元和多个副边绕组单元，所述原边绕组单元与所述驱动输出端连接；

多个开关管切换单元，多个所述开关管切换单元与多个所述副边绕组单元一一对应设置，每个所述切换单元具有第一连接端、第二连接端和第一受控端，所述第一连接端和所述第一受控端与对应所述副边绕组单元连接；

多个主MOS管，与多个所述开关管切换单元一一对应设置，每个所述主MOS管的栅极与所述第一受控端连接，源极与所述第二连接端连接，漏极用于连接负载。

根据本发明实施例的谐振驱动电路，至少具有如下有益效果：

变压器隔离单元用于提供隔离的多路输出；主MOS管由变压器隔离单元驱动，并与变压器隔离单元的副边绕组单元产生谐振；开关管切换单元可以在正半周波形导通、负半周波形关断，使主MOS管产生谐振只保留正半周波形。本发明实施例的谐振驱动电路，通过驱动输入单元、变压器隔离单元、多个开关管切换单元和多个主MOS管，能实现高频谐振驱动的同时，只保留谐振波形的正压部分，使得该电路可适应不允许MOS管的驱动端存在负压的特殊场合，如宇航场合等。同时变压器隔离单元的多个副边绕组单元可实现多路输出，可外接多路负载。此外，本发明上述技术方案电路简单可靠，易实现，性价比高，有较高的实用价值。

根据本发明的一些实施例，每个所述开关管切换单元包括第一开关管，所述第一开关管的栅极与对应所述副边绕组单元的第一端连接，漏极与对应所述副边绕组单元的第二端连接，源极与对应所述主MOS管的源极对应连接。

根据本发明的一些实施例，每个所述开关管切换单元还包括串联在所述第一开关管的栅极与所述副边绕组单元的第一端之间的第一电阻。

根据本发明的一些实施例，所述第一开关管采用MOS管。

根据本发明的一些实施例，所述原边绕组单元包括：

第一原边绕组，其第一端用于接入第一工作电压，第二端用于连接所述驱动输入单元；

第二原边绕组，其第一端用于接入第一工作电压，第二端用于连接所述驱动输入单元；所述第一原边绕组和所述第二原边绕组为对称绕组。

根据本发明的一些实施例，所述驱动输入单元包括：

第一驱动子单元，具有第一驱动子输入端和第一驱动子输出端，所述第一驱动子输入端用于接入第一驱动控制信号，所述第一驱动子输出端与所述第一原边绕组的第二端连接；

第二驱动子单元，具有第二驱动子输入端和第二驱动子输出端，所述第二驱动子输入端用于接入第二驱动控制信号，所述第二驱动子输出端与所述第二原边绕组的第二端连接。

根据本发明的一些实施例，所述第一驱动子单元包括第二开关管，其栅极用于接入所述第一驱动控制信号，源极与地线连接，漏极与所述第一原边绕组的第二端连接。

根据本发明的一些实施例，所述第二驱动子单元包括第三开关管，其栅极用于接入所述第二驱动控制信号，源极与地线连接，漏极与所述第二原边绕组的第二端连接。

根据本发明的一些实施例，所述第一驱动控制信号和第二驱动控制信号采用PWM信号。

根据本发明第二方面实施例的开关电源，包括如第一方面实施例所述的谐振驱动电路。本发明实施例中的开关电源包括了如第一方面实施例所述的谐振驱动电路，因此具备如第一方面实施例所述的谐振驱动电路的所有有益效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的谐振驱动电路的电路图。

附图标记：

驱动输入单元100、

变压器隔离单元200、

开关管切换单元300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定、设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。

参见图1所示，图1为本发明实施例的谐振驱动电路的电路图，谐振驱动电路包括驱动输入单元100、变压器隔离单元200、多个开关管切换单元300和多个主MOS管；

驱动输入单元100，具有驱动输入端、驱动输出端，驱动输入端用于输入驱动控制信号，驱动输入单元100用于根据驱动控制信号输出驱动激励信号并由驱动输出端输出；

变压器隔离单元200，具有原边绕组单元和多个副边绕组单元，原边绕组单元与驱动输出端连接；

多个开关管切换单元300，多个开关管切换单元300与多个副边绕组单元一一对应设置，每个切换单元具有第一连接端、第二连接端和第一受控端，第一连接端和第一受控端与对应副边绕组单元连接；

多个主MOS管，与多个开关管切换单元300一一对应设置，每个主MOS管的栅极与第一受控端连接，源极与第二连接端连接，漏极用于连接负载。

具体的，驱动输入单元100分别与外部驱动控制信号、变压器隔离单元200连接，其中驱动输入单元100与变压器隔离单元200的原边绕组单元连接；变压器隔离单元200分别与驱动输入单元100、多个开关管切换单元300连接，其中变压器隔离单元200的原边绕组单元与驱动输入单元100连接，变压器隔离单元200的多个副边绕组单元分别与多个开关管切换单元300一一对应连接；多个开关管切换单元300分别与变压器隔离单元200、多个主MOS管连接，其中多个开关管切换单元300分别与变压器隔离单元200的多个副边绕组单元一一对应连接；多个主MOS管中每个主MOS管分别与对应的一个开关管切换单元300和负载连接。

具体的，外部驱动控制信号从驱动输入单元100接入对本电路进行驱动，驱动输入单元100根据驱动控制信号输出驱动激励信号，对变压器隔离单元200进行信号激励，变压器隔离单元200将输入原边绕组单元的信号隔离传输至多路副边绕组单元，提供隔离的多路输出，其中每个副边绕组单元的绕组电感与对应的一个主MOS管的寄生电容产生谐振，开关管切换单元300可实现在谐振的正半周导通负半周关断，使主MOS管产生谐振只保留正半周波形。

驱动输入单元100用于接入驱动控制信号并对变压器隔离单元200进行信号激励；变压器隔离单元200用于提供隔离的多路输出；主MOS管由变压器隔离单元200驱动，并与变压器隔离单元200的副边绕组单元产生谐振；开关管切换单元300可以在正半周波形导通、负半周波形关断，使主MOS管产生谐振只保留正半周波形。本发明实施例的谐振驱动电路，通过驱动输入单元100、变压器隔离单元200、多个开关管切换单元300和多个主MOS管，能实现高频谐振驱动的同时，只保留谐振波形的正压部分，使得该电路可适应不允许MOS管的驱动端存在负压的特殊场合，如宇航场合等。同时变压器隔离单元200的多个副边绕组单元可实现多路输出，可外接多路负载。此外，本发明上述技术方案电路简单可靠，易于实现，性价比高，有较高的实用价值。

如图1所示，在一些实施例中，每个开关管切换单元300包括第一开关管，第一开关管的栅极与对应副边绕组单元的第一端连接，漏极与对应副边绕组单元的第二端连接，源极与对应主MOS管的源极对应连接。每个开关切换管单元由一个第一开关管构成，由于第一开关管设置在主MOS管的源极与副边绕组单元之间，当第一开关管关断，即第一开关管的漏极与源极之间不导通，MOS管的源极与副边绕组单元之间的连接也会被切断。因此，在谐振波形的正半周时，第一开关管处于开启状态，主MOS管正常导通并产生谐振，谐振电流可正反流通，在谐振波形的负半周时，第一开关管处于关闭状态，谐振状态截止，负压因第一开关管截止而无法加在主MOS管，由此，实现了只有正半周谐振，负半周截止，只保留了正半周驱动波形。开关切换管单元采用一个开关管就实现了保留正半周波形而负半周截止的功能，结构简单可靠，稳定有效，性价比高，实用性强。

如图1所示，在一些实施例中，每个开关管切换单元300还包括串联在第一开关管的栅极与副边绕组单元的第一端之间的第一电阻。由于开关管在导通状态下，可以吸收大电流，这可能会导致电路的过载情况，因此在第一开关管的栅极与副边绕组单元之间增加第一电阻，起着限制电流的作用，通过调整第一电阻的阻值，可以有效的防止第一开关管的导通电流过大从而对第一开关管造成损害。开关管在截止状态下，具有较高的电压承受能力，但当处于导通状态时，电压承受能力也下降了，因此在第一开关管的栅极与副边绕组单元之间增加第一电阻，还可以分担电路中的一部分电压，防止过电压导致第一开关管损坏。通过增加第一电阻，起到了对于开关管的保护作用。

在一些实施例中，第一开关管采用MOS管。常见的开关管种类有MOSFET、BJT、IGBT等，其中，MOSFET即MOS管是最常用的一种开关管，其有NMOS、PMOS等几种类型。MOS管具有开关速度快、响应速度快、控制电流小等优点，广泛应用于各种电子设备中。

如图1所示，在一些实施例中，原边绕组单元包括第一原边绕组和第二原边绕组；

第一原边绕组，其第一端用于接入第一工作电压，第二端用于连接驱动输入单元100；

第二原边绕组，其第一端用于接入第一工作电压，第二端用于连接驱动输入单元100；第一原边绕组和第二原边绕组为对称绕组。

原边绕组单元由于采用两相对称的绕制，使线圈的形状和尺寸一致，因此，对称分量产生的磁场分布均匀，有利于改善电磁环境，提高输电质量，提高稳定性。同时由于原边绕组单元为对称绕组，多组副边绕组单元也两两互为对称绕组，有助于提高电路整体工作的稳定性。

在一些实施例中，驱动输入单元100包括第一驱动子单元和第二驱动子单元；

第一驱动子单元，具有第一驱动子输入端和第一驱动子输出端，第一驱动子输入端用于接入第一驱动控制信号，第一驱动子输出端与第一原边绕组的第二端连接；

第二驱动子单元，具有第二驱动子输入端和第二驱动子输出端，第二驱动子输入端用于接入第二驱动控制信号，第二驱动子输出端与第二原边绕组的第二端连接。

驱动输入单元100由两个驱动子单元共同组成，两个驱动子单元分别驱动第一原边绕组和第二原边绕组。

如图1所示，在一些实施例中，第一驱动子单元包括第二开关管，其栅极用于接入第一驱动控制信号，源极与地线连接，漏极与第一原边绕组的第二端连接。

如图1所示，在一些实施例中，第二驱动子单元包括第三开关管，其栅极用于接入第二驱动控制信号，源极与地线连接，漏极与第二原边绕组的第二端连接。

在一些实施例中，第一驱动子单元采用的第二开关管与第二驱动子单元采用的第三开关管都可以使用MOS管，MOS管具有开关速度快、响应速度快、控制电流小等优点，广泛应用于各种电子设备中。

在一些实施例中，第一驱动控制信号和第二驱动控制信号采用PWM信号。PWM信号有着调速范围宽、快速性好、波形系数好、功率因数好、抗噪性能强等多种优点，因而作为驱动控制信号得到了广泛的应用。本电路中采用两个独立的PWM信号进行控制，可以通过分别调整两个PWM信号的占空比，实现对输出电压和频率的精确控制，可以实现更高的输出频率，这使得能够适应更多不同的负载要求和工作条件，提高驱动控制信号的灵活性、效率、稳定性和可靠性。

在一些实施例中，本谐振驱动电路应用范围为高频开关电源的MOS管驱动电路。在一些实施例中，本谐振驱动电路应用范围为开关频率超过1MHz的开关电源驱动电路。

为了更好地描述本发明实施例的谐振驱动电路，这里以具体实施例的方式进行进一步描述。

参考图1，第二开关管Q1的栅极接入第一驱动控制信号PWM1，第二开关管Q1的源极接地，第二开关管Q1的漏极连接隔离变压器TX的第一原边绕组P1的一端，第一原边绕组P1的另一端连接第一工作电压VCC，第三开关管Q2的栅极接入第二驱动控制信号PWM2，第三开关管Q2的源极接地，第三开关管Q2的漏极连接隔离变压器TX的第二原边绕组P2的一端，第二原边绕组P2的另一端连接第一工作电压VCC，隔离变压器TX具有n组副边绕组N1、N2...Nn，以一组副边绕组N1为例进行副边电路说明，其他副边绕组电路同理，副边绕组N1的第一端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与主MOS管Qm1的栅极连接，主MOS管Qm1的漏极可用于外接负载，第一开关管Qg1的栅极与主MOS管Qm1的栅极连接，第一开关管Qg1的漏极与副边绕组N1的第二端连接，第一开关管Qg1的源极与主MOS管Qm1的源极连接。

PWM1、PWM2作为驱动信号驱动第二开关管Q1和第三开关管Q2，从而对驱动变压器TX进行信号激励，驱动变压器TX的每个副边绕组的绕组电感与对应的一个主MOS管Qm1的寄生电容产生谐振，以一组副边绕组N1为例进行具体说明，其他副边绕组同理，副边绕组N1的绕组电感与主MOS管Qm1的寄生电容产生谐振，若电路中不存在第一开关管Qg1，则在主MOS管Qm1的栅极产生正弦波驱动信号，但本发明在电路中增加了第一开关管Qg1用来消除主MOS管Qm1栅极的负压信号。

在谐振波形的正半周时，第一开关管Qg1处于开启状态，主MOS管Qm1正常导通，谐振电流可正反流通；在谐振波形的负半周时，第一开关管Qg1处于关闭状态，谐振状态截止，负压因第一开关管Qg1截止而无法加在主MOS管Qm1的栅极，因此实现了只有正半周谐振，负半周截止，只保留了正半周驱动波形。

本发明实施例还提出了一种开关电源，该开关电源包括如上述实施例所述的谐振驱动电路。本发明实施例中的开关电源包括了如上述实施例所述的谐振驱动电路，因此具备如第一方面实施例所述的谐振驱动电路的所有有益效果。

为开关电源电路增加这一谐振驱动电路，能实现高频谐振驱动的同时，只保留谐振波形的正压部分，使得该电路可适应不允许MOS管的驱动端存在负压的特殊场合，如宇航场合等。此外，本发明上述技术方案电路简单可靠，有较高的实用价值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种谐振驱动电路，其特征在于，包括：

驱动输入单元，具有驱动输入端、驱动输出端，所述驱动输入端用于输入驱动控制信号，所述驱动输入单元用于根据所述驱动控制信号输出驱动激励信号并由所述驱动输出端输出；

变压器隔离单元，具有原边绕组单元和多个副边绕组单元，所述原边绕组单元与所述驱动输出端连接；

多个开关管切换单元，多个所述开关管切换单元与多个所述副边绕组单元一一对应设置，每个所述切换单元具有第一连接端、第二连接端和第一受控端，所述第一连接端和所述第一受控端与对应所述副边绕组单元连接；

多个主MOS管，与多个所述开关管切换单元一一对应设置，每个所述主MOS管的栅极与所述第一受控端连接，源极与所述第二连接端连接，漏极用于连接负载。

2.根据权利要求1所述的谐振驱动电路，其特征在于，每个所述开关管切换单元包括第一开关管，所述第一开关管的栅极与对应所述副边绕组单元的第一端连接，漏极与对应所述副边绕组单元的第二端连接，源极与对应所述主MOS管的源极对应连接。

3.根据权利要求2所述的谐振驱动电路，其特征在于，每个所述开关管切换单元还包括串联在所述第一开关管的栅极与所述副边绕组单元的第一端之间的第一电阻。

4.根据权利要求2或3所述的谐振驱动电路，其特征在于，所述第一开关管采用MOS管。

5.根据权利要求1所述的谐振驱动电路，其特征在于，所述原边绕组单元包括：

第一原边绕组，其第一端用于接入第一工作电压，第二端用于连接所述驱动输入单元；

第二原边绕组，其第一端用于接入第一工作电压，第二端用于连接所述驱动输入单元；所述第一原边绕组和所述第二原边绕组为对称绕组。

6.根据权利要求5所述的谐振驱动电路，其特征在于，所述驱动输入单元包括：

第一驱动子单元，具有第一驱动子输入端和第一驱动子输出端，所述第一驱动子输入端用于接入第一驱动控制信号，所述第一驱动子输出端与所述第一原边绕组的第二端连接；

第二驱动子单元，具有第二驱动子输入端和第二驱动子输出端，所述第二驱动子输入端用于接入第二驱动控制信号，所述第二驱动子输出端与所述第二原边绕组的第二端连接。

7.根据权利要求6所述的谐振驱动电路，其特征在于，所述第一驱动子单元包括第二开关管，其栅极用于接入所述第一驱动控制信号，源极与地线连接，漏极与所述第一原边绕组的第二端连接。

8.根据权利要求6所述的谐振驱动电路，其特征在于，所述第二驱动子单元包括第三开关管，其栅极用于接入所述第二驱动控制信号，源极与地线连接，漏极与所述第二原边绕组的第二端连接。

9.根据权利要求6或7或8所述的谐振驱动电路，其特征在于，所述第一驱动控制信号和第二驱动控制信号采用PWM信号。

10.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1至9任一所述的谐振驱动电路。