CN201294458Y - 具有防止桥臂直通的桥式变换器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有防止桥臂直通的桥式变换器，该桥式变换器包括由4个晶体管组成且两组对角桥臂交替导通和截止的桥式电路，其特征在于，还包括：分别设置于两组对角桥臂之间，用于根据晶体管的源极与漏极之间的电压识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约对角桥臂的工作状态，或者分别设置于两组上下桥臂之间，用于根据晶体管的栅极电压或检测回路中电流识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约上下桥臂形成直通的桥臂直通制约电路。本实用新型还公开一种使用桥式变换器的电子设备。本实用新型具有电路结构简单且可靠性高的优点，能够有效的防止上下桥臂形成直通。

Description

具有防止桥臂直通的桥式变换器及电子设备

技术领域

本实用新型涉及桥式变换电路，尤其是涉及一种互锁制约对角桥臂的工作状态来防止形成桥臂直通的桥式变换器，以及具有该桥式变换器的电子设备。

背景技术

如图1所示，是现有由4个晶体管组成的桥式变换器的示意图。其中，晶体管Q1、Q2、Q3和Q4组成4个桥臂：晶体管Q1和Q4为一组对角桥臂，晶体管Q2和Q3为另一组对角桥臂；晶体管Q1和Q3为一组上下桥臂，晶体管Q2和Q4为另一组上下桥臂。桥式变换器在正常工作时，两组上下桥臂相互交替导通和截止，将输入的电压U经过变压器T转换为特定的电压U1为电子设备供电。

然而，为了提高桥式变换器的安全性能，防止上下桥臂形成直通而烧坏价格较高的晶体管。业界通常的做法是利用PWM芯片***阻容器件来控制桥式变换器的死区时间，然而，当阻容器件的参数发生改变时，其并不能有效的控制桥式变换器上下桥臂形成直通。

如申请日为2004年8月5日，申请号为200410070508.5，名称为“具有死区时间调整的桥式同步整流电路”的中国专利申请，其利用变压器二次侧的同步绕组，根据该变压器二次侧端输出的信号，用以输出一脉冲信号，并通过该脉冲信号触发一电子开关，同时搭配一RC单元、一比较单元用以输出一死区时间信号。但是，该技术方案需要利用变压器、电感等器件，使得控制复杂化，且实现成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种一种互锁制约对角桥臂的工作状态来防止形成桥臂直通的桥式变换器，以及具有该桥式变换器的电子设备，以解决目前的桥式电路中无法有效防止上下桥臂之间形成直通的技术问题。

为达成上述目的，本实用新型公开一种具有防止桥臂直通的桥式变换器，该桥式变换器包括由4个晶体管组成且两组对角桥臂交替导通和截止的桥式电路，其特征在于，还包括：分别设置于两组对角桥臂之间，用于根据晶体管的源极与漏极之间的电压识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约对角桥臂的工作状态，或者分别设置于两组上下桥臂之间，用于根据晶体管的栅极电压或检测回路中电流识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约上下桥臂形成直通的桥臂直通制约电路。

较优的，所述桥臂直通制约电路包括：第一、第四光耦器；该第一、第四光耦器的信号发射部分别串接于一组对角桥臂的第一、第四晶体管的源极与漏极之间，而第一、第四光耦器的信号接收部分别并接在第四、第一晶体管的栅极与源极之间，第二，三光耦器与另组桥臂第二、三晶体管的电气关系同理如上。

较优的，所述桥臂直通制约电路包括：第一、第四光耦器的信号发射部并联第二、第三光耦器的信号接收部，且均并接于一组上下桥臂的第一、第四晶体管的栅极与源极之间；第二，第三光耦器发射部并联第一、第四光耦器的信号接收部，且均并接于一组上下桥臂的第二、第三晶体管的栅极与源极之间。

较优的，所述桥臂直通制约电路包括：第一、第三光耦器发射部分别串电阻并接在第一、第三晶体管源极的检流电阻上；而其信号接收部分别并接在第一、第三晶体管的栅极与源极之间；第二，四光耦器与二、四晶体管的电气关系同理如上。

较优的，所述桥式电路中的4个晶体管均为N型晶体管(也指MOSFET及IGBT)。

本实用新型还公开一种使用上述具有防止桥臂直通的桥式变换器的电子设备。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型利用光耦器，既作为特定的电流、电压的检测元件，又作为防止上下桥臂形成直通的执行元件，同时具有信号隔离的作用；因此，本实用新型具有电路结构简单且可靠性高的优点，能够有效的防止上下桥臂形成直通，有效的保护了桥式变换器中的晶体管。

附图说明

图1是现有由晶体管组成的桥式变换器的电路示意图；

图2是本实用新型第一实施例的电路示意图；

图3是本实用新型第二实施例的电路示意图；

图4是本实用新型第三实施例的电路示意图。

具体实施方式

第一实施例

如图2所示，在由晶体管组成的桥式变换器中，通过增加4个光耦器来根据晶体管的源极与漏极之间的电压识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约对角桥臂的工作状态。具体如下：

第一光耦器的信号发射部U1-A串接限流电阻R1连接在晶体管Q1的源极与漏极之间，第一光耦器的信号接收部U1-B连接在与晶体管Q1形成对角桥臂的晶体管Q4的栅极与源极之间；而第四光耦器的信号发射部U4-A串接限流电阻R4连接在晶体管Q4的源极与漏极之间，第四光耦器的信号接收部U4-B连接在晶体管Q1的栅极与源极之间。以同样方式在另一组形成对角桥臂的晶体管Q2和Q3之间设置第二光耦器(由信号发射部U2-A和信号接收部U2-B组成)和第三光耦器(由信号发射部U3-A和信号接收部U3-B组成)。

图2所示电路的工作原理如下：

当形成一组对角桥臂的晶体管Q1和Q4导通时，另一组对角桥臂的晶体管Q2和Q3截止。当晶体管Q1和Q4导通时，此时，第一光耦器的信号发射部U1-A和第四光耦器的信号发射部U4-A均被晶体管Q1和Q4短路而截止；而由于晶体管Q2和Q3的源极与漏极之间由一定电压(由外部电源Vin提供)，故使得第二光耦器的信号发射部U2-A和第三光耦器的信号发射部U3-A导通，从而相互使晶体管Q2和Q3的栅极电压被钳制成低电位而保持截止，从而达到了防止晶体管Q1和Q3与晶体管Q2和Q4之间相互导通而形成直通的目的。

第二实施例

如图3所示。光耦器是根据晶体管的栅极电压识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约上下桥臂形成直通。具体如下：

在形成上下交臂的晶体管Q1和Q3、晶体管Q2和Q4之间，均如下连接光耦器。以晶体管Q1和Q3与光耦器的连接为例来说明。第一光耦器的信号发射部U1-A串接限流电阻R1后并联第三光耦器的信号接收部U3-B，且均并接于晶体管Q1的栅极与源极之间；而第三光耦器的信号发射部U3-A串接限流电阻R3后并联第一光耦器的信号接收部U1-B，且均并接于晶体管Q3的栅极与源极之间。

当形成一组对角桥臂的晶体管Q1和Q4导通时，另一组形成对角桥臂的晶体管Q2和Q3截止。此时，晶体管Q1的栅极控制电压为高电位，使第一光耦器的信号发射部U1-A导通，从而第一光耦器的信号接收部U1-B也导通而使晶体管Q3的栅极电压保持低电位。同理，晶体管Q4导通时，晶体管Q2保持绝对截止；反之亦然；从而达到了防止晶体管Q1和Q3、晶体管Q2和Q4导通而形成直通的目的。

第三实施例

如图4所示。光耦器是根据检测回路中电流识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约上下桥臂形成直通。在形成上下交臂的晶体管Q1和Q3、晶体管Q2和Q4之间，均如下连接光耦器。

以晶体管Q1和Q3与光耦器的连接为例来说明：晶体管Q1和Q3的源极分别串接检流电阻R12和R32；第一光耦器的信号发射部U1-A串接限流电阻R11后并联晶体管Q1源极通路上的检流电阻R12，而第三光耦器的信号接收部U3-B并接在晶体管Q1的栅极与源极之间；第三光耦器的信号发射部U3-A串接限流电阻R31后并联晶体管Q3的源极通路上的检流电阻R32，而第一光耦器的信号接收部U1-B并接在晶体管Q3的栅极与源极之间。

其工作原理如下：当形成一组对角桥臂的晶体管Q1和Q4导通时，另一组形成对角桥臂的晶体管Q2和Q3截止。此时，晶体管Q1的源极通路上电流在电阻R12产生电压使第一光耦器的信号发射部U1-A导通，从而第一光耦器的信号接收部U1-B也导通而使晶体管Q3的栅极电压保持低电位而截至。同理，第四光耦器的信号发射部U4-A导通而使体管Q2栅极电压保持低电位而绝对截至；反之亦然；从而达到了防止晶体管Q1和Q3、晶体管Q2和Q4导通而形成直通的目的。

综上，本实用新型利用光耦器，既作为特定的电流、电压的检测元件(不限于用电流放大器输出信号用以驱动光耦器发射部)，又作为防止上下桥臂形成直通的执行元件(不限于外接扩流以增强光耦器接受部的导通执行力)，同时具有信号隔离的作用；因此，本实用新型具有电路结构简单且可靠性高的优点，能够有效的防止上下桥臂形成直通，有效的保护了桥式变换器中的晶体管。

Claims (10)

1、一种具有防止桥臂直通的桥式变换器，该桥式变换器包括由4个晶体管组成且两组对角桥臂交替导通和截止的桥式电路，其特征在于，还包括：分别设置于两组对角桥臂之间，用于根据晶体管的源极与漏极之间的电压识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约对角桥臂的工作状态，或者分别设置于两组上下桥臂之间，用于根据晶体管的栅极电压或检测回路中电流识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约上下桥臂形成直通的桥臂直通制约电路。

2、根据权利要求1所述的具有防止桥臂直通的桥式变换器，其特征在于，所述桥臂直通制约电路包括：

第一、第二光耦器；

该第一、第二光耦器的信号发射部分别串接于一组对角桥臂的第一、第二晶体管的源极与漏极之间，而第一、第二光耦器的信号接收部分别串接在第二、第一晶体管的栅极与源极之间。

3、根据权利要求1所述的具有防止桥臂直通的桥式变换器，其特征在于，所述桥臂直通制约电路包括：

第一、第二光耦器；

第一光耦器的信号发射部并联第二光耦器的信号接收部，且均串接于一组上下桥臂的第一晶体管的栅极与源极之间；

第二光耦器的信号发射部并联第一光耦器的信号接收部，且均串接于该组上下桥臂的第二晶体管的栅极与源极之间。

4、根据权利要求1所述的具有防止桥臂直通的桥式变换器，其特征在于，所述桥臂直通制约电路包括：

第一、第二光耦器；

两个分别串接在一组上下桥臂的第一、第二晶体管源极的检流电阻；

第一光耦器的信号发射部并联第一晶体管源极通路上的检流电阻，而第二光耦器的信号接收部串接在第一晶体管的栅极与源极之间；

第二光耦器的信号发射部并联第二晶体管源极通路上的检流电阻，而第一光耦器的信号接收部串接在第二晶体管的栅极与源极之间。

5、根据权利要求2或3或4所述的具有防止桥臂直通的桥式变换器，其特征在于，所述桥臂直通制约电路包括：两个分别与第一、第二光耦器的信号发射部串接的限流电阻。

6、根据权利要求1所述的具有防止桥臂直通的桥式变换器，其特征在于，所述桥式电路中的4个晶体管均为N型晶体管。

7、一种使用权利要求1所述具有防止桥臂直通的桥式变换器的电子设备，其中，该桥式变换器包括由4个晶体管组成且两组对角桥臂交替导通和截止的桥式电路，其特征在于，该桥式变换器还包括：分别设置于两组对角桥臂之间，用于根据晶体管的源极与漏极之间的电压识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约对角桥臂的工作状态，或者分别设置于两组上下桥臂之间，用于根据晶体管的栅极电压或检测回路中电流识别晶体管的工作状态并产生对应晶体管工作状态的控制信号来互锁制约上下桥臂形成直通的桥臂直通制约电路。

8、根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述桥臂直通制约电路包括：

第一、第二光耦器；

该第一、第二光耦器的信号发射部分别串接于一组对角桥臂的第一、第二晶体管的源极与漏极之间，而第一、第二光耦器的信号接收部分别串接在第二、第一晶体管的栅极与源极之间。

9、根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述桥臂直通制约电路包括：

第一、第二光耦器；

第一光耦器的信号发射部并联第二光耦器的信号接收部，且均串接于一组上下桥臂的第一晶体管的栅极与源极之间；

第二光耦器的信号发射部并联第一光耦器的信号接收部，且均串接于该组上下桥臂的第二晶体管的栅极与源极之间。

10、根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述桥臂直通制约电路包括：

第一、第二光耦器；

两个分别串接在一组上下桥臂的第一、第二晶体管源极的检流电阻；

第一光耦器的信号发射部并联第一晶体管源极通路上的检流电阻，而第二光耦器的信号接收部串接在第一晶体管的栅极与源极之间；

第二光耦器的信号发射部并联第二晶体管源极通路上的检流电阻，而第一光耦器的信号接收部串接在第二晶体管的栅极与源极之间。

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