一种有源钳位驱动电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种有源钳位驱动电路。

背景技术

在全桥开关电源中，副边通常采用有源钳位吸收的方法，该方法可以显著降低副边整流管的电压应力、提高可靠性；相比于无源吸收，有源钳位吸收可以降低吸收损耗，提高电源效率。由于该方法需要使有源钳位电路中用于吸收功率的开关管在原边的开关管导通时导通，并在原边的开关管关断时或关断前关断，因此主要通过将原边的反相后通过隔离驱动器实现，但在高功率密度电源模块中因需要增加隔离驱动器而难以实现。

发明内容

本发明提供了一种有源钳位驱动电路，以解决难以在高功率密度电源模块中实现有源钳位的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种有源钳位驱动电路，应用于全桥功率变换电路，包括：第一有源钳位吸收子电路和第二有源钳位吸收子电路；其中，所述全桥功率变换电路包括：原边全桥电路、副边全桥电路和隔离驱动器；

所述第一有源钳位吸收子电路的控制端与所述隔离驱动器的输出端连接，所述第一有源钳位吸收子电路的吸收端与所述副边全桥电路连接；

所述第二有源钳位吸收子电路的控制端与所述隔离驱动器的输出端连接，所述第二有源钳位吸收子电路的吸收端与所述副边全桥电路连接；

所述副边全桥电路与所述隔离驱动器的输出端连接；

所述隔离驱动器用于控制所述副边全桥电路的开启和所述副边全桥电路的关断；

所述第一有源钳位吸收子电路用于在所述原边全桥电路的第一半桥的导通期间，对副边全桥电路的电压尖峰进行钳位并进行电能吸收；

所述第二有源钳位吸收子电路用于在所述原边全桥电路的第二半桥的导通期间，对副边全桥电路的电压尖峰进行钳位并进行电能吸收。

本发明的第一有源钳位吸收子电路和第二有源钳位吸收子电路仅与全桥功率变换电路中的副边的隔离驱动器连接，并基于隔离驱动器对原边的两个半桥的通断做出响应，从而实现钳位和电压尖峰的吸收并且不需要额外设置隔离驱动器，可应用在高功率密度电源模块。

进一步地，所述第一有源钳位吸收子电路，包括：第一电容、第一开关管和第一驱动电路；

其中，所述第一电容的第一端与所述副边全桥电路的第一输出端连接，所述第一电容的第二端与所述第一开关管的第一端连接；

所述第一开关管的第二端与所述副边全桥电路的第二输出端连接，并且所述第一开关管的第二端接地；

所述第一开关管的控制端与所述第一驱动电路的输出端连接；

所述第一驱动电路的输入端为所述第一有源钳位吸收子电路的控制端；

所述第一驱动电路用于根据所述隔离驱动器的驱动信号，在所述第一半桥的导通期间控制所述第一开关管导通。

本发明基于副边的隔离驱动器的驱动信号对第一开关管通断进行控制，从而无需额外增设隔离驱动器实现钳位和电压尖峰的吸收，可应用在高功率密度电源模块。

进一步地，所述第一驱动电路包括：第一延时电路、第一电平转换及放电电路和第一驱动器；

其中，所述第一延时电路的输入端为所述第一驱动电路的输入端，所述第一延时电路的输出端与所述第一驱动器的输入端连接；

所述第一驱动器的输出端与所述第一电平转换及放电电路的输入端连接；

所述第一电平转换及放电电路的输出端为所述第一驱动电路的输出端；

所述第一延时电路用于将所述隔离驱动器的驱动信号经延时后传输至所述第一驱动器；

所述第一驱动器用于在所述第一驱动器的输入端的电压低于第一阈值时，输出第一电平信号；以及用于在所述第一驱动器的输入端的电压高于第一阈值时，输出第二电平信号；

所述第一电平转换及放电电路用于将所述第一电平信号或第二电平信号经电平转换后传输至所述第一开关管。

本发明利用第一延时电路和第一电平转换及放电电路，分别对隔离驱动器的驱动信号以及第一驱动器的电平信号进行延时，从而实现在第一半桥导通期间使第一开关管导通从而进行钳位和电压尖峰的吸收；无需额外增设隔离驱动器便于应用在高功率密度电源模块。

进一步地，所述第一延时电路，包括：第一二极管、第一电阻和第二电容；

其中，所述第一二极管的阳极与所述第一电阻的第一端连接，共同构成所述第一延时电路的输入端；

所述第一二极管的阴极分别与所述第一电阻的第二端和第二电容的第一端连接，共同构成所述第一延时电路的输出端；

所述第二电容的第二端接地。

进一步地，所述第一电平转换及放电电路包括：第二二极管、第二电阻和第三电容；

其中，所述第三电容的第一端为所述第一电平转换及放电电路的输出端；

所述第三电容的第二端分别与所述第二二极管的阳极和所述第二电阻的第一端连接，共同构成所述第一电平转换及放电电路的输出端；

所述第二二极管的阴极与所述第二电阻的第二端连接，并且所述第二二极管接地。

进一步地，所述第二有源钳位吸收子电路，包括：第四电容、第二开关管和第二驱动电路；

其中，所述第四电容的第一端与所述副边全桥电路的第一输出端连接，所述第四电容的第二端与所述第二开关管的第一端连接；

所述第二开关管的第二端与所述副边全桥电路的第二输出端连接，并且所述第二开关管的第二端接地；

所述第二开关管的控制端与所述第二驱动电路的输出端连接；

所述第二驱动电路的输入端为所述第二有源钳位吸收子电路的控制端；

所述第二驱动电路用于根据所述隔离驱动器的驱动信号，在所述第二半桥的导通期间控制所述第二开关管导通。

本发明基于副边的隔离驱动器的驱动信号对第二开关管通断进行控制，从而无需额外增设隔离驱动器实现钳位和电压尖峰的吸收，可应用在高功率密度电源模块。

进一步地，所述第二驱动电路包括：第二延时电路、第二电平转换及放电电路和第二驱动器；

其中，所述第二延时电路的输入端为所述第二驱动电路的输入端，所述第一延时电路的输出端与所述第二驱动器的输入端连接；

所述第二驱动器的输出端与所述第二电平转换及放电电路的输入端连接；

所述第二电平转换及放电电路的输出端为所述第二驱动电路的输出端；

所述第二延时电路用于将所述隔离驱动器的驱动信号经延时后传输至所述第二驱动器；

所述第二驱动器用于在所述第二驱动器的输入端的电压低于第一阈值时，输出第一电平信号；以及用于在所述第二驱动器的输入端的电压高于第一阈值时，输出第二电平信号；

所述第二电平转换及放电电路用于将所述第一电平信号或第二电平信号经电平转换后传输至所述第二开关管。

本发明利用第一延时电路和第二电平转换及放电电路，分别对隔离驱动器的驱动信号以及第二驱动器的电平信号进行延时，从而实现在第二半桥导通期间使第二开关管导通从而进行钳位和电压尖峰的吸收；无需额外增设隔离驱动器便于应用在高功率密度电源模块。

进一步地，所述第二延时电路，包括：第三二极管、第三电阻和第五电容；

其中，所述第三二极管的阳极与所述第三电阻的第一端连接，共同构成所述第二延时电路的输入端；

所述第三二极管的阴极分别与所述第三电阻的第二端和第五电容的第一端连接，共同构成所述第二延时电路的输出端；

所述第五电容的第二端接地。

进一步地，所述第二电平转换及放电电路包括：第四二极管、第四电阻和第六电容；

其中，所述第六电容的第一端为所述第二电平转换及放电电路的输出端；

所述第六电容的第二端分别与所述第四二极管的阳极和所述第四电阻的第一端连接，共同构成所述第二电平转换及放电电路的输出端；

所述第四二极管的阴极与所述第四电阻的第二端连接，并且所述第四二极管接地。

进一步地，所述全桥功率变换电路，还包括：驱动器和PWM控制器；

其中，所述驱动器的输入端与所述PWM控制器连接，所述驱动器的输出端与所述原边全桥电路连接；

所述隔离驱动器的输入端与所述PWM控制器连接。

附图说明

图1为本发明提供的有源钳位驱动电路的一种实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的有源钳位驱动电路的一种实施例的连接关系示意图；

图3为本发明提供的信号时序图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，本发明提供的有源钳位驱动电路的一种实施例的结构示意图，该电路包括：

第一有源钳位吸收子电路和第二有源钳位吸收子电路；其中，所述全桥功率变换电路包括：原边全桥电路、副边全桥电路和隔离驱动器；

所述第一有源钳位吸收子电路的控制端与所述隔离驱动器的输出端连接，所述第一有源钳位吸收子电路的吸收端与所述副边全桥电路连接；

所述第二有源钳位吸收子电路的控制端与所述隔离驱动器的输出端连接，所述第二有源钳位吸收子电路的吸收端与所述副边全桥电路连接；

所述副边全桥电路与所述隔离驱动器的输出端连接；

所述隔离驱动器用于控制所述副边全桥电路的开启和所述副边全桥电路的关断；

所述第一有源钳位吸收子电路用于在所述原边全桥电路的第一半桥的导通期间，对副边全桥电路的电压尖峰进行钳位并进行电能吸收；

所述第二有源钳位吸收子电路用于在所述原边全桥电路的第二半桥的导通期间，对副边全桥电路的电压尖峰进行钳位并进行电能吸收。

本发明的第一有源钳位吸收子电路和第二有源钳位吸收子电路仅与全桥功率变换电路中的副边的隔离驱动器连接，并基于隔离驱动器对原边的两个半桥的通断做出响应，从而实现钳位和电压尖峰的吸收并且不需要额外设置隔离驱动器，可应用在高功率密度电源模块。

请参照图2，为本发明提供的有源钳位驱动电路的一种实施例的连接关系示意图，所述第一有源钳位吸收子电路，包括：第一电容C2、第一开关管Q9和第一驱动电路；

其中，所述第一电容C2的第一端与所述副边全桥电路的第一输出端连接，所述第一电容C2的第二端与所述第一开关管Q9的第一端连接；

所述第一开关管Q9的第二端与所述副边全桥电路的第二输出端连接，并且所述第一开关管Q9的第二端接地；

所述第一开关管Q9的控制端与所述第一驱动电路的输出端连接；

所述第一驱动电路的输入端为所述第一有源钳位吸收子电路的控制端；

所述第一驱动电路用于根据所述隔离驱动器的驱动信号，在所述第一半桥的导通期间控制所述第一开关管Q9导通。

本发明基于副边的隔离驱动器的驱动信号对第一开关管Q9通断进行控制，从而无需额外增设隔离驱动器实现钳位和电压尖峰的吸收，可应用在高功率密度电源模块。

进一步地，所述第一驱动电路包括：第一延时电路、第一电平转换及放电电路和第一驱动器IC1；

其中，所述第一延时电路的输入端为所述第一驱动电路的输入端，所述第一延时电路的输出端与所述第一驱动器IC1的输入端连接；

所述第一驱动器IC1的输出端与所述第一电平转换及放电电路的输入端连接；

所述第一电平转换及放电电路的输出端为所述第一驱动电路的输出端；

所述第一延时电路用于将所述隔离驱动器的驱动信号经延时后传输至所述第一驱动器IC1；

所述第一驱动器IC1用于在所述第一驱动器IC1的输入端的电压低于第一阈值时，输出第一电平信号；以及用于在所述第一驱动器IC1的输入端的电压高于第一阈值时，输出第二电平信号；

所述第一电平转换及放电电路用于将所述第一电平信号或第二电平信号经电平转换后传输至所述第一开关管Q9。

本发明利用第一延时电路和第一电平转换及放电电路，分别对隔离驱动器的驱动信号以及第一驱动器IC1的电平信号进行延时，从而实现在第一半桥导通期间使第一开关管Q9导通从而进行钳位和电压尖峰的吸收；无需额外增设隔离驱动器便于应用在高功率密度电源模块。

进一步地，所述第一延时电路，包括：第一二极管D3、第一电阻R3和第二电容C5；

其中，所述第一二极管D3的阳极与所述第一电阻R3的第一端连接，共同构成所述第一延时电路的输入端；

所述第一二极管D3的阴极分别与所述第一电阻R3的第二端和第二电容C5的第一端连接，共同构成所述第一延时电路的输出端；

所述第二电容C5的第二端接地。

进一步地，所述第一电平转换及放电电路包括：第二二极管D1、第二电阻R1和第三电容C1；

其中，所述第三电容C1的第一端为所述第一电平转换及放电电路的输出端；

所述第三电容C1的第二端分别与所述第二二极管D1的阳极和所述第二电阻R1的第一端连接，共同构成所述第一电平转换及放电电路的输出端；

所述第二二极管D1的阴极与所述第二电阻R1的第二端连接，并且所述第二二极管D1接地。

在本实施例中，原边全桥电路包括第一整流管Q1、第二整流管Q2、第三整流管Q3和第四整流管Q4；其中，第一整流管Q1的第一端与第二整流管Q2的第一端连接，共同构成原边全桥电路的第一输入端；第一整流管Q1的第二端与第三整流管Q3的第一端连接，共同构成原边全桥电路的第一输出端；第二整流管Q2的第二端与第四整流管Q4的第一端连接，共同构成原边全桥电路的第二输出端；第三整流管Q3的第二端与第四整流管Q4的第二端连接，共同构成原边全桥电路的第二输入端；第一整流管Q1的控制端与驱动器的第一输出端连接，第二整流管Q2的控制端与驱动器的第二输出端连接，第三整流管Q3的控制端与驱动器的第三输出端连接，第四整流管Q4的控制端与驱动器的第四输出端连接；驱动器的第一输入端与PWM控制器的第一输出端连接，驱动器的第二输入端与PWM第二输出端连接；PWM控制器的第三输出端与隔离控制器的第一输入端连接，PWM的第四输出端与隔离驱动器的第二输入端连接。

在本实施例中，第一整流管Q1和第四整流管Q4组成第一半桥，第二整流管Q2和第三整流管Q3组成第二半桥。

在本实施例中，副边全桥电路包括第五整流管Q5、第六整流管Q6、第七整流管Q7和第八整流管Q8；其中，第五整流管Q5的第一端与第六整流管Q6的第一端连接，共同构成副边全桥电路的第一输出端；第五整流管Q5的第二端与第七整流管Q7的的第一端连接，共同构成副边全桥电路的第一输入端；第六整流管Q6的第二端与第八整流管Q8的第一端连接，共同构成副边全桥电路的第二输入端；第七整流管Q7的第二端与第八整流管Q8的第二端连接，共同构成副边全桥电路的第二输出端；第五整流管Q5的控制端与隔离驱动器的第一输出端连接，第六整流管Q6的控制端与隔离驱动器的第二输出端连接，第七整流管Q7的控制端与隔离驱动器的第三输出端连接，第八整流管Q8的控制端与隔离驱动器的第四输出端连接；副边全桥电路的第二输入端与变压器的副边的第一端连接，副边全桥电路的第一输入端与变压器的副边的第二端连接。

在本实施例中，第七整流管Q7接收到的驱动信号通过第一电阻R3和第一二极管D3连接到第一驱动器IC1的输入，第二电容C5连接在第一驱动器IC1的输入和地之间，第一驱动器IC1的输出连接到第三电容C1。由于死区，当第一整流管Q1和第四整流管Q4开通时，第七整流管Q7已提前关断，第七整流管Q7关断后，第一电阻R3、第二电容C5放电，B点电压下降，下降到第一驱动器IC1的输入关断阈值时，第一驱动器IC1输出低电平，经过第三电容C1和和第二二极管D1的转换，第一开关管Q9的控制端，即C点，为负电平，第一开关管Q9开通，通过调整第一电阻R3的阻值和第二电容C5的容值，可以将第一开关管Q9的开通沿设置在第一整流管Q1和第四整流管Q4的开通沿之后。第一开关管Q9驱动变为负电平后，第一开关管Q9的栅极电容和第三电容C1通过第二电阻R1放电，C点电压由负电压往零电压上升，通过调整第二电阻R1的阻值，使C点电压在第一整流管Q1和第四整流管Q4关断之前上升到第一开关管Q9的阈值电压，第一开关管Q9关断。第一整流管Q1和第四整流管Q4关断后，第七整流管Q7经过死区时间后开通，B点电压瞬间变高，第一驱动器IC1输入变高，第三电容C1上的电压通过第二二极管D1刷新至第一驱动器IC1的VCC。该过程中各个器件的波形可参照图3，为本发明提供的信号时序图，其中，第一开关管Q9在第一半桥开启后导通，并在第一半桥关闭前截止。

请参照图2，所述第二有源钳位吸收子电路，包括：第四电容C4、第二开关管Q10和第二驱动电路；

其中，所述第四电容C4的第一端与所述副边全桥电路的第一输出端连接，所述第四电容C4的第二端与所述第二开关管Q10的第一端连接；

所述第二开关管Q10的第二端与所述副边全桥电路的第二输出端连接，并且所述第二开关管Q10的第二端接地；

所述第二开关管Q10的控制端与所述第二驱动电路的输出端连接；

所述第二驱动电路的输入端为所述第二有源钳位吸收子电路的控制端；

所述第二驱动电路用于根据所述隔离驱动器的驱动信号，在所述第二半桥的导通期间控制所述第二开关管Q10导通。

本发明基于副边的隔离驱动器的驱动信号对第二开关管Q10通断进行控制，从而无需额外增设隔离驱动器实现钳位和电压尖峰的吸收，可应用在高功率密度电源模块。

进一步地，所述第二驱动电路包括：第二延时电路、第二电平转换及放电电路和第二驱动器IC2；

其中，所述第二延时电路的输入端为所述第二驱动电路的输入端，所述第一延时电路的输出端与所述第二驱动器IC2的输入端连接；

所述第二驱动器IC2的输出端与所述第二电平转换及放电电路的输入端连接；

所述第二电平转换及放电电路的输出端为所述第二驱动电路的输出端；

所述第二延时电路用于将所述隔离驱动器的驱动信号经延时后传输至所述第二驱动器IC2；

所述第二驱动器IC2用于在所述第二驱动器IC2的输入端的电压低于第一阈值时，输出第一电平信号；以及用于在所述第二驱动器IC2的输入端的电压高于第一阈值时，输出第二电平信号；

所述第二电平转换及放电电路用于将所述第一电平信号或第二电平信号经电平转换后传输至所述第二开关管Q10。

本发明利用第一延时电路和第二电平转换及放电电路，分别对隔离驱动器的驱动信号以及第二驱动器IC2的电平信号进行延时，从而实现在第二半桥导通期间使第二开关管Q10导通从而进行钳位和电压尖峰的吸收；无需额外增设隔离驱动器便于应用在高功率密度电源模块。

进一步地，所述第二延时电路，包括：第三二极管D4、第三电阻R4和第五电容C6；

其中，所述第三二极管D4的阳极与所述第三电阻R4的第一端连接，共同构成所述第二延时电路的输入端；

所述第三二极管D4的阴极分别与所述第三电阻R4的第二端和第五电容C6的第一端连接，共同构成所述第二延时电路的输出端；

所述第五电容C6的第二端接地。

进一步地，所述第二电平转换及放电电路包括：第四二极管D2、第四电阻R2和第六电容C3；

其中，所述第六电容C3的第一端为所述第二电平转换及放电电路的输出端；

所述第六电容C3的第二端分别与所述第四二极管D2的阳极和所述第四电阻R2的第一端连接，共同构成所述第二电平转换及放电电路的输出端；

所述第四二极管D2的阴极与所述第四电阻R2的第二端连接，并且所述第四二极管D2接地。

在本实施例中，第八整流管Q8接收到的驱动信号通过第三电阻R4和第三二极管D4连接到第二驱动器IC2的输入，第五电容C6连接在第二驱动器IC2的输入和地之间，第二驱动器IC2的输出连接到第六电容C3。由于死区，当第二整流管Q2和第三整流管Q3开通时，第八整流管Q8已提前关断，第八整流管Q8关断后，第三电阻R4、第五电容C6放电，D点电压下降，下降到第二驱动器IC2的输入关断阈值时，第二驱动器IC2输出低电平，经过第六电容C3和和第四二极管D2的转换，第二开关管Q10的控制端，即E点，为负电平，第二开关管Q10开通，通过调整第三电阻R4的阻值和第五电容C6的容值，可以将第二开关管Q10的开通沿设置在第二整流管Q2和第三整流管Q3的开通沿之后。第二开关管Q10驱动变为负电平后，第二开关管Q10的栅极电容和第六电容C3通过第二电阻R1放电，E点电压由负电压往零电压上升，通过调整第二电阻R1的阻值，使E点电压在第二整流管Q2和第三整流管Q3关断之前上升到第二开关管Q10的阈值电压，第二开关管Q10关断。第二整流管Q2和第三整流管Q3关断后，第八整流管Q8经过死区时间后开通，D点电压瞬间变高，第二驱动器IC2输入变高，第六电容C3上的电压通过第四二极管D2刷新至第二驱动器IC2的VCC。

进一步地，所述全桥功率变换电路，还包括：驱动器和PWM控制器；

其中，所述驱动器的输入端与所述PWM控制器连接，所述驱动器的输出端与所述原边全桥电路连接；

所述隔离驱动器的输入端与所述PWM控制器连接。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。