一种驱动电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种驱动电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展，驱动电路日益受到关注。开关电源电路呈现高频、高效率和高功率密度的发展趋势。随着开关频率的升高，驱动损耗也随之上升。在传统的电压型驱动电路中，每个开关周期内开关管的等效门极电容中的能量会全部耗散在驱动回路等效电阻上，驱动电路的损耗较大，造成了资源的浪费。

发明内容

本申请提供一种驱动电路，用以解决现有的电压型驱动电路损耗过大的问题。

本申请提供一种驱动电路，所述驱动电路包括方波发生电路、电感、变压器和至少一路开关管电路，其中，

所述方波发生电路的第一端与所述电感的输入端连接，所述方波发生电路的第二端与所述变压器的初级绕组的第一端连接；所述方波发生电路，用于产生具有高电平、低电平和零电平的方波；

所述电感的输出端与所述初级绕组的第二端连接；

所述变压器包括至少一个次级绕组；所述次级绕组的数目与所述开关管电路的数目相同，每个所述次级绕组上连接有一路所述开关管电路；

所述方波发生电路输出零电平时，所述电感与所述开关管电路的门极电容构成谐振电路；所述方波发生电路输出高电平或低电平时，所述开关管电路的门极电容之间相互箝位。

可选地，所述方波的零电平持续时间不可调，所述方波的高电平的持续时间和所述方波的低电平的持续时间可调，且所述高电平的持续时间和所述低电平的持续时间相等。

可选地，所述方波发生电路包括直流电源和开关管网络电路组成，其中，

所述直流电源，用于输出直流电压；

所述开关管网络电路，用于将所述直流电压转换为具有高电平、低电平和零电平的方波电压。

可选地，所述开关管网络电路为全桥开关管电路或半桥开关管电路。

可选地，所述开关管网络电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容和第二电容；其中，所述第一开关管和所述第二开关管串联，构成开关管半桥电路；所述开关管半桥电路与所述直流电源并联；所述第一电容和所述第二电容串联，构成电容半桥电路；所述电容半桥电路与所述直流电源并联；

所述第三开关管和所述第四开关管构成双向管；所述双向管的两端分别与所述开关管半桥电路和所述电容半桥电路的桥臂中点连接；

所述开关管半桥电路的桥臂中点和所述电容半桥电路的桥臂中点组成所述方波发生电路的输出端。

可选地，所述方波发生电路产生的方波的零电平的持续时间与指定值的差异小于或者等于第一预设值；其中，所述指定值为所述谐振电路的谐振周期的一半。

可选地，所述电感的电感值基于所述驱动电路输出的驱动信号的死区时间、所述方波发生电路产生的方波的幅值、所述开关管电路的阈值电压和所述开关管电路的栅极电容确定。

可选地，所述电感与所述变压器集成在一起。

可选地，所述变压器的漏感小于指定值。

可选地，所述第一预设值为0.05。

本申请提供的驱动电路，通过设置方波发生电路、电感、变压器和至少一路开关管电路，并令方波发生电路的第一端与所述电感的输入端连接，方波发生电路的第二端与所述变压器的初级绕组的第一端连接，电感的输出端与所述初级绕组的第二端连接，以及令所述变压器包括至少一个次级绕组，每个所述次级绕组上连接有一路所述开关管电路。这样，通过让方波发生电路产生具有高电平、低电平和零电平的方波，可在所述方波发生电路输出高电平或低电平时，让开关管电路的所有门极电容之间相互箝位；在方波发生电路输出零电平时，让所述电感与所述开关管电路的门极电容构成谐振电路，即电感和门极电容发生谐振，门极电容在电感和门极电容发生谐振时存储能量，避免了能量损耗，可实现能量回收。此外，本申请提供的驱动电路，通过降低驱动速度、回收驱动能量，可以降低驱动损耗；通过增加次级绕组数量，即可实现多个开关管的驱动，有利于更小的占板面积和功率密度；并且，次级绕组直接连接开关管栅极电容，相互箝位保证了多路驱动波形的一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的驱动电路实施例一的电路结构图；

图2为本申请一示例性实施例示出的一种方波发生电路的电路结构图；

图3为本申请一示例性实施例示出的一种驱动电路的电路结构图；

图4为本申请一示例性实施例示出的方波发生电路输出的方波的波形图；

图5为本申请一示例性实施例示出的驱动电路的等效电路的电路结构图；

图6为图3所示驱动电路对应的关键波形图；

图7为本申请一示例性实施例提供的方波发生电路的示意图；

图8为图7所示方波发生电路输出的方波的波形图；

图9为为本申请一示例性实施例提供的方波发生电路的示意图；

图10为本申请一示例性实施例示出的输出的驱动信号的示意图。

附图标记说明：

1：方波发生电路；

2：电感；

3：变压器；

4：开关管电路；

110：直流电源；

120：开关管网络电路；

V

L

Q1: 第一开关管

Q2: 第二开关管

Q3: 第三开关管

Q4: 第四开关管

C1：第一电容；

C2：第二电容。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

本申请提供一种驱动电路，用以解决现有的电压型驱动电路损耗过大的问题。

本申请提供一种驱动电路，通过设置方波发生电路、电感、变压器和至少一路开关管电路，并令方波发生电路的第一端与所述电感的输入端连接，方波发生电路的第二端与所述变压器的初级绕组的第一端连接，电感的输出端与所述初级绕组的第二端连接，以及令所述变压器包括至少一个次级绕组，每个所述次级绕组上连接有一路所述开关管电路。这样，通过让方波发生电路产生具有高电平、低电平和零电平的方波，可在所述方波发生电路输出高电平或低电平时，让开关管电路的所有门极电容之间相互箝位，在方波发生电路输出零电平时，让所述电感与所述开关管电路的门极电容构成谐振电路，即电感和门极电容发生谐振，门极电容在电感和门极电容发生谐振时存储能量，避免了能量损耗，可实现能量回收。此外，本申请提供的驱动电路，通过降低驱动速度、回收驱动能量，可以降低驱动损耗；通过增加次级绕组数量，即可实现多个开关管的驱动，有利于更小的占板面积和功率密度；并且，次级绕组直接连接开关管栅极电容，相互箝位保证了多路驱动波形的一致性。

下面将给出具体的实施例，用以详细介绍本申请提供的驱动电路。

图1为本申请提供的驱动电路实施例一的电路结构图。请参照图1，在图1所示示例中，所述驱动电路包括方波发生电路1、电感2、变压器3和至少一路开关管电路4，其中；

所述方波发生电路1的第一端与所述电感2的输入端连接，所述方波发生电路1的第二端与所述变压器3的初级绕组的第一端连接；所述方波发生电路1，用于产生具有高电平、低电平和零电平的方波；

所述电感2的输出端与所述变压器3的初级绕组的第二端连接；

所述变压器3包括至少一个次级绕组；所述次级绕组的数目与所述开关管电路4的数目相同，每个所述次级绕组上连接有一路所述开关管电路4；

所述方波发生电路1输出零电平时，所述电感2与所述开关管电路4的门极电容构成谐振电路；所述方波发生电路1输出高电平或低电平时，所述开关管电路4的所有门极电容之间相互箝位。

具体的，图2为本申请一示例性实施例示出的一种方波发生电路的电路结构图。请参照图2，方波发生电路1可以包含直流电源110和开关管网络电路120，所述直流电源110，用于输出直流电压，所述开关管网络电路120，用于将所述直流电压转换为具有高电平、低电平和零电平的方波电压。

具体的，直流电源110输出的直流电压的幅值可以为V

进一步地，变压器3包括至少一个次级绕组，每个次级绕组上连接有一路开关管电路。例如，一实施例中，变压器3可以包括3个次级绕组，每个次级绕组上连接有一路开关管电路，这样，本实施例提供的驱动电路可输出3路驱动信号。再例如，另一实施例中，变压器3可以包括9个次级绕组，每个次级绕组上连接有一路开关管电路，这样，本实施例提供的驱动电路可输出9路驱动信号。

图3为本申请一示例性实施例示出的一种驱动电路的电路结构图。请参照图3，在图3所示示例中，变压器3包括2个次级绕组，每个次级绕组上连接有一路开关管电路，这样，在图3所示示例中，该驱动电路可输出2路驱动信号。

需要说明的是，本申请提供的驱动电路，变压器3通过设置至少一个次级绕组，进而在每个次级绕组上连接有一路开关管电路，这样，每个次级绕组可输出一路驱动信号，当次级绕组为多个时，驱动电路即可输出多路相互隔离的驱动信号。

下面结合图3描述本申请提供的驱动电路的工作原理。

请继续参照图3，在图3所示示例中，驱动电路包括方波发生电路1，电感2，变压器3以及2路开关管电路4，其中，每个开关管电路4包含一个开关管。

具体的，所述方波发生电路1的第一端与电感2的第一端连接，所述方波发生电路1的第二端与所述变压器3的初级绕组的第一端连接；所述电感2的第二端与所述变压器3的初级绕组的第二端连接。所述变压器3含有两个次级绕组，每个所述次级绕组的第一端都与一个开关管的门极相连，每个所述次级绕组的第二端都与该开关管的源极相连。

具体的，在一可能的实现方式中，图4为本申请一示例性实施例示出的方波发生电路输出的方波的波形图。请参照图4，方波发生电路输出的方波为具有高电平、低电平和零电平的三电平方波，该方波的幅值为V

其中，[t

请继续参照图4，其中，方波发生电路输出波形处于高电平、低电平时，驱动电路可以等效为直流源，方波发生电路输出波形处于零电平时，驱动电路可以等效为短路。

以正半周期（正半周期包含第一部分和第二部分）为例，得到等效电路图。图5为本申请一示例性实施例示出的驱动电路的等效电路的电路结构图。请参照图5，如图5所示：

第一部分（[t

第二部分（[t

如前所述，本申请主要依靠电感和门极电容谐振，门极电容在电感和门极电容发生谐振时存储能量，避免了能量损耗，来实现驱动能量的回收，通过释放储存的能量来实现输出驱动波形电平的转换。进一步地，图6为图3所示驱动电路对应的关键波形图。请参照图6，其中，i

参照图6，本实施例提供的驱动电路，可输出两路相互隔离的驱动信号。

本实施例提供的驱动电路，通过设置方波发生电路、电感、变压器和至少一路开关管电路，并令方波发生电路的第一端与所述电感的输入端连接，方波发生电路的第二端与所述变压器的初级绕组的第一端连接，电感的输出端与所述初级绕组的第二端连接，以及令所述变压器包括至少一个次级绕组，每个所述次级绕组上连接有一路所述开关管电路。这样，通过让方波发生电路产生具有高电平、低电平和零电平的方波，可在所述方波发生电路输出高电平或低电平时，让开关管电路的所有门极电容之间相互箝位，在方波发生电路输出零电平时，让所述电感与所述开关管电路的门极电容构成谐振电路，即电感和门极电容发生谐振，门极电容在电感和门极电容发生谐振时存储能量，避免了能量损耗，可实现能量回收。此外，本申请提供的驱动电路，通过降低驱动速度、回收驱动能量，可以降低驱动损耗；通过增加次级绕组数量，即可实现多个开关管的驱动，有利于更小的占板面积和功率密度；并且，次级绕组直接连接开关管栅极电容，相互箝位保证了多路驱动波形的一致性。

可选地，在一种可能的实现方式中，所述开关管网络电路为全桥开关管电路或半桥开关管电路。

具体的，有关半桥开关管电路的具体结构可以参见相关技术中的描述，此处不再赘述。

进一步地，图7为本申请一示例性实施例提供的方波发生电路的示意图，请参照图7，在图7所示示例中，该方法发生电路的开关管网络电路为全桥开关管电路。

具体的，该方波发生电路包含直流电源Ve，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4；所述开关管Q1、Q2管构成半桥，与直流电源Ve并联；所述开关管Q3、Q4管构成半桥，与直流电源Ve并联；两个桥臂中点a和b作为方波发生电路的输出口。

进一步地，下面结合图7，介绍该方波发生电路的工作原理。具体的，请继续参照图7，当Q1、Q2导通，Q3、Q4关断时，输出为零电平；或者当所述Q3、Q4导通，Q1、Q2关断时，输出为零电平；当Q1、Q3导通时，输出为高电平；当Q2、Q4导通时，输出为高电平。

结合上面描述，图8为图7所示方波发生电路输出的方波的波形图。请参照图8，其中，[t

参见前面的描述，通过控制各个开关管的通断，可控制方波发生电路的输出。

本实例给出了一种方波发生电路的具体结构，通过该电路可以产生具有高电平、低电平和零电平的三电平方波，进而输出驱动信号。

可选地，图9为本申请一示例性实施例提供的方波发生电路的示意图，请参照图9；

该方波发生电路包含直流电源V，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4，第一电容C1和第二电容C2；

所述第一开关管Q1和第二开关管Q2串联，构成开关管半桥电路，该开关管半桥电路与直流电源V并联；所述第一电容C1和所述第二电容C2串联，构成电容半桥电路，该电容半桥电路与所述直流电源并联；所述第三开关管Q3和所述第四开关管Q4构成双向管；所述双向管的两端分别与所述开关管半桥电路的桥臂中点c和所述电容半桥电路的桥臂中点d连接；所述开关管半桥电路的桥臂中点c和所述电容半桥电路的桥臂中点d组成所述方波发生电路的输出端。

请参照图9，其中直流电源V的幅值为Ve，第一电容C1和第二电容C2的电容值较大，且电压为输入直流电源的幅值的一半，均为Ve/2。当第三开关管Q3和第四开关管Q4导通，第一开关管Q1和第二开关管Q2关断时，方波发生电路输出为零电平；当第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4关断，第一开关管Q1导通时，方波发生电路输出为高电平；当一开关管Q1、第三开关管Q3和第四开关管Q4关断，第二开关管Q2导通时，方波发生电路输出为低电平。

同样的，本实施例提供的方波发生电路，可以输出具有高电平、低电平和零电平的三电平方波。

本申请提供一种方波发生电路的具体结构，通过该电路，可以产生具有高电平、低电平和零电平的三电平方波，进而输出驱动信号。

可选地，所述方波的零电平持续时间不可调，所述方波的高电平的持续时间和所述方波的低电平的持续时间可调，且所述高电平的持续时间和所述低电平的持续时间相等。

结合前面关于方波发生电路的描述，可通过控制各个开关管的通断，控制方波发生电路的输出，即方波发生电路产生的方波的频率可以调节。

需要说明的是，本申请中，方波的零电平持续时间不可调，所述方波的高电平的持续时间和所述方波的低电平的持续时间可调，通过调节高电平的持续时间和低电平的持续时间，实现调整方波的频率。

请继续参照图4和图5，以正半周期为例，调频时，通过调节第一部分[t

进一步地，例如，当保持第二部分的时间不变，通过增加第一部分的时长，即可使频率降低；当保持第二部分的时间不变，通过减少第一部分的时长，即可使频率升高。

本实施例提供的驱动电路，可在不影响输出驱动波形死区和幅值的情况下，实现调频。

可选地，所述方波发生电路产生的零电平的持续时间与指定值的差异小于或者等于第一预设值；其中，所述指定值为所述谐振电路的谐振周期的一半。

其中，第一预设值是根据实际需要设定的，即该第一预设值为使方波发生电路产生的零电平的持续时间与谐振周期的一半接近的一个值，例如，一实施例中，该第一预设值为0.05。下面以第一预设值为0为例进行说明。

结合上面的例子，第一预设值为0时，

本实施例提供的驱动电路，通过将零电平的持续时间确定为谐振周期的一半，即可使谐振阶段的持续时间等于谐振周期的一半，进而使电感和门极电容在该阶段发生谐振，实现能量的回收与输出驱动波形电平的转换，并可保证驱动波形为正负半周对称的驱动波形。

进一步地，所述谐振周期按照第一公式计算，所述第一公式为

；

其中，所述T

进一步地，所述电感L

需要说明的是，死区时间为第二预设值，幅值为第三预设值，第二预设值和第三预设值为基于需求设定的值，本实施例中，不对第二预设值和第三预设值的具体值进行限定。此外，开关管电路的栅极电容指的是开关管电路上的所有开关管的总的栅极电容。

具体的，可根据第二公式计算电感的电感值：

，

其中，所述L

图10为本申请一示例性实施例示出的输出的驱动信号的示意图，请参照图10，

其中，V

进一步地，下面结合图10，介绍第二公式的推导过程：

设任一时刻的输出的驱动信号的电压为V

。

进一步地，某一路驱动信号的电压值到达开关管阈值电压

。

此时，即可根据已知的开关管阈值电压

进一步的，电感电容谐振频率的公式为：

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。