[发明专利]一种提高开关电源工作可靠性的保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源关键技术中驱动部分和功率开关电路模块可靠性的技术方法，具体地说就是为大功率及超大功率开关电源驱动模块和功率开关电路模块设计提供一种低成本且高可靠性的保护方法，以保证开关电源在复杂环境中可靠地工作。本发明适用于桥式开关电源电路设计。

背景技术

在开关电源电路设计中，驱动电路设计的好坏对开关电源的可靠性起着决定性作用。在中小功率输出的开关电源中，一般情况下通用的驱动模块和功率开关电路模块能保证电源可靠地工作。此时电路设计需要注意的是选择合适的驱动功率。但在大功率开关电源及超大功率开关电源中，随着工作电流的加大，各种电磁干扰加剧，整机可靠性逐渐降低。其中的一种情况是，电源模块中产生误驱动脉冲，而功率模块常常被误驱动脉冲驱动。大功率开关电源一般都需要采用开关电源技术中常用的半桥或全桥电路结构，以满足输出功率要求。另外在这种桥式电路结构中，移相软开关桥式电路是最常被采用的。桥式电路为了提高电源的输出效率，上下臂之间换流的死区时间设计的必须尽可能地短。依靠调脉宽来控制输出电压的桥式电路，死区不是固定的，只有在最高输出电压时死区时间才是最小的。依靠调相来控制输出电压的桥式电路，死区一般是固定的，任何时候，死区都保持一个可能的最小值。这样桥臂上的死区时间都是很短的，如果误驱动脉冲在这个很短的死区时间内产生，通常会引起桥式电路中上下两个功率管同时直通，导致贮能大电容短路，电源一次侧短路，功率管发生爆炸，同时引起电网短路，危害极大。

一般的驱动模块和功率开关电路模块在大功率或超大功率电源中可能产生的误驱动脉冲，根据申请人的实测总结，主要分为以下三类

第一类：正常驱动脉冲前出现的误驱动脉冲。从产生原因看是其中一个功率管的导通和关断是对另一个功率管造成干扰产生误驱动脉冲所致，如图2所示。

第二类：正常驱动脉冲前沿出现小的凸起，并逐渐抬升，将原来的驱动脉冲加宽。从产生原因看是大电流长时间工作所致。如图3所示。

第三类：正常驱动脉冲结束后出现的驱动脉冲。产生的原因和第一类的误驱动脉冲类似。如图4和图5所示。

另外，通过采集大功率或超大功率电源桥臂的功率管饱和压降的方法，也有缺点。这种检测方法是通过串联快恢复二极管来检测桥式电路模块中功率管的漏极(或集电极)到源级(或发射极)的饱和压降来实现的。在功率管开关的过程中。漏极(或集电极)到源级(或发射极)的压降会发生很快的变化。桥式电路模块给负载供电的其中一对工作在推挽方式的功率管，当其中一个功率管在关断的过程中，另外一个功率管的压降将从电源电压迅速变化到零伏左右。同样与功率管漏极(或集电极)相连的用于检测饱和压降的二极管两端的电压也会发生同样的变化。由于此二极管具有结电容，使得驱动模块端口出现一个很大幅度的负脉冲，参见图6，这种幅度的负压会引起驱动模块的误动作，也是产生误驱动脉冲，造成电源短路的重要原因。

发明内容

针对大功率或超大功率电源工作时容易产生误驱动脉冲的问题，本发明的目的在于，为大功率及超大功率开关电源驱动模块和功率开关电路模块设计提供一种低成本且高可靠性的保护方法，以提高大功率及超大功率电源工作时的可靠性。本发明提出的保护方法主要是基于目前市场上较容易购买的驱动模块和功率开关电路模块进行设计和改造。以降低大功率及超大功率电源驱动模块和功率开关电路模块更改成本。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种提高开关电源工作可靠性的保护方法，其特征在于，该方法在桥式电路模块的驱动模块和功率开关电路模块之间增加了提高驱动可靠性模块，该提高驱动可靠性模块对于常见的三种类型的脉冲进行不同的处理；

所述的三种类型的脉冲是：

第一类：正常驱动脉冲前出现的误驱动脉冲；

第二类：正常驱动脉冲前沿出现小的凸起，并逐渐抬升，将原来的驱动脉冲加宽；

第三类：正常驱动脉冲结束后出现新的驱动脉冲；

其处理方法分别如下：

对于第一类，提高驱动可靠性模块采取并联肖特基二极管，它与驱动模块并联，肖特基二极管的阴极连接在驱动模块的饱和压降检测端，阳极连接在驱动模块的另一个端口，这个端口连接功率开关管的源极，即发射极，用于钳制饱和压降检测端口的电压，抑制在此处出现很大幅度的负脉冲，避免桥式电路模块中处于推挽工作模式的两个功率管同时导通；