[发明专利]低压驱动电容负载的能量回收电路及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量回收电路及其驱动方法，特别涉及一种适合各种低压环境下的低压驱动电容负载的能量回收电路及其驱动方法。

背景技术

在很多应用场合需要对电容负载频繁地进行充电放电，以传递信息。用直流电源通过开关直接对电容负载充电，以及把电容负载上的电荷通过开关直接放到地，这将在开关上耗费大量的能量，同时，将引起开关元件的温度上升，严重时导致开关元件的损坏。现有的一些能量回收电路可以较好的解决这一个问题，如Weber在他的美国专利（编号5081400）中针对等离子显示器的驱动，提出了一种经典的能量回收电路（参见附图5），能量回收电路包含以下元件：向等效负载电容CL上极板提供加强电压VDD的第一开关M1；向等效负载电容CL上极板提供GND加强电压的第二开关M2；并联在储能电容CST和电感器L之间的第三开关M3，第四开关M4；第三和第四开关M3、M4之间串联着用来限制逆电流的第一二极管D1、第二二极管D2；第三开关M3与第一二极管D1的连接点连接着对GND起反向钳位用的第三二极管Dc1，第四开关M4与第二二极管D2的连接点连接着对VDD起正向钳位用的第四二极管Dc2；电感器L的另一端连接等效负载电容CL的上极板。此技术方案的工作方法如下（参见附图6）：第一开关M1用PMOS管来实现，其栅极驱动电压SC1低电平令M1导通，高电平令M1关断；第二开关M2用NMOS管来实现，其栅极驱动电压SC2高电平令M2导通，低电平令M2关断；第三开关M3用PMOS管来实现，其栅极驱动电压SC3低电平令M3导通，高电平令M3关断；第四开关M4用NMOS管来实现，其栅极驱动电压SC4高电平令M4导通，低电平令M4关断。此技术方案在一个工作周期内具有四个工作区间（参见附图7），在T1区间，第三开关M3开启，第一、二、四开关M1、M2、M4关断，那么储能电容CST中储存的电荷经由第三开关M3、第一二极管D1提供给电感器L，由于电感器L与负载电容CL组成串联共振电路，CL由于共振而充入电压，其上极板的电压VL可以自由振荡到VDD。在T1区间，电感器中的电流从0开始往正向增大，到达峰值后，在CL上极板电压VL振荡到最高点，L中电流又回到0。在T2区间，L中的电流回到0点，是T1的结束点，同时是T2的开始点。第一开关M1、第三开关M3开启，第二开关M2、第四开关M4关断。CL的上极板经由第一开关M1加强到VDD，同时由于防逆向电流的第一二极管D1的作用，虽然M3开启，但是M3、D1支路没有电流流过。在T3区间，第一开关M1、第二开关M2、第三开关M3关断，第四开关M4开启。负载CL上的电荷经由电感器L，第二二极管D2，第四开关M4被储能电容CST回收。这一过程，负载电容上的电压VL从VDD自由振荡到0，电感器中的电流从0开始反向增大到最大点，然后又回到0。在T4区间，第二开关M2、第四开关M4开启，第一开关M1、第三开关M3关断。那么CL上极板电压VL经由M1加强到GND。此能量回收电路中，由于振荡时主回路中第一、第二二极管D1、D2的存在，在对CL的充电过程中，D1两端将产生正向的导通电压VF1，在对CL的放电过程，D2两端也将产生正向的导通电压VF2，在充放电时，这将会额外的损耗能量，在诸如等离子显示器驱动的上百伏高压电路中，此两二极管额外损耗的能量可以忽略，但是在一些3伏、5伏甚至于1.8伏的低压环境应用中，此两二极管额外损耗的能量将无法忽略，造成较大的能量损耗。

中国专利公告号CN1779756A，公告日2006年5月31日，公开了一种能量回收电路，由以下几个部分组成：外部电容；等价形成于基板放电细胞上的基板电容；连接在上述外部电容和上述基板电容之间的感应器；连接在上述外部电容和上述感应器一侧之间的第1开关；设置在上述感应器的另一侧和上述基础电压源之间，由于外部电容内被充入电压而在感应器被充电时，与第一开关同时开启的第2开关；设置在上述感应器的一侧和上述基础电压源之间借以形成电流通路的第1二极管，该电流通路能够把上述第1和第2开关关闭时遗留在上述感应器内的第1逆电压提供给上述基板电容。此技术方案中使用了两个独立的二极管，此两个独立的二极管除了带来额外的导通功耗外，还将带来寄生电容的额外功耗，能量损耗也较多，不适合在低压环境下使用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中能量回收电路在低压应用中往往会有较大比例能量损耗的问题，提供一种适合低压环境下的能量回收电路。