[发明专利]一种高低边自举驱动控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种高低边自举驱动控制方法及装置。

背景技术

随着工业发展，绿色节能呼声日渐升高。电力电子应用于工业设备的基础性组件，比如电源、变频器产品，对主设备的能耗至关重要；其转换效率，直接影响了主设备的能耗等级。在设备更新迭代急剧加速、空间要求日益提高的今天，电力电子产品需要顺应时代的要求，朝着高效率、高功率密度、数字化发展；尤其近年来，随着新型半导体开关器件的出现，电力电子将进入下一个全新时代。

在电力电子技术中，高低边驱动为常用的应用场景，驱动方式常采用光耦驱动、变压器驱动以及自举驱动。光耦驱动一般应用在隔离场所，须增加额外辅助电路，隔离供电电源，电路相对复杂，成本高，难以集成，占用空间大，不利于模块化设计。变压器驱动通常应用在高频驱动隔离场所，变压器驱动常常需要较复杂的辅助电路，成本高，体积大，一般应用在大功率场所，也不适用于模块化设计。自举驱动一般采用专用集成电路(IC，Integrated Circuit)集成，外围元器件少，易于集成、模块化设计，电路相对简单，成本低，在电力电子领域有着广泛的应用，自举驱动一般采用互补工作模式，以维持高边自举电容电压。

高低边开关管驱动在开关电源领域应用十分广泛，比如桥式电路、图腾柱功率因素校正(PFC，Power Factor Correction)电路、BUCK同步整流电路、BOOST同步整流电路，针对上述拓扑结构，高低边开关管驱动方式一般采用自举驱动，即当低边管导通时，通过低边管对自举电容充电，以维持自举电容的电压，这要求高边管和低边管工作在互补模式，但是在某些拓扑 结构中，高边管及低边管不宜工作在互补模式，另外，由于成本和空间的限制，亦不能采用光耦驱动或变压器驱动。

图1为现有技术中图腾柱无桥PFC电路的示意图。如图1所示，在连续导通模式(CCM，Continuous Conduction Mode)的图腾柱PFC电路中，针对高边管Q1、低边管Q2驱动，如采用互补模式的自举驱动，在轻载时电路将工作在断续导通模式(DCM，Discontinuous Conduction Mode)，电感电流续流到零后，电感电流反灌；低频臂普通整流桥管(整流二极管D1或D2)因承受反压，存在反向恢复电流；普通慢速整流桥工作在高频开关状态，产生很大的反相损耗和干扰。

接下来以正向输入为例说明图腾柱无桥PFC电路的工作过程，驱动波形与电感电流(IL)波形如图2所示，主要分为以下三个阶段：

第一阶段S001：主管(低边管Q2)开通，辅管(高边管Q1)关断，电感储能，电流流向如图3所示，线性增加；

第二阶段S002：主管(低边管Q2)关断，辅管(高边管Q1)开通，电感释放能量，电流流向如图4所示，线性减少；

第三阶段S003：电感电流下降零以后，整流二级管承受反压，因其存在反向恢复，电感电流反向如图5所示。

另外，图腾柱无桥PFC电路若采用单管导通自举驱动方式，在输入电压反向时，在轻载下，由于电感电流较小，每个开关周期无法对高边管自举电容充足够电，将无法维持自举电容电压，导致驱动异常；尤其打嗝时，直接导致自举电容电量泄放，虽然控制器发出了驱动信号，但驱动芯片无法正常驱动。

由上述可知，在图腾柱PFC电路中，高边管及低边管的自举驱动采用互补模式存在较大干扰以及反向损耗、发热严重的问题；采用单管导通自举驱动方式，则当存在反向输入时，高边管自举电容无法维持电压正常驱动。为此，业界多采用光耦隔离驱动或增加电感电流过零检测电路来解决上述问题，然而，该做法增加了成本以及电路的复杂度。

图6为直流至直流(DC-DC，Direct Current to Direct Current)两级拓扑 高边管及低边管驱动的示意图。如图6所示，在DC-DC两级拓扑应用中，前级同步BUCK电路，在输入电压低时，高边管Q1须工作在直通状态，非互补模式，即低边管Q2工作在常闭状态，高边管Q1工作在常开状态。但是，由于低边管Q2常闭时无法对高边的自举电容充电，会导致高边管Q1无法驱动。现有针对上述问题也只能采用光耦或变压器单独驱动，但是，这无疑将增加成本以及电路的复杂度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高低边自举驱动控制方法及装置，能够解决某些应用场所高边管及低边管驱动无法正常应用自举驱动的问题，并且避免增加成本以及电路的复杂度。