[实用新型]简单高效隔离式的绝缘栅大功率器件驱动电路

说明书

本实用新型属于开关电源中的功率管驱动技术领域。

开关电源中大功率器件驱动电路(驱动器)的设计一向是电源领域的关键技术之一。VMOS场效应管(以及IGBT绝缘栅双极性大功率管等器件)具有绝缘的栅极结构，因而静态驱动功率接近于零。但由于它们具有较大的栅极电容Cgs以及由于密勒效应放大转换到栅极的漏极电容Cdg，因而需要较大的动态驱动功率。

为可靠驱动绝缘栅器件，目前已有很多成熟电路，国外如美国国际整流器(IR)公司的文件AN-937、AN-978A所介绍的，国内如93年11月第十届电源学会论文集所介绍的，以及其它许多杂志的文章所披露的。

当调制信号与功率器件不需要隔离时，驱动电路的设计是比较简单的，目前也有了一些优秀的驱动集成电路，如IR2110。当需要电气隔离时，一般有两种方法：采用光电耦合器，或是利用脉冲驱动变压器来提供电气隔离。

第一种方法的缺点：A.光电耦合器的反应较慢，因而具有较大的延迟时间(高速型光耦一般也大于1000ns)，尽管现在已有超高速光耦，但不仅价格较贵，而且速度仍不及本发明的电路；B.光电耦合器的输出级还需要隔离的辅助电源供电。

第二种方法的最简单电路如图1所示，这里是以半桥电路为例。这种方法很简单，也不需要单独的驱动电源，但缺点是只能驱动栅源电容Cgs很小的小功率器件。如果绝缘栅器件T4、T5为大功率器件，于是其栅源电容Cgs较大，造成栅源极间的波形Vgs将变得极差，除非将初级的输入信号改为具有一定功率的大信号，相应驱动变压器B1也应取较大体积。

目前为了用隔离变压器驱动大功率器件，都是在驱动变压器次级与功率管之间插入放大单元，并给其另外提供电源。中国专利CN1070069A《一种功率VMOS管双隔离驱动电路》公布了一种新的有效方法，原理如图2所示。其中单元5为有四只管子的缓冲电路；单元6为有三只管子和一个比较器的驱动部分，这部分另有单独的辅助电源。这个专利解决了隔离和速度问题，但电路较复杂并需要另备电源。

本实用新型的目的是提供一种不需要辅助电源并能输出具有低延迟和陡峭触发沿驱动脉冲的变压器隔离式绝缘栅功率器件驱动电路。

本实用新型的技术方案是：不需要任何外设的辅助电源，驱动电路仅由耦合脉冲变压器、自给电源单元和放大单元三部分组成，其中变压器由微型铁氧体脉冲变压器构成，自给电源单元是一种整流滤波电路，放大单元是一种有源的推拉式放大电路。变压器次级输出端直接与自给电源单元和放大单元的输入端相连，放大单元的电源端接到自给电源的输出端，放大单元的输出端与被驱动的绝缘栅功率器件的栅极相连。前级输出的矩形脉冲调制信号加在变压器的初级，经变压器隔离后，其脉冲信号中的调制信息(即矩形脉冲的上升沿和下降沿信息)被放大单元接收，经放大后用以驱动绝缘栅功率器件；脉冲信号的大部分能量在矩形脉冲的平顶阶段被自给电源单元接收后供放大单元使用。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

[1].不需要单独的供电电源；

[2].电路筒单；

[3].因为电路简单，驱动的延迟时间可以做到几十ns以内；

[4].输出级属于有源推拉式结构，因而具有陡峭的上升沿和下降沿，当驱动四只IRF360时，只需几十ns即可开通它们；

[5].因为电路简单、额外损耗小，因而效率高，由一块脉宽调制集成电路(如SG3525等)至少可以驱动四只甚至到八只IRF360这样的大功率VMOS管。

图1是仅适于驱动小功率绝缘栅器件的变压器隔离的半桥式驱动电路，这是公所周知的现有技术。

图2是中国专利CN1070069A公布的隔离式VMOS绝缘栅功率器件驱动电路的方框图。

图3是本实用新型的基本原理图。

图4是本实用新型的一个实施例。

对本实用新型的基本原理图图3的说明如下：图3中(1)为耦合脉冲变压器，(2)为自给电源单元，(3)为放大单元，变压器1的输出端直接连到自给电源单元2和放大单元3的输入端，这三部分组成了本实用新型的电路。自给电源单元2由二极管D1和电容C1组成半波整流滤波器；放大单元3是一个推拉式的放大器，具体电路可以有多种形式。波形X1或X2是输入的矩形脉冲调制信号，负载单元4是被驱动的绝缘栅功率器件，这里是以VMOS管为例。

下面结合附图4的实施例对本实用新型作进一步的详述。