用于开关桥臂的驱动电路以及开关电源的制作方法

用于开关桥臂的驱动电路以及开关电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明实施例涉及通信领域，并且更具体地，涉及一种用于开关桥臂的驱动电路以及开关电源。
【背景技术】
[0002]开关电源由于体积小、重量轻、效率高等优点，应用已越来越普及。开关桥臂广泛存在于开关电源中，有些拓扑场景还存在多组开关桥臂。要使开关桥臂正常工作，那么选择一种合适又可靠的驱动电路往往成为关键。
[0003]在开关桥臂中，为了防止上下两个桥臂同时导通(也称为直通)，上下两个桥臂的驱动都需要设置死区时间(deadtime)。在现有技术中，如图1所示，由于功率回路漏感Lsl和Ls2的存在，在上管Ql关断时，Ls2的电流不能突变，初始为零，这样会导致Vsw网络负过冲，导致驱动芯片管脚Vs负压超标，这会引起驱动芯片发生闩锁，自举电容充电电压过高，进而损毁上管的供电管脚Vb。类似的情况也会发生在下管Q2关断时刻，导致Vsw网络正过冲，导致驱动芯片过应力损毁。因此桥臂驱动芯片成了开关电源可靠性的短板。

【发明内容】

[0004]本发明实施例提供一种用于开关桥臂的驱动电路，能够解决上管浮驱电路的供电管脚和地端管脚的过压问题。
[0005]第一方面，提供一种用于开关桥臂的驱动电路，包括:驱动芯片(101)、双绕组驱动变压器(102)和驱动模块(103)；
[0006]所述驱动芯片(101)用于产生驱动信号，并且所述驱动芯片(101)的第一输出端和所述驱动芯片(101)的第二输出端分别与所述双绕组驱动变压器(102)的原边的第一端和第二端连接；
[0007]所述双绕组驱动变压器(102)的副边的第一端和第二端与所述驱动模块(103)的第一输入端和所述驱动模块(103)的第二输入端分别连接；
[0008]所述驱动模块(103)的第一输出端用于与所述开关桥臂的上管的栅极连接，所述驱动模块(103)的第二输出端用于与所述开关桥臂的上管的源极连接；所述驱动芯片
(101)的第二输出端用于与所述开关桥臂的下管的栅极连接；
[0009]其中，所述驱动模块(103)用于使得只有高于预设阈值的电压才能作用于所述开关桥臂的上管的栅极和源极。
[0010]结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述驱动模块包括两个压降二极管VDl和VD2，两个三极管Qll和Q12，四个电阻R1、R2、R3和R4 ；
[0011]所述驱动模块的第一输入端连接压降二极管VDl的第一端，所述压降二极管VDl的第二端连接压降二极管VD2的第一端，所述压降二极管VD2的第二端连接电阻Rl的第一端，所述电阻Rl的第二端连接所述驱动模块的第一输出端；
[0012]三极管Qll的基极连接电阻R3的第一端，所述三极管Qll的发射极连接所述电阻Rl的第一端，所述三极管Qll的集电极连接电阻R4的第一端；
[0013]三极管Q12的基极连接所述电阻R4的第一端，所述三极管Q12的发射极连接所述驱动模块的第二输出端，所述三极管Q12的集电极连接电阻R2的第二端；
[0014]所述电阻R3的第一端连接所述压降二极管VDl的第二端，所述电阻R3的第二端连接所述驱动模块的第二输入端；
[0015]所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输入端，且所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输出端；
[0016]所述电阻R2的第一端连接所述驱动模块的第一输出端；
[0017]其中，所述预设阈值的电压与串联连接的所述压降二极管VDl和VD2的正向压降有关。
[0018]结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述驱动芯片的上管浮驱电路地端管脚Vs与所述驱动芯片的下管地端GND连接。
[0019]结合第一方面或者第一方面的任一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述开关桥臂的上管的栅极与所述开关桥臂的上管的源极之间连接电阻R5o
[0020]第二方面，提供一种开关电源，包括开关桥臂(200)和驱动电路(100)。所述开关桥臂(200)包括上管和下管；所述驱动电路(100)包括驱动芯片(101)、双绕组驱动变压器
(102)和驱动模块(103)；
[0021]所述驱动芯片(101)用于产生驱动信号，并且所述驱动芯片(101)的第一输出端和所述驱动芯片(101)的第二输出端分别与所述双绕组驱动变压器(102)的原边的第一端和第二端连接；
[0022]所述双绕组驱动变压器(102)的副边的第一端和第二端与所述驱动模块(103)的第一输入端和所述驱动模块(103)的第二输入端分别连接；
[0023]所述驱动模块(103)的第一输出端与所述开关桥臂(200)的上管的栅极连接，所述驱动模块(103)的第二输出端与所述开关桥臂(200)的上管的源极连接；所述驱动芯片
(101)的第二输出端与所述开关桥臂(200)的下管的栅极连接；
[0024]其中，所述驱动模块(103)用于使得只有高于预设阈值的电压才能作用于所述开关桥臂(200)的上管的栅极和源极。
[0025]结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述驱动模块包括两个压降二极管VDl和VD2，两个三极管Qll和Q12，四个电阻R1、R2、R3和R4 ；
[0026]所述驱动模块的第一输入端连接压降二极管VDl的第一端，所述压降二极管VDl的第二端连接压降二极管VD2的第一端，所述压降二极管VD2的第二端连接电阻Rl的第一端，所述电阻Rl的第二端连接所述驱动模块的第一输出端；
[0027]三极管Qll的基极连接电阻R3的第一端，所述三极管Qll的发射极连接所述电阻Rl的第一端，所述三极管Qll的集电极连接电阻R4的第一端；
[0028]三极管Q12的基极连接所述电阻R4的第一端，所述三极管Q12的发射极连接所述驱动模块的第二输出端，所述三极管Q12的集电极连接电阻R2的第二端；
[0029]所述电阻R3的第一端连接所述压降二极管VDl的第二端，所述电阻R3的第二端连接所述驱动模块的第二输入端；
[0030]所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输入端，且所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输出端；
[0031]所述电阻R2的第一端连接所述驱动模块的第一输出端；
[0032]其中，所述预设阈值的电压与串联连接的所述压降二极管VDl和VD2的正向压降正相关。
[0033]结合第二方面或者第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述驱动芯片的上管浮驱电路地端管脚Vs与所述驱动芯片的下管地端GND连接。
[0034]结合第二方面或者第二方面的任一种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述开关桥臂的上管的栅极与所述开关桥臂的上管的源极之间连接电阻R5o
[0035]本发明实施例的用于开关桥臂的驱动电路，解决上管浮驱电路的供电管脚和地端管脚的过压问题，并且能够提高开关桥臂的上管驱动的可靠性。
【附图说明】
[0036]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
[0037]图1是现有技术中一种用于驱动开关桥臂的驱动电路的示意图。
[0038]图2是本发明一个实施例的用于驱动开关桥臂的驱动电路的示意图。
[0039]图3是本发明实施例的驱动电路中的驱动模块的示意图。
[0040]图4是本发明实施例的电压波形的示意图。
[0041]图5是本发明另一实施例的用于驱动开关桥臂的驱动电路的示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面将结合本发明实施例中 的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]MOSFET由于开关速度快、易并联、所需驱动功率低等优点已成为开关电源最常用的功率开关器件之一。而驱动电路的好坏直接影响开关电源工作的可靠性及性能指标。
[0044]图2是本发明一个实施例的用于驱动开关桥臂的驱动电路的示意图。图2所示的驱动电路100包括驱动芯片101、双绕组驱动变压器102和驱动模块103。
[0045]另外，为了描述驱动电路100的功能，图2中还示出了开关桥臂200，可理解，图2示出的为开关电源，开关电源包括驱动电路100和开关桥臂200。该开关桥臂200包括上管Ql和下管Q2，且Q1/Q2的中点为Vsw。
[0046]应注意，图2中示出的开关桥臂200仅是一个示意性的表示，开关桥臂也可以是其他形式的，例如，可以是BUCK模式的开关电源中的开关桥臂，或者可以是BOOST模式的开关电源中的开关桥臂，或者也可以是BRIDGE模式的开关电源中的开关桥臂。
[0047]其中，驱动芯片101的输入信号为Hi和Li，驱动芯片101的输出信号为Ho和Lo。本发明实施例中，将驱动芯片101的输出信号为Ho的输出端称为第一输出端，将驱动芯片101的输出信号为Lo的输出端称为第二输出端。
[0048]本发明实施例中，驱动芯片101用于输出驱动信号，例如驱动信号可以是具有死区时间的脉冲信号。
[0049]并且，驱动芯片101的上管浮驱地端Vs管脚直接连接驱动芯片101的下管地端GND,即Vs管脚直接接地，而不与开关桥臂200中Q1/Q2的中点Vsw进行网络相连，这样能够消除驱动芯片101的Vs管脚的电压应力问题。
[0050]驱动芯片101的第一输出端(Ho)和驱动芯片101的第二输出端(Lo)分别与双绕组驱动变压器102的原边的第一端和第二端连接。其中，双绕组驱动变压器102可以采用磁环，原副边采用双线并绕方式实现。
[0051]本发明实施例中，双绕组驱动变压器102(T1)的原边采用驱动芯片101的第一输出端(Ho)和驱动芯片101的第二输出端(Lo)推挽驱动，能够避免驱动电路100上管浮驱所带来的对驱动芯片101的管脚Vb和Vs的过电应力(Electrical Over Stress，EOS)可靠性问题。并且，相比于采用多绕组方式，本发明实施例中的双绕组驱动变压器102(T1)采用双绕组并绕方式，能够减小漏感，进而能够减少驱动侧的震荡。
[0052]本发明实施例中，驱动模块103具有两个输入，分别称为驱动模块103的第一输入端和驱动模块103的第二输入端；驱动模块103具有两个输出，分别称为驱动模块103的第一输出端和驱动模块103的第二输出端。
[0053]双绕组驱动变压器102 (Tl)的副边的第一端和第二端与驱动模块103的第一输入端和驱动模块103的第二输入端分别连接。
[0054]其中，驱动模块103用于使得只有高于预设阈值的电压才能作用于所述开关桥臂的上管的栅极g和源极S。这样，驱动模块103能够隔离较小的电压经过上管，从而能够减小驱动电压过零震荡对上管开通的影响。具体地，预设阈值的电压与驱动模块103的结构和设置有关。
[0055]本发明实施例中的驱动电路100用于驱动开关桥臂200中的上管Ql和下管Q2。
[0056]具体地，驱动模块103的第一输出端用于与开关桥臂200的上管Ql的栅极g连接，驱动模块103的第二输出端用于与开关桥臂200的上管Ql的源极s连接。其中，可选地，驱动模块103的第二输出端可以用于与上管Ql和下管Q2的中点Vsw连接。如图2所示，驱动模块103的第二输出端可以通过电感Lsl与开关桥臂200的上管Ql的源极s连接。也就是说，驱动芯片101、双绕组驱动变压器102和驱动模块103共同作为开关桥臂200的上管Ql的驱动。
[0057]具体地，驱动芯片101的第二输出端(Lo)用于与开关桥臂200的下管(Q2)的栅极g连接，且开关桥臂200的下管(Q2)的源极s接地。也就是说，开关桥臂200的下管(Q2)由驱动芯片101的驱动输出(Lo)直接驱动。
[0058]进一步地，本发明实施例中，驱动模块103可以如图3所示，包括:两个压降二极管VDl和VD2，两个三极管Qll和Q12，四个电阻Rl、R2、R3和R4。
[0059]所述驱动模块的第一输入端连接压降二极管VDl的第一端，所述压降二极管VDl的第二端连接压降二极管VD2的第一端，所述压降二极管VD2的第二端连接电阻Rl的第一端，所述电阻Rl的第二端连接所述驱动模块的第一输出端；
[0060]三极管Qll的基极连接电阻R3的第一端，所述三极管Qll的发射极连接所述电阻Rl的第一端，所述三极管Qll的集电极连接电阻R4的第一端；
[0061]三极管Q12的基极连接所述电阻R4的第一端，所述三极管Q12的发射极连接所述驱动模块的第二输出端，所述三极管Q12的集电极连接电阻R2的第二端；
[0062]所述电阻R3的第一端连接所述压降二极管VDl的第二端，所述电阻R3的第二端连接所述驱动模块的第二输入端；
[0063]所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输入端，且所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输出端；
[0064]所述电阻R2的第一端连接所述驱动模块的第一输出端。
[0065]其中，预设阈值的电压与串联连接的两个二极管VDl和VD2的正向压降正相关。
[0066]可理解，驱动模块103包括电平平移电路和放电电路。其中，电平平移电路包括压降二极管VDl和压降二极管VD2。电平平移电路是利用VDl和VD2串联的正向压降来实现的。并且，如果想获得更高的平移电平，可以串联更多数目的二极管或稳压管。也就是说，本发明实施例中虽然示出了 VDl和VD2两个压降二极管，实际实现时可以包括串联的三个甚至更多个压降二极管，本发明对此不作限定。这样，只有双绕组驱动变压器102的正向电压大于二极管压降时才能作用于上管Ql的栅极g。
[0067]其中，放电电路包括如图3中的三极管Qll和三极管Q12。这样，当双绕组驱动变压器102的输出电压反向时，上管Ql和下管Q2导通，上管Ql的栅极电荷通过R2和Q12加速放电，使上管Ql能够迅速关断。
[0068]可见，若假设双绕组驱动变压器102 (Tl)的副边绕组的输出电压波形为VT1，那么，高于二极管压降的电压才能够作用于开关桥臂的上管Ql的栅极g和源极s，从而得到VGSl信号。对于开关桥臂的下管Q2的驱动，直接由驱动芯片101的第二输出端(Lo)提供，得到VGS2信号。可以参见如图4所示。
[0069]另外，本发明实施例中，开关桥臂200的上管Ql的栅极g与源极s之间还可以连接电阻R5，用于减小上管Ql的栅极g与源极s之间的输入阻抗。如图5所示为本发明另一实施例的驱动电路的示意图，其中的驱动模块103即图3所示的电路，并且图5中还包括电阻R5。
[0070]这样，本发明实施例中，为开关桥臂提供了一种外围电路简单、可靠性高的驱动电路，能够适用于高功率密度模块电源的应用场景。其中，在死区时间存在一些震荡，双绕组驱动变压器已将漏感降至最低，漏感越小，震荡幅值越低，并进一步通过驱动电路提升了驱动的可靠性。
[0071]本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能宄竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0072]所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工 作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0073]在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0074]所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0075]另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0076]所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory, ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0077]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种用于开关桥臂的驱动电路(100)，其特征在于，包括:驱动芯片(101)、双绕组驱动变压器(102)和驱动模块(103)； 所述驱动芯片(101)用于产生驱动信号，并且所述驱动芯片(101)的第一输出端和所述驱动芯片(101)的第二输出端分别与所述双绕组驱动变压器(102)的原边的第一端和第二端连接； 所述双绕组驱动变压器(102)的副边的第一端和第二端与所述驱动模块(103)的第一输入端和所述驱动模块(103)的第二输入端分别连接； 所述驱动模块(103)的第一输出端用于与所述开关桥臂的上管的栅极连接，所述驱动模块(103)的第二输出端用于与所述开关桥臂的上管的源极连接；所述驱动芯片(101)的第二输出端用于与所述开关桥臂的下管的栅极连接； 其中，所述驱动模块(103)用于使得只有高于预设阈值的电压才能作用于所述开关桥臂的上管的栅极和源极。2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动模块包括两个压降二极管VDl和VD2，两个三极管Qll和Q12，四个电阻Rl、R2、R3和R4 ； 所述驱动模块的第一输入端连接压降二极管VDl的第一端，所述压降二极管VDl的第二端连接压降二极管VD2的第一端，所述压降二极管VD2的第二端连接电阻Rl的第一端，所述电阻Rl的第二端连接所述驱动模块的第一输出端； 三极管Qll的基极连接电阻R3的第一端，所述三极管Qll的发射极连接所述电阻Rl的第一端，所述三极管Qll的集电极连接电阻R4的第一端； 三极管Q12的基极连接所述电阻R4的第一端，所述三极管Q12的发射极连接所述驱动模块的第二输出端，所述三极管Q12的集电极连接电阻R2的第二端； 所述电阻R3的第一端连接所述压降二极管VDl的第二端，所述电阻R3的第二端连接所述驱动模块的第二输入端； 所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输入端，且所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输出端； 所述电阻R2的第一端连接所述驱动模块的第一输出端； 其中，所述预设阈值的电压与串联连接的所述压降二极管VDl和VD2的正向压降正相关。3.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片的上管浮驱电路地端管脚Vs与所述驱动芯片的下管地端GND连接。4.根据权利要求1至3任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述开关桥臂的上管的栅极与所述开关桥臂的上管的源极之间连接电阻R5。5.一种开关电源，其特征在于，包括: 开关桥臂(200)，所述开关桥臂(200)包括上管和下管； 驱动电路(100)，所述驱动电路(100)包括驱动芯片(101)、双绕组驱动变压器(102)和驱动t旲块(103)； 所述驱动芯片(101)用于产生驱动信号，并且所述驱动芯片(101)的第一输出端和所述驱动芯片(101)的第二输出端分别与所述双绕组驱动变压器(102)的原边的第一端和第二端连接； 所述双绕组驱动变压器(102)的副边的第一端和第二端与所述驱动模块(103)的第一输入端和所述驱动模块(103)的第二输入端分别连接； 所述驱动模块(103)的第一输出端与所述开关桥臂(200)的上管的栅极连接，所述驱动模块(103)的第二输出端与所述开关桥臂(200)的上管的源极连接；所述驱动芯片(101)的第二输出端与所述开关桥臂(200)的下管的栅极连接； 其中，所述驱动模块(103)用于使得只有高于预设阈值的电压才能作用于所述开关桥臂(200)的上管的栅极和源极。6.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述驱动模块包括两个压降二极管VDl和VD2，两个三极管Qll和Q12，四个电阻Rl、R2、R3和R4 ； 所述驱动模块的第一输入端连接压降二极管VDl的第一端，所述压降二极管VDl的第二端连接压降二极管VD2的第一端，所述压降二极管VD2的第二端连接电阻Rl的第一端，所述电阻Rl的第二端连接所述驱动模块的第一输出端； 三极管Qll的基极连接电阻R3的第一端，所述三极管Qll的发射极连接所述电阻Rl的第一端，所述三极管Qll的集电极连接电阻R4的第一端； 三极管Q12的基极连接所述电阻R4的第一端，所述三极管Q12的发射极连接所述驱动模块的第二输出端，所述三极管Q12的集电极连接电阻R2的第二端； 所述电阻R3的第一端连接所述压降二极管VDl的第二端，所述电阻R3的第二端连接所述驱动模块的第二输入端； 所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输入端，且所述电阻R4的第二端连接所述驱动模块的第二输出端； 所述电阻R2的第一端连接所述驱动模块的第一输出端； 其中，所述预设阈值的电压与串联连接的所述压降二极管VDl和VD2的正向压降正相关。7.根据权利要求5或6所述的开关电源，其特征在于，所述驱动芯片的上管浮驱电路地端管脚Vs与所述驱动芯片的下管地端GND连接。8.根据权利要求5至7中的任一项所述的开关电源，其特征在于，所述开关桥臂的上管的栅极与所述开关桥臂的上管的源极之间连接电阻R5。
【专利摘要】本发明实施例提供用于开关桥臂的驱动电路，包括：驱动芯片、双绕组驱动变压器和驱动模块；驱动芯片用于产生驱动信号并且第一输出端和第二输出端分别与双绕组驱动变压器的原边的两端连接；双绕组驱动变压器的副边的两端与驱动模块的第一输入端和第二输入端分别连接；驱动模块的第一输出端用于与开关桥臂的上管的栅极连接，驱动模块的第二输出端用于与开关桥臂的上管的源极连接；驱动芯片的第二输出端用于与开关桥臂的下管的栅极连接；其中，驱动模块用于使得只有高于预设阈值的电压才能作用于开关桥臂的上管的栅极和源极。该驱动电路能够解决上管浮驱电路的供电管脚和地端管脚的过压问题，并且能够提高开关桥臂的上管驱动的可靠性。
【IPC分类】H02M1/08
【公开号】CN104883034
【申请号】CN201510244027
【发明人】樊晓东
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月14日