開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于感性元件的開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路及方法。本發(fā)明尤其涉及，但不限于，降壓、升壓和推挽驅(qū)動(dòng)電路。
[0002]本領(lǐng)域所公知的驅(qū)動(dòng)電路包括具有第一和第二端子的第一開(kāi)關(guān)，具有第一和第二端子的第二開(kāi)關(guān)，其中第一開(kāi)關(guān)的一端、第二開(kāi)關(guān)的一端和將被驅(qū)動(dòng)的感性元件的一端相互連接到公共節(jié)點(diǎn)。在推挽結(jié)構(gòu)中，采用晶體管作為第一和第二開(kāi)關(guān)，在降壓、升壓和升降壓結(jié)構(gòu)中，采用二極管作為其中的一個(gè)開(kāi)關(guān)。
[0003]在所有這些結(jié)構(gòu)中，能量存儲(chǔ)裝置連接在第一和第二開(kāi)關(guān)的端子之間，而不連接到公共節(jié)點(diǎn)。在推挽和降壓結(jié)構(gòu)中，能量存儲(chǔ)裝置包括DC電源。在升壓結(jié)構(gòu)中能量存儲(chǔ)裝置包括輸出電容器，在升降壓結(jié)構(gòu)中能量存儲(chǔ)裝置可以包括DC電源和串聯(lián)連接的輸出電容器。
[0004]在正常操作期間，開(kāi)關(guān)被以交替關(guān)系驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通和關(guān)斷，即，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，第二開(kāi)關(guān)關(guān)斷，反之亦可。然而，公知的是，可能會(huì)發(fā)生第一和第二開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，從而致使能量存儲(chǔ)裝置短路。這會(huì)引起大電流而導(dǎo)致?lián)p壞，例如損壞開(kāi)關(guān)。
[0005]常規(guī)的保護(hù)電路和方法旨在確保在一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之前，另一個(gè)開(kāi)關(guān)完全關(guān)斷。在推挽結(jié)構(gòu)中，這可以通過(guò)在一個(gè)晶體管關(guān)斷和另一個(gè)晶體管導(dǎo)通之前期間插入一些延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)。在降壓和升壓結(jié)構(gòu)中，通常采用快速切換二極管。在其它實(shí)施例中，采用包括磁芯的常規(guī)串聯(lián)保護(hù)電感器。參考圖1，下面將進(jìn)行清楚和更具體的描述，這些技術(shù)不僅限制了驅(qū)動(dòng)電路的最大頻率，而且限制了驅(qū)動(dòng)電路的效率。
發(fā)明目的
[0006]相應(yīng)地，本發(fā)明的目的在于提供一種替代的驅(qū)動(dòng)電路和方法，申請(qǐng)人相信其至少可以減少前述缺點(diǎn)，或者可以為公知電路和方法提供一種有益替代。
發(fā)明概述
[0007]根據(jù)本發(fā)明提供一種開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路，包括:
-包括第一端子和第二端子的第一開(kāi)關(guān)；
-包括第一端子和第二端子的第二開(kāi)關(guān)；
-感性元件，其包括至少第一繞組部和第二繞組部，第一繞組部具有第一端部和第二端部，第二繞組部具有第一端部和第二端部；以及-具有第一極和第二極的能量存儲(chǔ)裝置，其中
-每個(gè)第一和第二開(kāi)關(guān)的第一和第二端子以及每個(gè)第一和第二繞組部的第一和第二端部都串聯(lián)連接在能量存儲(chǔ)裝置的第一和第二極之間；并且-第一和第二繞組部構(gòu)成共模和差模結(jié)構(gòu)中的一種。
[0008]第一繞組部的第一端部可以連接到第一開(kāi)關(guān)的第二端子，第一繞組部的第二端部可以連接到第二繞組部的第二端部，第二繞組部的第一端部可以連接到第二開(kāi)關(guān)的第一端子。
[0009]第一繞組部和第二繞組部可以設(shè)置成至少部分雙線結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)和共繞線結(jié)構(gòu)中的一種。
[0010]至少一個(gè)第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)可以包括開(kāi)關(guān)晶體管。在一些實(shí)施例中，每個(gè)第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)都包括開(kāi)關(guān)晶體管。在其它實(shí)施例中，至少一個(gè)第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)包括二極管。
[0011]第一開(kāi)關(guān)的第一端子可以連接到能量存儲(chǔ)裝置的第一極，第二開(kāi)關(guān)的第二端子可以連接到能量存儲(chǔ)裝置的第二極。能量存儲(chǔ)裝置可以包括DC電源。
[0012]在其它實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝置包括電容器。
[0013]在第一開(kāi)關(guān)的第二端子和第二開(kāi)關(guān)的第一端子之間可以設(shè)置與第一繞組部和第二繞組部并聯(lián)的阻抗元件，優(yōu)選的是電阻元件。
[0014]電路可以包括阻尼元件，其設(shè)置在a)能量存儲(chǔ)裝置的第一極和第二開(kāi)關(guān)的第一端子之間和b)能量存儲(chǔ)裝置的第二極和第一開(kāi)關(guān)的第二端子之間的至少其中之一。
[0015]第一和第二繞組部可以構(gòu)成為共模結(jié)構(gòu)，感性元件可以包括變壓器的初級(jí)繞組。
[0016]在其它實(shí)施例中，感性元件包括具有在構(gòu)成差模結(jié)構(gòu)的第一繞組部和第二繞組部之間的中間抽頭的保護(hù)繞組。
[0017]中間抽頭可以連接到將被驅(qū)動(dòng)的感性元件，所述元件可以包括將被驅(qū)動(dòng)的變壓器的初級(jí)繞組。
[0018]本發(fā)明的范圍還包括用于以交替切換模式驅(qū)動(dòng)第一和第二開(kāi)關(guān)的方法，該方法包括以下步驟，使包括第一繞組部和第二繞組部的繞組串聯(lián)連接在第一和第二開(kāi)關(guān)之間；并且使第一和第二繞組部構(gòu)成為共模和差模結(jié)構(gòu)中的一種。
【附圖說(shuō)明】
[0019]下面參考附圖，僅以實(shí)例的方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，其中:
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的基本電路結(jié)構(gòu)圖，該電路包括操作在推挽模式中用于驅(qū)動(dòng)變壓器的初級(jí)繞組的第一和第二晶體管。
[0021]圖2(a)至(C)是圖1的結(jié)構(gòu)圖中所選點(diǎn)的波形圖。
[0022]圖3是開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)的示例實(shí)施例的基本電路結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖4是開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的推挽結(jié)構(gòu)輸出級(jí)的示例實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖5 (a)至(C)是圖4的結(jié)構(gòu)圖中所選點(diǎn)的波形圖。
[0025]圖6是開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的推挽結(jié)構(gòu)輸出級(jí)的另一示例實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖7是包括推挽結(jié)構(gòu)輸出級(jí)的開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的示例實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖8是包括推挽結(jié)構(gòu)輸出級(jí)的開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的另一示例實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖9是開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的降壓結(jié)構(gòu)輸出級(jí)的示例實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖10是開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的降壓結(jié)構(gòu)輸出級(jí)的另一示例實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖11是開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的升壓結(jié)構(gòu)輸出級(jí)的示例實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖12是開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的升壓結(jié)構(gòu)輸出級(jí)的另一示例實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖13(a)至13(d)是繞組結(jié)構(gòu)示例實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]現(xiàn)有技術(shù)的開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)通常由圖1中的附圖標(biāo)記100示出。
[0034]該公知的輸出級(jí)包括第一絕緣柵半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置114和第二絕緣柵半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置116。該第一和第二裝置串聯(lián)連接在DC電源的極118.1和118.2之間的電路115中，第一裝置114的源極114.2直接連接到第二裝置的漏極116.1。包括將被驅(qū)動(dòng)的變壓器122的初級(jí)繞組120的支路117在公共節(jié)點(diǎn)119處連接到第一開(kāi)關(guān)裝置的源極114.2和第二開(kāi)關(guān)裝置的漏極116.1。
[0035]圖2中，示出了圖1中所選點(diǎn)處的信號(hào)隨時(shí)間的波形圖。圖2(a)示出的是點(diǎn)116.1處的電壓。圖2(b)示出的是電路115中和流過(guò)裝置114和116的電流。圖2(c)示出的是支路117中和流過(guò)初級(jí)繞組120的電流。在正常操作期間，其中的一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置導(dǎo)通而另一個(gè)關(guān)斷。這樣在DC電源、導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)和變壓器122的初級(jí)繞組120之間形成了回路。這個(gè)回路稱之為初級(jí)電路。為獲得好性能，電源和開(kāi)關(guān)的阻抗盡可能小。因而，初級(jí)繞組120兩端的電壓接近于電源電壓，如圖2(a)所示。
[0036]然而，圖2(b)示出了短期間200內(nèi)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)裝置114和116同時(shí)導(dǎo)通的情形。當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)裝置導(dǎo)通時(shí)，在DC電源和兩個(gè)串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)114和116之間形成短路。由于前面提到的DC電源和開(kāi)關(guān)裝置的低阻抗以及說(shuō)明書(shū)引言中提及的原因，所以在該期間200內(nèi)，短路中的電流上升很快。如圖2(b)所示，在期間200內(nèi)，短路中的電流值可能超過(guò)30A，這將導(dǎo)致一個(gè)或兩個(gè)開(kāi)關(guān)裝置損壞。在傳統(tǒng)方式中，如果在短路中加入常規(guī)的串聯(lián)保護(hù)電感或電阻，該電感和阻抗同樣會(huì)加到初級(jí)電路，這樣會(huì)降低開(kāi)關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的性能，這當(dāng)然是不希望的。尤其是，由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)裝置都導(dǎo)通的期間200遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于只有一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的期間，所以需要保護(hù)的頻率大于驅(qū)動(dòng)電路工作的頻率。眾所周知的是，具有磁芯的感性元件通常是有頻率依賴性的，這使得高頻時(shí)的感抗小于低頻時(shí)的感抗。因此，通過(guò)在短路中加入常規(guī)的串聯(lián)保護(hù)電感會(huì)導(dǎo)致初級(jí)電路在低頻時(shí)的感抗增加，這是不希望的。
[0037]圖3中，大體以附圖標(biāo)記10標(biāo)出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)的第一示例實(shí)施例。輸出級(jí)10包括包含第一端子14.1和第二端子14.2的第一開(kāi)關(guān)14，包含第一端子16.1和第二端子16.2的第二開(kāi)關(guān)16，以及包含至少第一繞組部20.1和第二繞組部20.2的感性元件20，該第一繞組部具有第一端部20.1.1和第二端部20.1.2，該第二繞組部具有第一端部20.2.1和第二端部20.2.2。級(jí)10還包括具有第一極18.1和第二極18.2的能量存儲(chǔ)裝置18。第一開(kāi)關(guān)14和第二開(kāi)關(guān)16中的每個(gè)開(kāi)關(guān)的第一和第二端子以及第一繞組部20.1和第二繞組部20.2的每個(gè)繞組部的第一和第二端部都串聯(lián)連接在能量存儲(chǔ)裝置18的第一極18.1和第二極18.2之間。第一繞組部20.1和第二繞組部20.2構(gòu)成為共模結(jié)構(gòu)，圖3中以圓點(diǎn)示出。在其它實(shí)施例中，第一和第二繞組部可以構(gòu)成為差模結(jié)構(gòu)，這將在下文進(jìn)行描述。
[0038]圖4中，示出了輸出級(jí)的推挽結(jié)構(gòu)的更詳細(xì)實(shí)施例。第一開(kāi)關(guān)14包括包含第一端子或漏極14.1、第二端子或源極14.2以及第三端子或柵極14.3的第一絕緣柵半導(dǎo)體裝置。第二開(kāi)關(guān)16包括包含第一端子或漏極16.1、第二端子或源極16.2以及第三端子或柵極16.3的第二絕緣柵半導(dǎo)體裝置。第一裝置14的漏極14.1連接到DC電源18的第一極18.10第二裝置16的源極16.2連接到DC電源的另一極18.2。此外，第一裝置14的源極14.2連接到以變壓器22的初級(jí)繞組20形式的將被驅(qū)動(dòng)的感性元件的第一繞組部20.1的第一端部20.1.10變壓器22包括次級(jí)繞組24。第二裝置16的漏極16.2連接到初級(jí)繞組20的第二繞組部20.2的第一端部20.2.10第一繞組部20.1的第二端部20.1.2和第二繞組部20.2的第二端部20.2