[发明专利]基于反激变换器型的开关管互补谐振驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及应用于功率场效应晶体管（MOSFET）开关的谐振驱动电路。更具体地说，本发明涉及一种基于反激变换器型的双功率MOSFET开关管互补谐振驱动电路。

背景技术

在过去几十年，小功率变换器的开关频率不断的增加，已达到兆赫芝水平。高开关频率提供快速的瞬态响应，小的元件尺寸和高功率密度。但是，高频率下工作也存在很多问题：过多的开关损耗，低效率和更短的电池工作时间。在高频应用中，功率MOSFET开关管的驱动电路的性能很重要。随着开关频率的增加，驱动功率MOSFET开关管的损耗也成比例增大。另一方面，为了降低功率管的通态损耗，要求其导通电阻越小越好。在现有半导体工艺水平下，增大功率MOSFET开关管的体积才能获得低导通电阻，而体积大的功率MOSFET开关管的GS电容也大。因此，驱动损耗变得很重要，特别是兆赫芝开关频率的变换器中。

传统的功率MOSFET开关管的驱动电路，它的充放电回路是RC回路，在充放电过程中，驱动能量全部损耗在电阻上。近年来无损栅极驱动电路倍受关注。为了减小功率MOSFET开关管的驱动损耗，谐振栅极驱动是一个很有效的方法。但是现有的谐振驱动电路大多针对单个功率MOSFET开关管，一些可同时驱动两个功率MOSFET开关管的谐振驱动电路也存在元器件多，电路结构和控制复杂等局限。西班牙奥维多大学的J. Diaz 和M.A. Perez等人在文章“A New Lossless Power MOSFET Driver Based on Simple DC/DC Converters”[1]提出了一种基于正激变换器型的谐振驱动电路，该电路只能驱动一个功率MOSFET开关管。美国弗吉尼亚州立大学的Kaiwei Yao和Fred C. Lee在文章“A Novel Resonant Gate Driver for High Frequency Synchronous Buck Converters” [2]提出的适合同步整流BUCK变换器的谐振驱动电路所需器件多，电路结构复杂。加拿大皇后大学的Zhihua Yang，Sheng Ye和Yanfei Liu在文章“A New Dual Channel Resonant Gate Drive Circuit for Synchronous Rectifiers” [3]提出的双功率MOSFET开关管谐振驱动电路所需器件多，电路结构复杂。

发明内容

为了降低谐振驱动电路的复杂性，减小高频工作时的驱动损耗，本发明提出一种双功率MOSFET开关管互补谐振驱动电路。利用一个反激变压器将两个功率MOSFET开关管的驱动能量互相传递以驱动这两个功率MOSFET开关管，并用控制MOSFET管和二极管将驱动电压箝位到一定值。电路结构简洁，控制简单，实现了能量回收利用，提高了驱动效率。

为此，本发明采用以下的技术方案：一种基于反激变换器型的开关管互补谐振驱动电路，包括变压器T1、控制MOSFET管S1、控制MOSFET管S2、控制MOSFET管S3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、供电电源V_c1、供电电源V_c2、功率MOSFET管Q1和功率MOSFET管Q2，其特征在于：所述变压器T1将两个功率MOSFET管Q1和Q2的驱动能量互相传递以驱动这两个功率MOSFET管，控制MOSFET管S1和二极管D1、D2、D3将功率MOSFET管Q1和Q2的驱动电压箝位到一定值；所述功率MOSFET管Q1的栅极接二极管D1的阴极、控制MOSFET管S1的源极和变压器T1原边绕组N1的同名端；控制MOSFET管S1的漏极接供电电源V_c1的正极；变压器T1原边绕组N1的非同名端接控制MOSFET管S2的漏极；控制MOSFET管S2的源极接二极管D1的阳极、功率MOSFET管Q1的源极和供电电源V_c1的负极；功率MOSFET管Q2的栅极接二极管D2的阳极、二极管D3的阴极和变压器T1副边绕组N2的非同名端；二极管D2的阴极接供电电源V_c2的正极；变压器T1副边绕组N2的同名端接控制MOSFET管S3的漏极；控制MOSFET管S3的源极接二极管D3的阳极、功率MOSFET管Q2的源极和供电电源V_c2的负极；控制MOSFET管S1的栅极和源极、控制MOSFET管S2的栅极和源极以及控制MOSFET管S3的栅极和源极接各自的控制驱动信号。 

与现有技术相比，本发明的主要优点是：

1、驱动速度快，并可以充分利用驱动能量提高效率。