一种自举驱动电路和变换器的制作方法

1.本实用新型实施例涉及变换器驱动技术领域，特别涉及一种自举驱动电路和变换器。


背景技术：

2.目前，对于桥臂电路中，上开关管的驱动电压是必须要大于12v，且上开关管的s脚浮高电位，要实现这种驱动方式，一种是采用独立的电源提供ugs电压，但此种方式成本较高，为了节约成本，通常采用自举驱动的方式。
3.通常，自举驱动电路利用电容电压不能突变的原理，使上开关管浮高电位，如图1所示，下开关管q2导通、上开关管q1断开时，电容c1进行充电，接着，当上开关管q1导通、下开关管q2断开时，利用电容c1两端压差不变的原理，可抬高p点对地电位，可为驱动单元提供电源，当下开关管q2频繁开关，可维持电容c1两端的电压，从而为驱动单元30驱动上开关管q1时提供稳定的电源。
4.而这种自举驱动电路仅适用图1中上开关管q1与下开关管q2直接串联的半桥拓扑结构，当这两个开关管之间连接一个感性元件时，如电感l，就无法正常工作。具体的，如图2所示，当下开关管q2断开时，由于电感l的存在，电容两端的电压将等于上开关管q1的驱动电压与电感l的两端的电压之和，而电感l两端的电压在正常工作中是会根据电流变化大小波动，这样导致上开关管q1的驱动电压波动不稳定，使整个系统的稳定性变差。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例的目的是提供一种自举驱动电路和变换器，提供一种在上开关管与下开关管之间连接一个感性元件的半桥拓扑结构中的自举驱动方式，可提高这种半桥拓扑结构中驱动上开关管时的驱动电压的稳定性。
6.为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种自举驱动电路，用于驱动第一开关，所述自举驱动电路包括：第二开关、第一储能单元、第二储能单元和驱动单元；所述第一开关、感性单元、所述第二开关依次串联连接在第一电源和地之间，所述第一储能单元的第一端、所述第二储能单元的第一端和所述驱动单元的第一端均连接至第一节点，所述第一节点和所述驱动单元的第二端均用于连接第二电源，所述第二储能单元的第二端分别连接所述驱动单元的第三端、以及所述第一开关与所述感性单元之间的第一串联连接点，所述感性单元与所述第二开关之间的第二串联连接点连接所述第一储能单元的第二端，所述驱动单元的第四端接地，所述驱动单元的第五端用于连接所述第一开关的控制端，所述驱动单元的第六端用于连接所述第二开关的控制端；其中，响应于所述第二开关导通，所述第二电源、所述第一储能单元、所述第二开关和地形成第一充电回路、所述第二电源、所述第二储能单元、所述感性单元、所述第二开关和地形成第二充电回路；响应于所述第二开关断开，所述第一储能单元抬高所述第一节点的电压，使所述第一节点为所述第二储能单元充电。
7.在一些实施例中，所述自举驱动电路还包括第一防倒灌单元；所述第一防倒灌单元连接在所述第二电源和所述第一节点之间。
8.在一些实施例中，所述自举驱动电路还包括第二防倒灌单元；所述第二防倒灌单元连接在所述第一节点和所述第二储能单元的第一端之间。
9.在一些实施例中，所述第一防倒灌单元包括第一二极管，所述第二防倒灌单元包括第二二极管；所述第一二极管的阳极连接所述第二电源，所述第一二极管的阴极分别连接所述第一节点和所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极分别连接所述第二储能单元的第一端和所述驱动单元的第一端。
10.在一些实施例中，所述第一储能单元包括第一电容；所述第一电容的第一端连接所述第一节点，所述第一电容的第二端连接所述第二串联连接点。
11.在一些实施例中，所述第二储能单元包括第二电容；所述第二电容的第一端连接所述第一节点，所述第二电容的第二端连接所述第一串联连接点。
12.在一些实施例中，所述驱动单元还包括控制器和驱动芯片；所述控制器的第一输出端连接所述驱动芯片的第一端，所述控制器的第二输出端连接所述驱动芯片的第二端，所述驱动芯片的第三端和所述驱动芯片的第四端均连接所述第二电源，所述驱动芯片的第五端用于连接所述第一开关的控制端，所述驱动芯片的第六端用于连接所述第二开关的控制端，所述驱动芯片的第七端连接所述第一串联连接点，所述驱动芯片的第八端接地。
13.第二方面，本实用新型实施例提供一种变换器，该变换器包括如第一方面任意一项所述的自举驱动电路。
14.在一些实施例中，所述变换器还包括第一开关和感性单元；第一开关、感性单元和第二开关串联连接在第一电源和地之间，所述自举驱动电路用于驱动所述第一开关。
15.在一些实施例中，所述感性单元包括电感；所述电感的第一端分别连接所述第二储能单元的第二端、所述驱动单元的第三端和所述第一开关，所述电感的第二端分别连接所述第一储能单元的第二端和所述第二开关。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供一种自举驱动电路，提供一种自举驱动电路，用于驱动第一开关，其包括第二开关、第一储能单元、第二储能单元和驱动单元；第一开关、感性单元、第二开关依次串联连接在第一电源和地之间，第一储能单元的第一端、第二储能单元的第一端和驱动单元的第一端均连接至第一节点，第一节点和驱动单元的第二端均用于连接第二电源，第二储能单元的第二端分别连接驱动单元的第三端、以及第一开关与感性单元之间的第一串联连接点，感性单元与第二开关之间的第二串联连接点连接第一储能单元的第二端，驱动单元的第四端接地，驱动单元的第五端用于连接第一开关的控制端，驱动单元的第六端用于连接第二开关的控制端；其中，响应于第二开关导通，第二电源、第一储能单元、第二开关和地形成第一充电回路、第二电源、第二储能单元、感性单元、第二开关和地形成第二充电回路；响应于第二开关断开，第一储能单元抬高第一节点的电压，使第一节点继续为第二储能单元充电，减少因感性单元导致的电压波动，提高输出至驱动单元的驱动电压的稳定性。
附图说明
17.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性
说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
18.图1是现有技术中提供的一种自举驱动电路的结构示意图；
19.图2是现有技术中提供的一种自举驱动电路的结构示意图；
20.图3是本实用新型实施例提供的一种自举驱动电路的结构框图示意图；
21.图4是本实用新型实施例提供的一种自举驱动电路的结构示意图；
22.图5是本实用新型实施例提供的另一种自举驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
24.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
25.需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
26.第一方面，本实用新型实施例提供一种自举驱动电路，该自举驱动电路用于驱动第一开关，请参阅图3，自举驱动电路包括：第二开关q2、第一储能单元10、第二储能单元20和驱动单元30。第一开关q1、感性单元l和第二开关q2依次串联连接在第一电源v1和地gnd之间，第一储能单元10的第一端、第二储能单元20的第一端和驱动单元30的第一端均连接至第一节点p，第一节点p和驱动单元30的第二端均用于连接所述第二电源v2，第二储能单元20的第二端分别连接驱动单元30的第三端、以及第一开关q1与感性单元l之间的第一串联连接点n，感性单元l与第二开关q2之间的第二串联连接点m连接第一储能单元10的第二端，驱动单元30的第四端接地gnd，驱动单元30的第五端用于连接第一开关q1的控制端，驱动单元30的第六端用于连接第二开关q2的控制端。其中，响应于第二开关q2导通，第二电源v2、第一储能单元10、第二开关q2和地gnd形成第一充电回路，第二电源v2、第二储能单元20、感性单元l、第二开关q2和地gnd形成第二充电回路；响应于第二开关q2断开，第一储能单元抬高第一节点p的电压，使第一节点p为第二储能单元20充电。
27.在该自举驱动电路中，第一开关q1响应于驱动单元30的第五端输出的驱动信号执行通断操作，第二开关q2响应于驱动单元30的第六端输出的驱动信号执行通断操作。驱动单元30的第五端输出的驱动信号的电压与驱动单元30的第一端的电压有关，第一开关q1和第二开关q2可以是mos管、三极管、igbt管等。感性单元l可以是电感等可产生反向电动势的器件。
28.具体的，第二串联连接点m还用于连接负载60，在图3中，负载60包括二极管d和负载电阻r，其中，二极管d的阳极连接第二串联连接点m，二极管d的阴极连接负载电阻r的第一端，负载电阻r的第二端接地。
29.在该电路中，响应于第二开关q2导通，第二电源v2、第一储能单元10、第二开关q2和地gnd形成第一充电回路，第二电源v2、第二储能单元20、感性单元l、第二开关q2和地gnd形成第二充电回路，第一储能单元10和第二储能单元20进行充电，因为感性单元l的电压方向是上正下负，导致第一串联连接点n的电位较高，因此第一节点p对第一串联连接点n的电压差较小，第二储能单元20充电有限。
30.接着，第二开关q2断开，若第一开关q1导通，则第二串联连接点m的电压升高，第二串联连接点m将通过第一储能单元10抬高第一节点p的电压，第一节点p、第二储能单元20、感性单元l和第一储能单位10形成第三充电回路，第一节点p、第二储能单元20、感性单元l和二极管d、负载电阻r之间形成第四充电回路，而此时由于第一节点p的电压已被抬高，使第一节点p能继续为第二储能单元20充电，减少因感性单元l导致的电压波动，提高输出至驱动单元的驱动电压的稳定性。
31.该自举驱动电路中，若无第二储能单元20，如图2所示的电路结构，当第二开关q2断开时，由于电感l的存在，第一储能单元10的两端电压将等于第一开关q1的驱动电压和电感两端的电压，而电感l的电压在正常工作中是会根据电流变化而波动，从而导致第一开关q1的驱动电压波动不稳定，系统稳定性较差。而若无第一储能单元10，则该自举驱动电路无法为第一开关q1产生驱动电压，可见，在该自举驱动电路中，在第二开关q2断开、第一开关q1导通时，通过利用第一储能单元10抬高第一节点p的电压，使第二储能单元20的电压升高，从而保证驱动单元30的第一端和第三端之间的电压能够稳定驱动第一开关q1，提高第一开关q1的驱动电压的稳定性。
32.在其中一些实施例中，请参阅图4，自举驱动电路还包括第一防倒灌单元40。第一防倒灌单元40连接在第二电源v2和第一节点p之间。通过设置第一防倒灌单元40，可以防止电流反灌，提高自举驱动电路的稳定性。
33.在其中一些实施例中，请参阅图4，自举驱动电路还包括第二防倒灌单元50。第二防倒灌单元50连接在第一节点p和第二储能单元20的第一端之间。通过设置第二防倒灌单元50，可以防止电流反灌，提高自举驱动电路的稳定性。
34.具体的，在其中一些实施例中，请继续参阅图4，第一防倒灌单元40包括第一二极管d1，第二防倒灌单元50包括第二二极管d2。第一二极管d1的阳极连接第二电源v2，第一二极管d1的阴极分别连接第一节点p和第二二极管d2的阳极，第二二极管d2的阴极分别连接第二储能单元20的第一端和驱动单元30的第一端。通过设置第一二极管d1和第二二极管d2，可防止电流反灌至第二电源v2，从而提高自举驱动电路工作的可靠性和稳定性。
35.且在本实施例中，响应于第二开关q2导通，第二电源v2、第一储能单元10、第二开关q2和地gnd形成第一充电回路，第二电源v2、第二二极管d2、第二储能单元20、感性单元l、第二开关q2和地gnd形成第二充电回路，第一储能单元10和第二储能单元20进行充电，因为感性单元l的电压方向是上正下负，导致第一串联连接点n的电位较高，因此第一节点p对第一串联连接点n的电压差较小，第二储能单元20充电有限。
36.再接着，第二开关q2断开，若第一开关q1导通，则第二串联连接点m的电压升高，第
二串联连接点m将通过第一储能单元10抬高第一节点p的电压，第一节点p、第二储能单元20、感性单元l和第一储能单位10形成第三充电回路，第一节点p、第二储能单元20、感性单元l和二极管d、负载电阻r之间形成第四充电回路，此时感性单元l的电压方向是下正上负(需要续流)，当第二开关q2再次开启的时候，感性单元l的电压方向再次为上正下负，随之第一串联连接点n的电压升高，第二二极管d2的阴极电压也升高，通过第二储能单元20给驱动单元30提供稳定的电压，从而提高第一开关q1工作的稳定性。
37.在其中一些实施例中，请参阅图4，第一储能单元10包括第一电容c1。第一电容c1的第一端连接第一节点p，第一电容c1的第二端连接第二串联连接点m。具体的，第一电容c1的第一端分别连接第一节点p、第一二极管d1的阴极、第二二极管d2的阳极，通过设置第一电容c1，可在第一开关q1断开及第二开关q2导通时充电，从而在第二开关q2断开时抬高第一节点p的电压，为第一开关q1提供稳定的驱动电压。
38.在其中一些实施例中，请参阅图4，第二储能单元20包括第二电容c2。第二电容c2的第一端连接第一节点p，第二电容c2的第二端连接第一串联连接点n。具体的，第二电容c2的第一端连接第二二极管d2的阴极和驱动单元30的第一端。通过设置第二电容c2，可保证驱动单元30驱动第一开关q1的驱动电压的稳定性。
39.在其中一些实施例中，请参阅图5，驱动单元30还包括控制器和驱动芯片us1；控制器的第一输出端pv_en连接驱动芯片us1的第一端ina，控制器的第二输出端pv_pwm连接驱动芯片us1的第二端inb，驱动芯片us1的第三端vdda和驱动芯片us1的第四端vddb均连接第二电源v2，驱动芯片us1的第五端outa用于连接第一开关q1的控制端，驱动芯片us1的第六端outb用于连接第二开关q2的控制端，驱动芯片us1的第七端vssa连接第一串联连接点n，驱动芯片us1的第八端vssb接地dgnd。
40.其中，控制器可以采用stm8、stm16等一切合适的微处理控制器。驱动芯片us1可以采用nsi6602b系列或其他一切合适的驱动芯片，实际应用中可根据实际需要进行设置，在此不做限定。驱动芯片us1的第三端vdda通过第二二极管d2、第一二极管d2连接第二电源v2。接口cn1用于连接第一电源。
41.若第二电源v2为12v，在图5所示的电路中，第二开关q2开启时，m点和n点的电位都为0，且12v对第一电容c1进行充电，第一节点p的电位就会达到12v；在第二开关q2关断时，第一节点p的电位为第一电压，第一电压为12v加上第一电源v1的电压，此时，第一节点p再通过第二二极管d2、第二电容c2、电感l对第一电容c1和电感l进行充电，使第二二极管d2阴极电压升高，该电压为驱动芯片us1驱动第一开关q1提供电源，从而可提高驱动芯片us1的第五端outa输出至第一开关q1的控制端的驱动电压，提高第一开关q1的驱动电压的稳定性。
42.第二方面，本实用新型实施例还提供一种变换器，该变换器包括如第一方面任意一项所述的自举驱动电路。在本实施例功能，自举驱动电路具有与如第一方面任意一项所述的自举驱动电路相同的结构与功能，在此不再赘述。
43.在其中一些实施例中，变换器还包括第二开关q2和感性单元l。第一开关q1、感性单元l和第二开关q2串联连接在第一电源v1和地gnd之间；自举驱动电路用于驱动第一开关q1。第一开关q1和第二开关q2可以是mos管、三极管、igbt管等。
44.在其中一些实施例中，感性单元l包括电感；电感的第一端分别连接第二储能单元
20的第二端、驱动单元30的第三端和第一开关q1，电感的第二端分别连接第一储能单元10的第二端和第二开关q2。
45.需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。
46.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种自举驱动电路，其特征在于，用于驱动第一开关，所述自举驱动电路包括：第二开关、第一储能单元、第二储能单元和驱动单元；所述第一开关、感性单元、所述第二开关依次串联连接在第一电源和地之间，所述第一储能单元的第一端、所述第二储能单元的第一端和所述驱动单元的第一端均连接至第一节点，所述第一节点和所述驱动单元的第二端均用于连接第二电源，所述第二储能单元的第二端分别连接所述驱动单元的第三端、以及所述第一开关与所述感性单元之间的第一串联连接点，所述感性单元与所述第二开关之间的第二串联连接点连接所述第一储能单元的第二端，所述驱动单元的第四端接地，所述驱动单元的第五端用于连接所述第一开关的控制端，所述驱动单元的第六端用于连接所述第二开关的控制端；其中，响应于所述第二开关导通，所述第二电源、所述第一储能单元、所述第二开关和地形成第一充电回路，所述第二电源、所述第二储能单元、所述感性单元、所述第二开关和地形成第二充电回路；响应于所述第二开关断开，所述第一储能单元抬高所述第一节点的电压，使所述第一节点为所述第二储能单元充电。2.根据权利要求1所述的自举驱动电路，其特征在于，所述自举驱动电路还包括第一防倒灌单元；所述第一防倒灌单元连接在所述第二电源和所述第一节点之间。3.根据权利要求2所述的自举驱动电路，其特征在于，所述自举驱动电路还包括第二防倒灌单元；所述第二防倒灌单元连接在所述第一节点和所述第二储能单元的第一端之间。4.根据权利要求3所述的自举驱动电路，其特征在于，所述第一防倒灌单元包括第一二极管，所述第二防倒灌单元包括第二二极管；所述第一二极管的阳极连接所述第二电源，所述第一二极管的阴极分别连接所述第一节点和所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极分别连接所述第二储能单元的第一端和所述驱动单元的第一端。5.根据权利要求1-4任意一项所述的自举驱动电路，其特征在于，所述第一储能单元包括第一电容；所述第一电容的第一端连接所述第一节点，所述第一电容的第二端连接所述第二串联连接点。6.根据权利要求1-4任意一项所述的自举驱动电路，其特征在于，所述第二储能单元包括第二电容；所述第二电容的第一端连接所述第一节点，所述第二电容的第二端连接所述第一串联连接点。7.根据权利要求1-4任意一项所述的自举驱动电路，其特征在于，所述驱动单元还包括控制器和驱动芯片；所述控制器的第一输出端连接所述驱动芯片的第一端，所述控制器的第二输出端连接所述驱动芯片的第二端，所述驱动芯片的第三端和所述驱动芯片的第四端均连接所述第二电源，所述驱动芯片的第五端用于连接所述第一开关的控制端，所述驱动芯片的第六端用于连接所述第二开关的控制端，所述驱动芯片的第七端连接所述第一串联连接点，所述驱
动芯片的第八端接地。8.一种变换器，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的自举驱动电路。9.根据权利要求8所述的变换器，其特征在于，所述变换器还包括第一开关和感性单元；所述第一开关、所述感性单元和第二开关串联连接在第一电源和地之间，所述自举驱动电路用于驱动所述第一开关。10.根据权利要求9所述的变换器，其特征在于，所述感性单元包括电感；所述电感的第一端分别连接所述第二储能单元的第二端、所述驱动单元的第三端和所述第一开关，所述电感的第二端分别连接所述第一储能单元的第二端和所述第二开关。

技术总结
本实用新型提供一种自举驱动电路，包括第二开关、第一储能单元、第二储能单元和驱动单元；第二电源、第一储能单元的第一端、第二储能单元的第一端、驱动单元的第一端均连接至第一节点，驱动单元的第二端连接第二电源，第二储能单元的第二端分别连接驱动单元的第三端以及第一串联连接点，第一储能单元的第二端连接第二串联连接点；在第二开关断开时，通过第一储能单元抬高第一节点的电压，以对第二储能单元和感性单元充电，从而维持第二储能单元输出至驱动单元的电压，并保证稳定性。并保证稳定性。并保证稳定性。


技术研发人员：陆定健 夏建彬 杨红滨
受保护的技术使用者：深圳麦格米特电气股份有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/9/3