專利名稱：開關驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明是有關于ー種開關驅動電路，且特別是有關于ー種用以驅動全控型功率開關的開關驅動電路。
背景技術：
絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)為其中一種全控型功率開關元件，絕緣柵雙極型晶體管的輸入級與輸出級分別由金屬氧化物半導體場效應管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, M0SFET)和 PNP 型雙極型晶體管(Bipolar Junction Transistor, BJT)復合而成的ー種器件，既有MOSFET器件驅 動功率小、開關速度快(控制和響應)、輸入阻抗高的特點，又有雙極型器件飽和壓降低而容量大的特點。目前在中、大功率變換器中，絕緣柵雙極型晶體管已成為主流功率器件。驅動電路作為功率電路和控制電路的紐帶，其主要功能就是，將控制信號轉換成所需的功率驅動信號，來保證絕緣柵雙極型晶體管的充分開通和可靠關斷。因此，驅動電路在準確傳遞控制信號，保證全控型功率開關元件發揮優良的性能方面起著非常重要的作用。在大、中功率的變換器應用中，隨著全控型功率開關元件開通和關斷，存在較高的電壓/電流變化梯度，并帶來相應的雜訊干擾。這種環境之下，就要求驅動電路的具有良好的抗干擾性能，從而保證準確傳遞控制信號，實現全控型功率開關元件穩定而可靠的工作。同時，要求驅動電路實現功率側與控制側的良好隔離，以免在主電路發生嚴重故障時危及到控制電路。因此，準確、快速的傳遞控制信號，較強的抗干擾性能及良好的主、控電隔離功能成為驅動電路設計的難點。目前，エ業界已有很多成熟的驅動器可以可靠的驅動全控型功率開關元件。當驅動功率小，控制信號和功率器件不需要隔離時，驅動電路的設計相對簡単。在中、大功率的應用環境，當控制信號需要和主功率器件隔離時，常用的會有以下幾種驅動方式光耦隔離驅動、光纖隔離驅動以及脈沖變壓器隔離驅動。光耦驅動方式，存在以下缺點光耦的副邊受供電電源限制(一般高速光耦的供電都是5V)、信號傳遞延時長、原副邊隔離電壓不高、以及穩定性低。光纖驅動目前在高壓場合應用比較廣泛，但亦存在以下缺點光纖的接收器供電電源受限制(一般為5V)、因其插接端ロ容易積灰而使穩定性低于磁芯元件、以及數目多會導致系統接線復雜并使造價提高。另ー種方式以脈沖變壓器隔離驅動全控型功率開關元件，主要分為有源和無源方式。無源方式相對簡單，即用脈沖變壓器直接驅動全控型功率開關元件，無需副邊電源。無源方式下，脈沖變壓器必須同時傳遞驅動信號與功率，從而使得變壓器要有足夠大的體積，隨之帶來變壓器原副邊寄生電容的増大，共模雜訊干擾嚴重。這些問題在中、大功率應用中是應避免的。有源方式下，脈沖變壓器只提供傳遞驅動控制信號功能，副邊提供相應的功率電源。與無源方式相比，磁芯體積可以減小。但如果控制信號的頻率降低，驅動控制信號的占空比會増大，為防止磁芯飽和，磁芯的體積也需要相應的増大，同樣原副邊寄生電容也會隨之増大。可知在有源方式下，脈沖變壓器的體積受到工作頻率的限制。但無論從有源方式還是無源方式來看，脈沖變壓器都會帶來寄生電容的問題，在大功率環境之下，這種寄生干擾噪聲會對驅動控制電路產生較大干擾，惡劣時會使驅動電路產生誤信號而觸發全控型功率開關元件導通或關斷，嚴重影響了系統的可靠性。
發明內容
鑒于以上所述，本發明提出一種基于磁隔離傳遞技術實現抗干擾及共模噪聲抑制的開關驅動電路，適用于驅動全控型功率開關元件。本發明的開關驅動電路傳輸延時短，不受控制信號的頻率和脈寬限制，并同時具有抗干擾及共模噪聲抑制電路，以提高抗干擾能力。另外相對光纖而言，以脈沖變壓器驅動方式在高壓大功率應用中具有高穩定性且為低成本。 本發明的一方面是在提供一種開關驅動電路用以驅動一全控型功率開關，該開關驅動電路包含脈寬調制単元、脈沖變壓器、抗干擾模塊、脈寬解調單元以及驅動功率放大單兀。脈寬調制單兀用以將ー驅動輸入信號轉換為一正負窄脈沖信號。脈沖變壓器具有
次側以及一二次側，該一次側耦接至該脈寬調制單元，該正負窄脈沖信號經該脈沖變壓器傳遞至該二次側。抗干擾模塊耦接至該二次側，該正負窄脈沖信號包含多個正脈沖以及多個負脈沖，該抗干擾模塊用以濾除該多個正脈沖以及該多個負脈沖的脈沖幅度未達一有效閾值者。脈寬解調單元耦接至該抗干擾模塊，用以將過濾后的該正負窄脈沖信號轉換為一驅動輸出信號。驅動功率放大單元耦接于該脈寬解調單元與該全控型功率開關之間。根據本發明的ー實施例，該抗干擾模塊包含一第一抗干擾電路以及一第二抗干擾電路，各自分別耦接至該二次側的一正極性端以及ー負極性端，其中該第一抗干擾電路與該第二抗干擾電路各自包含ー比較器、一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻。比較器具有一正輸入端以及ー負輸入端。第一電阻稱接于該正輸入端與一供電電壓之間。第二電阻耦接于該正輸入端與一接地端之間。第三電阻耦接于該負輸入端與該接地端之間。其中，于該第一抗干擾電路中該比較器的該負輸入端耦接至該正極性端且該正輸入端耦接至該負極性端，于該第二抗干擾電路中該比較器的該正輸入端耦接至該正極性端且該負輸入端耦接至該負極性端。根據本發明的ー實施例，該第一電阻與該第二電阻的并聯阻值大致等于該第三電阻的阻值。根據本發明的ー實施例，該第一抗干擾電路還包含一第四電阻以及一第五電阻。第四電阻耦接于該第一抗干擾電路中該比較器的該正輸入端與該負極性端之間。第五電阻耦接于該第一抗干擾電路中該比較器的該負輸入端與該正極性端之間，該第四電阻的阻值大致等于該第五電阻的阻值。根據本發明的ー實施例，該第二抗干擾電路還包含一第四電阻以及一第五電阻。第四電阻耦接于該第二抗干擾電路中該比較器的該正輸入端與該正極性端之間。第五電阻耦接于該第二抗干擾電路中該比較器的該負輸入端與該負極性端之間，該第四電阻的阻值大致等于該第五電阻的阻值。根據本發明的ー實施例，其中該脈寬解調單元包含一具有置位和復位功能的邏輯芯片，該邏輯芯片包含一設定輸入端以及一重置輸入端，該第一抗干擾電路的該比較器的ー輸出端耦接至該設定輸入端，該第二抗干擾電路的該比較器的ー輸出端耦接至該重置輸入端。根據本發明的ー實施例，其中該驅動輸入信號與該驅動輸出信號分別為ー脈寬調變型信號，該窄脈寬信號的該多個正脈沖分別對應該驅動輸入信號或該驅動輸出信號的多個上升緣，該窄脈寬信號的該多個負脈沖分別對應該驅動輸入信號或該驅動輸出信號的多個下降緣。本發明的另一方面是在提供一種開關驅動電路用以驅動一全控型功率開關，該開關驅動電路包含一信號處理電路、ー脈沖變壓器、一抗干擾模塊以及一驅動功率放大單元。信號處理電路將ー超高頻的驅動輸入信號進行驅動能力放大產生一超高頻驅動信號。脈沖 變壓器具有一一次側以及一二次側，該一次側耦接至該信號處理電路，該超高頻驅動信號經該脈沖變壓器傳遞至該二次側。抗干擾模塊耦接至該二次側，該超高頻驅動信號包含多個脈沖，該抗干擾模塊用以濾除該多脈沖的脈沖幅度未達一有效閾值者。驅動功率放大單元耦接于該抗干擾模塊與該全控型功率開關之間。根據本發明的ー實施例，其中該抗干擾模塊包含一第一抗干擾電路以及一第二抗干擾電路，各自分別耦接至該二次側的一正極性端以及ー負極性端，其中該第一抗干擾電路與該第二抗干擾電路各自包含ー比較器、一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻。比較器具有一正輸入端以及ー負輸入端。第一電阻稱接于該正輸入端與一系統電壓之間。第二電阻耦接于該正輸入端與一接地端之間。第三電阻耦接于該負輸入端與該接地端之間。于該第一抗干擾電路中該比較器的該負輸入端耦接至該正極性端且該正輸入端耦接至該負極性端，于該第二抗干擾電路中該比較器的該正輸入端耦接至該正極性端且該負輸入端耦接至耦接至該負極性端。于上述實施例中，該第一電阻與該第二電阻的并聯阻值大致等于該第三電阻的阻值，該第一抗干擾電路與各自第二抗干擾電路還包含一第四電阻以及一第五電阻，第四電阻耦接于該正輸入端與該負極性端之間。第五電阻耦接于該該負輸入端與該正極性端之間，該第四電阻的阻值大致等于該第五電阻的阻值。根據本發明的ー實施例，該抗干擾模塊包含一抗干擾電路以及一阻抗匹配電路，各自分別耦接至該二次側的一正極性端以及ー負極性端，該阻抗匹配電路用以匹配該抗干擾電路的阻抗，其中該抗干擾電路包含ー比較器、一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻。比較器具有一正輸入端以及ー負輸入端，該負輸入端耦接至該正極性端且該正輸入端耦接至該負極性端。第一電阻耦接于該正輸入端與一供電電壓之間。第二電阻耦接于該正輸入端與一接地端之間。第三電阻耦接于該輸入端與該接地端之間。于上述實施例中，其中該第一電阻與該第二電阻的并聯阻值大致等于該第三電阻的阻值，該抗干擾電路還包含一第四電阻以及一第五電阻。第四電阻耦接于該抗干擾電路中該比較器的該正輸入端與該負極性端之間。第五電阻耦接于該抗干擾電路中該比較器的該負輸入端與該正極性端之間，該第四電阻的阻值大致等于該第五電阻的阻值。
圖I繪不根據本發明的一第一實施例中一種開關驅動電路的功能方塊圖2繪示根據第一實施例中開關驅動電路及其抗干擾模塊的電路示意圖；圖3繪示根據第一實施例中開關驅動電路中各信號的波形示意圖；圖4繪示根據本發明的第二實施例中一種開關驅動電路的功能方塊圖；圖5繪示根據第二實施例中開關驅動電路中各信號的波形示意圖；圖6繪示根據本發明的第三實施例中一種開關驅動電路的功能方塊圖；以及圖7繪示根據第三實施例中開關驅動電路及其抗干擾模塊的電路示意圖。主要組件符號說明
本發明100, 300, 500 :開關驅動電路120 :脈寬調制單元320, 520 :信號處理電路140, 340, 540 :脈沖變壓器160, 340, 540 :抗干擾模塊162，362 :第一抗干擾電路562 :抗干擾電路164，364 :第二抗干擾電路564:阻抗匹配電路180:脈寬解調單元182 :設定重置閂鎖器190, 390, 590 :驅動功率放大單元200 :全控型功率開關DRin :驅動輸入訊號NPW1，NPW2 :正負窄脈寬訊號HFdrv :超高頻驅動信號DRout :驅動輸出訊號
具體實施例方式以下將以附圖揭露本發明的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中ー并說明。然而，應了解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化附圖起見，一些已知慣用的結構與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示。請參閱圖1，其繪示根據本發明的一第一實施例中ー種開關驅動電路100的功能方塊圖。如圖I所示，開關驅動電路100包含脈寬調制単元120、脈沖變壓器140、抗干擾模塊160、脈寬解調單元180以及驅動功率放大單元190。其中，開關驅動電路100耦接至一全控型功率開關200，開關驅動電路100接收ー驅動輸入信號DRin并轉換為驅動輸出信號DRout，驅動輸出信號DRout用以控制全控型功率開關200。于本發明的實施例中，全控型功率開關200可包含至少ー組絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor, IGBT)。其中，開關驅動電路100通過脈沖變壓器140在驅動輸入信號DRin與驅動輸出信號DRout之間進行磁隔離,避免驅動輸入信號DRin與驅動輸出信號DRout之間相互影響。請ー并參閱圖2以及圖3，圖2繪示根據第一實施例中開關驅動電路100及其抗干擾模塊160的電路示意圖，圖3繪示根據第一實施例中開關驅動電路100中各信號的波形示意圖。如圖I與圖3所示，脈寬調制單元120用以將驅動輸入信號DRin轉換為正負窄脈沖信號(如圖3所示的理想情況下的正負窄脈沖信號NPW1)。于此實施例中，驅動輸入信號DRin為脈寬調變型(pulse-width modulation, PWM)信號，理想情況下(即當驅動輸入信號DRin不具有干擾雜訊NI時)，脈寬調制單元120將脈寬調變型的驅動輸入信號DRin轉換成正負窄脈沖信號NPW1，其中正負窄脈沖信號NPWl包含多個正脈沖(如圖3中的正脈沖PI, P3, P5)以及多個負脈沖(如圖3中的負脈沖P2, P4, P6)，該多個正脈沖(PI, P3, P5)分別對應驅動輸入信號DRin的多個上升緣(rising edge)，該多個負脈沖(P2，P4, P6)分別對應驅動輸入信號DRin的多個下降緣(falling edge)，如圖3所示。
脈沖變壓器140具有一次側(primary side)以及二次側(secondary side)。脈寬調制単元120轉換完成的正負窄脈沖信號NPWl傳送至脈沖變壓器140的一次側，并經過脈沖變壓器140傳遞至二次側。抗干擾模塊160耦接至脈沖變壓器140的二次側，抗干擾模塊160用以濾除該多個正脈沖以及該多個負脈沖的脈沖幅度未達一有效閾值者，例如，于圖3的實施例中，當變壓器副邊在整個電路工作過程中，存在電壓幅值較小的干擾信號時，若其幅值為達抗干擾模塊160所設定的有效閾值時，抗干擾模塊160可將對應干擾雜訊進行濾除，借此達到抗干擾的效果。隨后，脈寬解調單元180耦接至抗干擾模塊160，并用以將過濾后的正負窄脈沖信號轉換為驅動輸出信號DRout，于此實施例中，驅動輸出信號DRout亦可為脈寬調變型的驅動信號。接著，由耦接于脈寬解調單元180與全控型功率開關200之間的驅動功率放大單元190對驅動輸出信號DRout進行功率放大，并傳送到全控型功率開關200。在真實應用情況下，驅動輸入信號DRin上可能存在電壓波幅較小的干擾雜訊NI，此時脈寬調制単元120轉換驅動輸入信號DRin為圖3中所示真實應用下的正負窄脈沖信號NPW2。正負窄脈沖信號NPW2包含多個正脈沖以及多個負脈沖，除了正常的正脈沖PI, P3, P5與負脈沖P2，P4, P6，還包含了因干擾雜訊NI而產生的正脈沖P7以及負脈沖P8。于第一實施例中，抗干擾模塊160包含第一抗干擾電路162以及第ニ抗干擾電路164分別對應正負窄脈沖信號NPW2中的正脈沖(PI, P3, P5, P7)與負脈沖(P2, P4, P6, P8)，進行用以濾除該多個正脈沖以及該多個負脈沖的脈沖幅度未達一有效閥值者(如正脈沖P7與負脈沖P8)實現抗干擾，并可抑制共模雜訊。詳細實施內容如下所述。此外，上述正脈沖P7與負脈沖P8并不限于因驅動輸入信號DRin上的干擾雜訊NI而產生。于另一例子中，即使當驅動輸入信號DRin上不存在干擾雜訊NI，在正負窄脈沖信號NPW2通過脈沖變壓器140的過程中亦可能產生部份的干擾使二次側輸出的正負窄脈沖信號NPW2存在上述的正脈沖P7與負脈沖P8，也就是說，本案的抗干擾模塊160可濾除正負窄脈沖信號NPW2中未達有效閾值者。如圖2所示，于第一實施例中抗干擾模塊160包含第一抗干擾電路162以及第二抗干擾電路164，第一抗干擾電路162以及第二抗干擾電路164各自分別耦接至脈沖變壓器140的二次側的正極性端以及負極性端。第一抗干擾電路162與第二抗干擾電路164各自包含比較器(163，165)、第一電阻(Rla, Rlb)、第二電阻(R2a，R2b)以及第三電阻(R3a，R3b)。第一抗干擾電路162與第二抗干擾電路164架構大致上具有對應關系，以下為說明簡便，以第一抗干擾電路162為例。于第一抗干擾電路162中，比較器163具有正輸入端以及負輸入端。第一電阻Rla率禹接于比較器163的正輸入端與供電電壓+Vcc2之間。第二電阻R2a f禹接于比較器163的正輸入端與一接地端之間。第一電阻Rla與第二電阻R2a可形成一分壓電路,將供電電壓+Vcc2分壓結果輸入至比較器163的正輸入端。第三電阻R3a耦接于比較器163的負輸入端與接地端之間。此外，第一抗干擾電路162還包含第四電阻R4a以及第五電阻R5a。第四電阻R4a 耦接于比較器163的正輸入端與脈沖變壓器140的二次側的負極性端之間。第五電阻R5a耦接于比較器163的負輸入端與脈沖變壓器140的二次側的正極性端之間。于ー較佳實施例中，第一電阻Rla與第二電阻R2a的并聯阻值大致等于第三電阻R3a的阻值，同時，第四電阻R4a的阻值大致等于第五電阻R5a的阻值。如此ー來，對脈沖變壓器140的二次側的正/負極性端而言，在第一抗干擾電路162所產生的各種阻抗對正極性端(Rla Il R2a+R4a)與負極性端(R3a+R5a)為均等，借此完成阻抗匹配達到共模抑制的效果。另一方面,第二抗干擾電路164包含比較器165、第一電阻Rib、第二電阻R2b以及第三電阻R3b，其連接架構大致與第一抗干擾電路相似或對稱。于第二抗干擾電路中，比較器165的正輸入端耦接至二次側的正極性端且負輸入端耦接至二次側的負極性端，第二抗干擾電路164還包含第四電阻R4b以及第五電阻R5b。第四電阻R4b耦接于比較器165的正輸入端與二次側的正極性端之間。第五電阻R5b耦接于比較器165的負輸入端與二次側的負極性端之間。于ー較佳實施例中，第一電阻Rlb與第二電阻R2b的并聯阻值大致等于第三電阻R3b的阻值，同時，第四電阻R4b的阻值大致等于第五電阻R5b的阻值。如此ー來，對脈沖變壓器140的二次側的正/負極性端而言，在第二抗干擾電路164所產生的各種阻抗對正極性端(Rib Il R2b+R4b)與負極性端(R3b+R5b)為均等，借此完成阻抗匹配達到共模抑制的效果。于此實施例中，第一抗干擾電路162與第二抗干擾電路164中的各個對應的電阻元件可更進一歩具有相同或等比例的電阻值，以增進阻抗匹配效果。須補充的是，本實施例中二次側所使用的供電電壓+Vcc2可相異于一次側所使用的供電電壓+Vccl。請參見圖2與圖3，于此實施例中脈寬解調單元180可包含具有置位和復位功能的邏輯芯片182，該邏輯芯片182包含置位輸入端(S端)以及復位輸入端(R端)，第一抗干擾電路162的比較器163的輸出端耦接至置位輸入端(S端)，第二抗干擾電路164的比較器165的輸出端I禹接至復位輸入端(R端)。如圖3中的時間點Tl，即驅動輸入信號DRin處于上升緣時，正負窄脈沖信號NPW2形成正脈沖P1，此時，從二次側的正極性端經經R5a和R3a阻抗分壓(電壓準位Vb)后接至比較器163的負輸入端，當幅值高于設定的有效閾值(即電壓準位Va)吋，比較器翻轉輸出有效信號。于此例中，比較器163的輸出端隨后由高準位變換至低準位，該邏輯芯片182的設定輸入端(S端)，進而使驅動輸出信號DRout切換至高準位。有效閾值的大小可透過第ー電阻Rla與第二電阻R2a的分壓結果來調整。比較器的輸入端接法也可以互換，對應的將邏輯芯片182換為輸入有效電平相反的具有置位和復位功能的邏輯芯片。如圖3中的時間點T2,即驅動輸入信號DRin處于下降緣時,正負窄脈沖信號NPW2形成負脈沖P2，此時，第二抗干擾電路164作動，負脈沖P2改變電壓準位Vd，從二次側的負極性端經R5b和R3b阻抗分壓(電壓準位Vd)后，接于比較器165的負輸入端，當幅值高于設定的有效閾值(即電壓準位Vc)吋，比較器翻轉輸出有效信號。于此例中，比較器165的輸出端隨后由高準位變換至低準位，具有置位和復位功能的邏輯芯片182的復位輸入端(R端)，進而使驅動輸出信號DRout切換至低準位。有效閾值(即電壓準位Vc)的大小可透過第一電阻Rlb與第二電阻R2b的分壓結果來調整。當驅動輸入信號DRin上存在電壓波幅較小的干擾雜訊NI (或是，在正負窄脈沖信號NPW2通過脈沖變壓器140的過程中亦可能產生部份的干擾使二次側輸出的正負窄脈沖信號NPW2存在上述的正脈沖P7與負脈沖P8)，此時，第一抗干擾電路162中電壓準位Vb的 幅值未達設定的有效閾值(即電壓準位Va)，且第二抗干擾電路164中電壓準位Vd的幅值未達設定的有效閾值(即電壓準位Vc)，即當Vb〈Va且VcKVc時，比較器163，165即不翻轉，借此將電壓波幅較小的正/負脈沖P7，P8視為干擾信號加以濾除，進而實現抗干擾的效果。如上述實施例中，抗干擾模塊160中的第一抗干擾電路162以及第ニ抗干擾電路164可分別對應驅動輸入信號DRin的上升緣與下降緣作動，并可濾除未達有效閾值的干擾雜訊，且于此實施例中，第一抗干擾電路162以及第ニ抗干擾電路164具有阻抗匹配的設計，可實現抗干擾與抑制共模雜訊的效果。當功率器件開通關斷時會伴隨有較大的電壓跳變，因電路的寄生電容存在，將會引起一定的共模電流。此實施例中正極性端[(Rlb|R2b)+R4b]阻值與負極性端(R3b+R5b)阻值相等，因此共模電流產生的加于比較器正輸入端和負輸入端的共模電壓相等，不會轉化為差模電壓而使得比較器誤翻轉，實現了良好的共模抑制能力。請參閱圖4以及圖5，圖4根據本發明的第二實施例中ー種開關驅動電路300的功能方塊圖。圖5繪示根據第二實施例中開關驅動電路300中各信號的波形示意圖。隨著半導體技術的發展，功率器件的開關特性必然會有很大的進步，其工作頻率會很聞，這時對應的驅動控制"[目號的頻率也有可能提聞。驅動控制"[目號為超聞頻的驅動輸入信號時，超高頻的驅動輸入信號對應的最大占空比(如圖5中的Dmax)的脈寬非常小，磁芯傳遞技術及同樣的抗干擾電路也可實現超高頻信號的傳遞與功率器件的驅動，如第二實施例中的開關驅動電路300。如圖4所示，根據本發明的第二實施例中開關驅動電路300包含信號處理電路320、脈沖變壓器340、抗干擾模塊360以及驅動功率放大單元390。信號處理電路320用以對超聞頻的驅動輸入"[目號DRin進行驅動能力放大，輸出具有一定驅動能力的超聞頻驅動信號HFdrv。脈沖變壓器340具有一次側以及二次側，一次側耦接至信號處理電路320，超高頻驅動信號HFdrv經脈沖變壓器340傳遞至二次側。抗干擾模塊360耦接至二次側。如圖5所示，超高頻驅動信號HFdrv包含多個脈沖(于此實施例中為正脈沖P9, P10, Pll)，該抗干擾模塊用以濾除該多脈沖的脈沖幅度未達一有效閾值者(如圖5中濾除正脈沖Pio)。驅動功率放大單元390耦接于抗干擾模塊360與該全控型功率開關200之間。于第二實施例中，抗干擾模塊360中包含第一抗干擾電路362以及第ニ抗干擾電路364，用以實現抗干擾以及抑制共模雜訊的效果。關于第二實施例中第一抗干擾電路362以及第ニ抗干擾電路364的內部架構可相似于第一實施例中第一抗干擾電路162以及第二抗干擾電路164(如圖2所示)，可參見圖2及其詳細說明，在此不另贅述。此外，于圖4與圖5的第二實施例中，因超高頻驅動信號HFdrv僅具有正向的脈沖波形，因此，主要偏重于利用抗干擾模塊360中包含第一抗干擾電路362的作動。第二抗干擾電路364的存在主要僅為了實現阻抗匹配的效果。因此，請參閱圖6以及圖7，圖6根據本發明的第三實施例中ー種開關驅動電路500的功能方塊圖。圖7繪示根據第三實施例中開關驅動電路500及其抗干擾模塊560的電路不意圖。
于第三實施例中，開關驅動電路500包含信號處理電路520、脈沖變壓器540、抗干擾模塊560以及驅動功率放大單元590，具體架構與第二實施例大致相同。不同之處在于，第三實施例中抗干擾模塊560中包含抗干擾電路562以及阻抗匹配電路564。如圖7所不,第三實施例中抗干擾電路562包含比較器563、第一電阻Rla、第ニ電阻R2a、第三電阻R3a、第四電阻R4a以及第五電阻R5a。抗干擾電路562的內部元件連接關系與作動原理與第一實施例中的第一抗干擾電路162相似,可參考相關段落及圖2,在此不另贅述。須補充說明的是，第三實施例中抗干擾模塊560中具有阻抗匹配電路564，阻抗匹配電路564的目的在于匹配抗干擾電路562的阻抗。因此，阻抗匹配電路564不必具備有比較器，僅須設置對應的電阻器以配合抗干擾電路562的阻抗，例如圖7中阻抗匹配電路564的第一電阻Rib、第二電阻R2b、第三電阻R3b、第四電阻R4b以及第五電阻R5b，但阻抗匹配的實現方式有很多，本發明并不以此電阻排列方式為限。綜上所述，本發明提出了一種基于磁隔離傳遞技術實現抗干擾及共模噪聲抑制的開關驅動電路，適用于驅動全控型功率開關元件。本發明的開關驅動電路傳輸延時短，不受控制信號的頻率和脈寬限制，并同時具有抗干擾及共模噪聲抑制電路，以提高抗干擾能力。另外相對光纖而言，以脈沖變壓器驅動方式在高壓大功率應用中具有高穩定性且為低成本。雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視所附的權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
1.ー種開關驅動電路，其特征在干，用以驅動一全控型功率開關，該開關驅動電路包含: 一脈寬調制單兀，用以將ー驅動輸入信號轉換為一正負窄脈沖信號； ー脈沖變壓器，具有一一次側以及一二次側，該一次側耦接至該脈寬調制單元，該正負窄脈沖信號經該脈沖變壓器傳遞至該二次側； ー抗干擾模塊，耦接至該二次側，該正負窄脈沖信號包含多個正脈沖以及多個負脈沖，該抗干擾模塊用以濾除該多個正脈沖以及該多個負脈沖的脈沖幅度未達一有效閾值者，同時可抑制在全控型功率開關開通和關斷瞬間的高電壓跳變所產生的共模噪聲。
ー脈寬解調單元，耦接至該抗干擾模塊，用以將過濾后的該正負窄脈沖信號轉換為一驅動輸出信號；以及 一驅動功率放大單元，耦接于該脈寬解調單元與該全控型功率開關之間。
2.根據權利要求I所述的開關驅動電路，其特征在于，該抗干擾模塊包含一第一抗干擾電路以及ー第二抗干擾電路，各自分別耦接至該二次側的一正極性端以及ー負極性端，其中該第一抗干擾電路與該第二抗干擾電路各自包含 ー比較器，具有一正輸入端以及ー負輸入端； 一第一電阻，稱接于該正輸入端與一供電電壓之間； 一第二電阻，耦接于該正輸入端與一接地端之間；以及 一第三電阻，耦接于該負輸入端與該接地端之間， 其中，于該第一抗干擾電路中該比較器的該負輸入端耦接至該正極性端且該正輸入端耦接至該負極性端，于該第二抗干擾電路中該比較器的該正輸入端耦接至該正極性端且該負輸入端耦接至該負極性端。
3.根據權利要求2所述的開關驅動電路，其特征在于，該第一電阻與該第二電阻的并聯阻值大致等于該第三電阻的阻值。
4.根據權利要求2所述的開關驅動電路，其特征在于，該第一抗干擾電路還包含 一第四電阻，耦接于該第一抗干擾電路中該比較器的該正輸入端與該負極性端之間；以及 一第五電阻，稱接于該第一抗干擾電路中該比較器的該負輸入端與該正極性端之間，該第四電阻的阻值大致等于該第五電阻的阻值。
5.根據權利要求2所述的開關驅動電路，其特征在于，該第二抗干擾電路還包含 一第四電阻，耦接于該第二抗干擾電路中該比較器的該正輸入端與該正極性端之間；以及 一第五電阻，耦接于該第二抗干擾電路中該比較器的該負輸入端與該負極性端之間，該第四電阻的阻值大致等于該第五電阻的阻值。
6.根據權利要求2所述的開關驅動電路，其特征在干，該脈寬解調單元包含一具有置位和復位功能的邏輯芯片，該邏輯芯片包含一置位輸入端以及ー復位輸入端，該第一抗干擾電路的該比較器的ー輸出端耦接至該置位輸入端，該第二抗干擾電路的該比較器的ー輸出端耦接至該復位輸入端。
7.根據權利要求I所述的開關驅動電路，其特征在于，該驅動輸入信號與該驅動輸出信號分別為ー脈寬調變型信號，該窄脈寬信號的該多個正脈沖分別對應該驅動輸入信號或該驅動輸出信號的多個上升緣，該窄脈寬信號的該多個負脈沖分別對應該驅動輸入信號或該驅動輸出信號的多個下降緣。
8.ー種開關驅動電路，其特征在干，用以驅動一全控型功率開關，該開關驅動電路包含 一信號處理電路，用以將ー超高頻的驅動輸入信號進行驅動能力放大產生一超高頻驅動信號； ー脈沖變壓器，具有一一次側以及一二次側，該一次側耦接至該信號處理電路，該超高頻驅動信號經該脈沖變壓器傳遞至該二次側； 一抗干擾模塊，耦接至該二次側，該超高頻驅動信號包含多個脈沖，該抗干擾模塊用以濾除該多脈沖的脈沖幅度未達一有效閥值者；以及 一驅動功率放大單元，耦接于該抗干擾模塊與該全控型功率開關之間。
9.根據權利要求8所述的開關驅動電路，其特征在于，該抗干擾模塊包含一第一抗干擾電路以及ー第二抗干擾電路，各自分別耦接至該二次側的一正極性端以及ー負極性端，其中該第一抗干擾電路與該第二抗干擾電路各自包含 ー比較器，具有一正輸入端以及ー負輸入端； 一第一電阻，稱接于該正輸入端與一系統電壓之間； 一第二電阻，稱接于該正輸入端與一接地端之間； 一第三電阻，耦接于該負輸入端與該接地端之間； 一第四電阻，耦接于該正輸入端與該負極性端之間；以及 一第五電阻，耦接于該負輸入端與該正極性端之間； 其中，該第一電阻與該第二電阻的并聯阻值大致等于該第三電阻的阻值，該第四電阻的阻值大致等于該第五電阻的阻值于該第一抗干擾電路中該比較器的該負輸入端耦接至該正極性端且該正輸入端耦接至該負極性端，于該第二抗干擾電路中該比較器的該正輸入端耦接至該正極性端且該負輸入端耦接至該負極性端。
10.根據權利要求8所述的開關驅動電路，其特征在于，該抗干擾模塊包含ー抗干擾電路以及一阻抗匹配電路，各自分別耦接至該二次側的一正極性端以及ー負極性端，該阻抗匹配電路用以匹配該抗干擾電路的阻抗，其中該抗干擾電路包含 ー比較器，具有一正輸入端以及ー負輸入端，該負輸入端耦接至該正極性端且該正輸入端耦接至該負極性端； 一第一電阻，稱接于該正輸入端與一供電電壓之間； 一第二電阻，稱接于該正輸入端與一接地端之間； 一第三電阻，耦接于該負輸入端與該接地端之間； 一第四電阻，耦接于該正輸入端與該負極性端之間；以及 一第五電阻，稱接于該負輸入端與該正極性端之間；該第一電阻與該第二電阻的并聯阻值大致等于該第三電阻的阻值，該第四電阻的阻值大致等于該第五電阻的阻值。
全文摘要
一種開關驅動電路用以驅動一全控型功率開關，該開關驅動電路包含脈寬調制單元、脈沖變壓器、抗干擾模塊、脈寬解調單元以及驅動功率放大單元。脈寬調制單元用以將一驅動輸入信號轉換為一正負窄脈沖信號。脈沖變壓器的一次側耦接至該脈寬調制單元，該正負窄脈沖信號經該脈沖變壓器傳遞至二次側。抗干擾模塊耦接至二次側，正負窄脈沖信號包含多個正脈沖以及多個負脈沖，該抗干擾模塊用以濾除正脈沖以及負脈沖的脈沖幅度未達一有效閾值者，同時可抑制在全控型功率開關開通和關斷瞬間的高電壓跳變所產生的共模噪聲。脈寬解調單元用以將過濾后的該正負窄脈沖信號轉換為一驅動輸出信號。
文檔編號H03K17/16GK102832917SQ201210298849
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月21日 優先權日2012年8月21日
發明者王明, 付煒亮, 叢慶, 應建平, 張兵 申請人:臺達電子工業股份有限公司