專利名稱：：一種提高開關(guān)電源工作可靠性的保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及開關(guān)電源關(guān)鍵技術(shù)中驅(qū)動部分和功率開關(guān)電路模塊可靠性的技術(shù)方法，具體地說就是為大功率及超大功率開關(guān)電源驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊設(shè)計提供一種低成本且高可靠性的保護方法，以保證開關(guān)電源在復(fù)雜環(huán)境中可靠地工作。本發(fā)明適用于橋式開關(guān)電源電路設(shè)計。
背景技術(shù)：
：在開關(guān)電源電路設(shè)計中，驅(qū)動電路設(shè)計的好壞對開關(guān)電源的可靠性起著決定性作用。在中小功率輸出的開關(guān)電源中，一般情況下通用的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊能保證電源可靠地工作。此時電路設(shè)計需要注意的是選擇合適的驅(qū)動功率。但在大功率開關(guān)電源及超大功率開關(guān)電源中，隨著工作電流的加大，各種電磁干擾加劇，整機可靠性逐漸降低。其中的一種情況是，電源模塊中產(chǎn)生誤驅(qū)動脈沖，而功率模塊常常被誤驅(qū)動脈沖驅(qū)動。大功率開關(guān)電源一般都需要采用開關(guān)電源技術(shù)中常用的半橋或全橋電路結(jié)構(gòu)，以滿足輸出功率要求。另外在這種橋式電路結(jié)構(gòu)中，移相軟開關(guān)橋式電路是最常被采用的。橋式電路為了提高電源的輸出效率，上下臂之間換流的死區(qū)時間設(shè)計的必須盡可能地短。依靠調(diào)脈寬來控制輸出電壓的橋式電路，死區(qū)不是固定的，只有在最高輸出電壓時死區(qū)時間才是最小的。依靠調(diào)相來控制輸出電壓的橋式電路，死區(qū)一般是固定的，任何時候，死區(qū)都保持一個可能的最小值。這樣橋臂上的死區(qū)時間都是很短的，如果誤驅(qū)動脈沖在這個很短的死區(qū)時間內(nèi)產(chǎn)生，通常會引起橋式電路中上下兩個功率管同時直通，導(dǎo)致貯能大電容短路，電源一次側(cè)短路，功率管發(fā)生爆炸，同時引起電網(wǎng)短路，危害極大一般的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊在大功率或超大功率電源中可能產(chǎn)生的誤驅(qū)動脈沖，根據(jù)申請人的實測總結(jié)，主要分為以下三類第一類正常驅(qū)動脈沖前出現(xiàn)的誤驅(qū)動脈沖。從產(chǎn)生原因看是其中一個功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷是對另一個功率管造成干擾產(chǎn)生誤驅(qū)動脈沖所致，如圖2所示。第二類正常驅(qū)動脈沖前沿出現(xiàn)小的凸起，并逐漸抬升，將原來的驅(qū)動脈沖加寬。從產(chǎn)生原因看是大電流長時間工作所致。如圖3所示。第三類正常驅(qū)動脈沖結(jié)束后出現(xiàn)的驅(qū)動脈沖。產(chǎn)生的原因和第一類的誤驅(qū)動脈沖類似。如圖4和圖5所示。另外，通過采集大功率或超大功率電源橋臂的功率管飽和壓降的方法，也有缺點。這種檢測方法是通過串聯(lián)快恢復(fù)二極管來檢測橋式電路模塊中功率管的漏極(或集電極)到源級(或發(fā)射極)的飽和壓降來實現(xiàn)的。在功率管開關(guān)的過程中。漏極(或集電極)到源級(或發(fā)射極)的壓降會發(fā)生很快的變化。橋式電路模塊給負載供電的其中一對工作在推挽方式的功率管，當(dāng)其中一個功率管在關(guān)斷的過程中，另外一個功率管的壓降將從電源電壓迅速變化到零伏左右。同樣與功率管漏極(或集電極)相連的用于檢測飽和壓降的二極管兩端的電壓也會發(fā)生同樣的變化。由于此二極管具有結(jié)電容，使得驅(qū)動模塊端口出現(xiàn)一個很大幅度的負脈沖，參見圖6，這種幅度的負壓會引起驅(qū)動模塊的誤動作，也是產(chǎn)生誤驅(qū)動脈沖，造成電源短路的重要原因。
發(fā)明內(nèi)容針對大功率或超大功率電源工作時容易產(chǎn)生誤驅(qū)動脈沖的問題，本發(fā)明的目的在于，為大功率及超大功率開關(guān)電源驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊設(shè)計提供一種低成本且高可靠性的保護方法，以提高大功率及超大功率電源工作時的可靠性。本發(fā)明提出的保護方法主要是基于目前市場上較容易購買的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊進行設(shè)計和改造。以降低大功率及超大功率電源驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊更改成本。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種提高開關(guān)電源工作可靠性的保護方法，其特征在于，該方法在橋式電路模塊的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊增加了提高驅(qū)動可靠性模塊，該提高驅(qū)動可靠性模塊對于常見的三種類型的脈沖進行不同的處理；所述的三種類型的脈沖是第一類正常驅(qū)動脈沖前出現(xiàn)的誤驅(qū)動脈沖；第二類正常驅(qū)動脈沖前沿出現(xiàn)小的凸起，并逐漸抬升，將原來的驅(qū)動脈沖加寬；第三類正常驅(qū)動脈沖結(jié)束后出現(xiàn)新的驅(qū)動脈沖；其處理方法分別如下對于第一類，提高驅(qū)動可靠性模塊采取并聯(lián)肖特基二極管，它與驅(qū)動模塊并聯(lián)，肖特基二極管的陰極連接在驅(qū)動模塊的飽和壓降檢測端，陽極連接在驅(qū)動模塊的另一個端口，這個端口連接功率開關(guān)管的源極，即發(fā)射極，用于鉗制飽和壓降檢測端口的電壓，抑制在此處出現(xiàn)很大幅度的負脈沖，避免橋式電路模塊中處于推挽工作模式的兩個功率管同時導(dǎo)通；對于第二類，提高驅(qū)動可靠性模塊在并聯(lián)肖特基二極管的基礎(chǔ)上引入電阻和電容的濾波回路，其中，電阻位于驅(qū)動模塊的飽和壓降檢測端與飽和壓降檢測二極管的陽極之間，電容的安裝位置與肖特基二極管安裝位置相同，它和肖特基二極管一起并聯(lián)連接在驅(qū)動模塊兩端；使得橋式電路模塊中處于推挽工作模式的兩個功率管在死區(qū)附近，對干擾信號不敏感，從而避免功率管誤驅(qū)動；對于第三類，提高驅(qū)動可靠性模塊采用降低從驅(qū)動模塊到功率開關(guān)電路模塊回路電感以及驅(qū)動模塊內(nèi)部電感的方法來解決。本發(fā)明所提出的提高開關(guān)電源工作可靠性的方法，具有以下顯著特點-1)該方法能有效地抑制大功率及超大功率電源工作時產(chǎn)生的誤驅(qū)動脈沖，大大延長功率管的使用壽命，提高電源的可靠性。2)該方法可以基于一般的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊進行改造處理，該方法簡單易行，大幅降低了大功率及超大功率電源高可靠性的設(shè)計成本。圖1是與本發(fā)明相關(guān)的橋式電路示意圖。圖2是與本發(fā)明相關(guān)的正常驅(qū)動脈沖前出現(xiàn)的誤驅(qū)動脈沖波形。圖3是與本發(fā)明相關(guān)的正常驅(qū)動脈沖前沿被逐漸抬升后出現(xiàn)的加寬的誤驅(qū)動脈沖波形；圖4是與本發(fā)明相關(guān)的正常驅(qū)動脈沖結(jié)束后出現(xiàn)的誤驅(qū)動脈沖波形。圖5是與本發(fā)明相關(guān)的正常驅(qū)動脈沖結(jié)束后出現(xiàn)的誤驅(qū)動脈沖(即圖4的放大圖)。圖6是與本發(fā)明相關(guān)的驅(qū)動模塊功率管飽和壓降檢測端口出現(xiàn)很大幅度的負脈沖；其中，波形1為驅(qū)動脈沖，波形2為功率管飽和壓降檢測波形。圖7是傳統(tǒng)的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊組成示意圖；圖8是對圖7改進的示意圖。圖9是提高驅(qū)動可靠性模塊的一個實際電路示意圖。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步地詳細描述。具體實施例方式為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，首先介紹本發(fā)明涉及開關(guān)電源的其中一種有關(guān)的工作系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由五個部分組成。如圖l所示，包括四個橋式電路模塊A、B、C、D，一個工作負載。四個橋式電路模塊A，B，C，D具有相同的電路結(jié)構(gòu)，每個模塊又都是由驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊組成(參見圖7)。驅(qū)動模塊的主要作用在于按照開關(guān)的電源的時序要求，產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，驅(qū)動功率開關(guān)電路模塊處于工作或截止狀態(tài)。而功率開關(guān)電路模塊中的開關(guān)管將依照時序進行工作。對于不同功率的開關(guān)電源，開關(guān)管的選擇，要求具有不同的功率大小，以滿足大功率或超大功率開關(guān)電源功率的要求。這四個橋式模塊的結(jié)構(gòu)雖然相同，但是在工作方式上，必須滿足開關(guān)電源嚴格的時序關(guān)系。其中橋式電路模塊A，B具有相同的工作方式，而橋式電路模塊C，D具有相同的工作方式，當(dāng)橋式電路模塊A、C為工作負載供電時，橋式電路模塊B、D必須處于關(guān)閉狀態(tài)；反之也一樣，目的就是為了防止電源對地短路。就是這個四個橋式電路模塊工作過程中，由于開關(guān)電源的工作頻率高，功率大等原因，造成整機內(nèi)部干擾非常嚴重，雖然在這些大功率及超大功率開關(guān)電源的入口電源處添加了防電磁干擾的濾波器電路，大大抑制了共模和差模噪聲，但是內(nèi)部的干擾還是存在的，容易產(chǎn)生誤驅(qū)動脈沖。為此，申請人對橋式電路模塊的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊進行了一些電路改造，增加了一個提高驅(qū)動可靠性模塊，如圖8所示，驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊是前面提到的橋式電路模塊的組成部分，它們按照開關(guān)電源的時序要求，為工作負載提供電源或處于截止狀態(tài)。而提高驅(qū)動可靠性模塊則是為抑制誤驅(qū)動脈沖添加的處理電路。這個電路專門針對前面提到的幾種誤驅(qū)動脈沖進行處理對于第一類誤驅(qū)動脈沖，提高驅(qū)動可靠性模塊里設(shè)置有肖特基二極管，它與驅(qū)動模塊并聯(lián)，肖特基二極管的陰極連接在驅(qū)動模塊的飽和壓降檢測端(驅(qū)動模塊的一個端口)，陽極連接在驅(qū)動模塊的另一個端口，這個端口連接功率開關(guān)管的源極(發(fā)射極)，目的是為了鉗制飽和壓降檢測端口的電壓，抑制在此處出現(xiàn)很大幅度的負脈沖。肖特基二極管在選型上要求恢復(fù)時間短，同時要求正向壓降低。對于第二類誤驅(qū)動脈沖，提高驅(qū)動可靠性模塊在并聯(lián)肖特基二極管的基礎(chǔ)上引入電阻和電容的濾波回路，圖9給出了提高驅(qū)動可靠性模塊解決第二類誤驅(qū)動脈沖的一個實際電路示意圖，在該電路中，電阻和電容將發(fā)揮抑制作用，電阻位于驅(qū)動模塊的飽和壓降檢測端與飽和壓降檢測二極管的陽極之間。電容的安裝位置與肖特基二極管安裝位置相同，它和肖特基二極管一起并聯(lián)連接在驅(qū)動模塊兩端。電阻和電容的取值需要參考誤驅(qū)動脈沖的周期寬度，本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，電阻和電容的乘積是時間，在設(shè)置電阻和電容的值時，就可以根據(jù)電阻和電容的乘積等于誤驅(qū)動脈沖的時間寬度來選擇。只要設(shè)定其中一個(電阻或電容)值，另一個(電容或電阻)的值也就確定了。對于第三類誤驅(qū)動脈沖，可以采取減小電感的方式來解決，這里需要注意，減小電感不但要減小驅(qū)動模塊到功率開關(guān)電路模塊的電感，也要減小功率開關(guān)電路模塊內(nèi)部的電感，由于開關(guān)電源為了縮小整機的體積，常常工作在高頻模式，這種模式下的寄生電感效應(yīng)非常明顯，必須要減小它們對電源的影響，通常采取縮短驅(qū)動模塊到功率開關(guān)電路模塊連線的方式來減少電感，但在大功率開關(guān)電源及超大功率開關(guān)電源實際工程中，受結(jié)構(gòu)制約，連線不可能縮的很短。本發(fā)明采取在驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊之間并聯(lián)電感量非常小的導(dǎo)線或銅排的方式來較少電感。特別是此并聯(lián)線中從驅(qū)動模塊到功率開關(guān)管的驅(qū)動源極(發(fā)射極)的導(dǎo)線是直接連接在功率開關(guān)模塊的源極(發(fā)射極)的管腳上的而不是連接到功率開關(guān)模塊的驅(qū)動引出端的。在一般的大功率開關(guān)電源及超大功率開關(guān)電源中，這幾種方法常常同時采用，對抑制誤驅(qū)動脈沖能起到非常好的效果。四個橋式電路模塊的處理方法完全相同。本發(fā)明實現(xiàn)后，申請人就本發(fā)明的相關(guān)內(nèi)容進行了文獻檢索，具體檢索的內(nèi)容如下一、國內(nèi)專利檢索部分1、主題詞開關(guān)電源驅(qū)動，共檢索到5篇，其中相關(guān)內(nèi)容3篇摘錄如下序號專利號
專利名稱：簡評<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>2.主題詞errordriver,共檢索到21篇，其中相關(guān)內(nèi)容l篇摘錄如下<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>綜上所述，本發(fā)明所提出的提高開關(guān)電源工作可靠性的方法，對于一般的大功率開關(guān)電源及超大功率的開關(guān)電源中的幾類誤驅(qū)動脈沖具有非常有效的抑制作用。本方法簡單易行，可以基于一般的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊進行改造，增加提高驅(qū)動可靠性模塊，就可以抑制誤驅(qū)動脈沖，延長功率開關(guān)的使用壽命，大大降低了大功率開關(guān)電源及超大功率開關(guān)電源驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊的成本，提高了產(chǎn)品的競爭力。權(quán)利要求1、一種提高開關(guān)電源工作可靠性的保護方法，其特征在于，該方法在橋式電路模塊的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊增加了提高驅(qū)動可靠性模塊，該提高驅(qū)動可靠性模塊對于常見的三種類型的脈沖進行不同的處理；所述的三種類型的脈沖是第一類正常驅(qū)動脈沖前出現(xiàn)的誤驅(qū)動脈沖；第二類正常驅(qū)動脈沖前沿出現(xiàn)小的凸起，并逐漸抬升，將原來的驅(qū)動脈沖加寬；第三類正常驅(qū)動脈沖結(jié)束后出現(xiàn)新的驅(qū)動脈沖；其處理方法分別如下對于第一類，提高驅(qū)動可靠性模塊采取并聯(lián)肖特基二極管，它與驅(qū)動模塊并聯(lián)，肖特基二極管的陰極連接在驅(qū)動模塊的飽和壓降檢測端，陽極連接在驅(qū)動模塊的另一個端口，這個端口連接功率開關(guān)管的源極，即發(fā)射極，用于鉗制飽和壓降檢測端口的電壓，抑制在此處出現(xiàn)很大幅度的負脈沖，避免橋式電路模塊中處于推挽工作模式的兩個功率管同時導(dǎo)通；對于第二類，提高驅(qū)動可靠性模塊在并聯(lián)肖特基二極管的基礎(chǔ)上引入電阻和電容的濾波回路，其中，電阻位于驅(qū)動模塊的飽和壓降檢測端與飽和壓降檢測二極管的陽極之間，電容的安裝位置與肖特基二極管安裝位置相同，它和肖特基二極管一起并聯(lián)連接在驅(qū)動模塊兩端；使得橋式電路模塊中處于推挽工作模式的兩個功率管在死區(qū)附近，對干擾信號不敏感，從而避免功率管誤驅(qū)動；對于第三類，提高驅(qū)動可靠性模塊采用降低從驅(qū)動模塊到功率開關(guān)電路模塊回路電感以及驅(qū)動模塊內(nèi)部電感的方法來解決。2、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的肖特基二極管在選型上要求恢復(fù)時間短，同時要求正向壓降低。3、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的電阻和電容的濾波回路的電阻和電容的值根據(jù)電阻和電容的乘積等于誤驅(qū)動脈沖的時間寬度來選擇。4、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的降低從驅(qū)動模塊到功率開關(guān)電路模塊回路電感以及驅(qū)動模塊內(nèi)部電感的方法是，在驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊之間并聯(lián)電感量非常小的導(dǎo)線或銅排的方式來較少電感；且從驅(qū)動模塊到功率開關(guān)管的驅(qū)動源極的導(dǎo)線是直接連接在功率開關(guān)模塊的源極的管腳上的而不是連接到功率開關(guān)模塊的驅(qū)動引出端。全文摘要本發(fā)明公開了一種提高開關(guān)電源工作可靠性的保護方法，該方法對橋式電路模塊的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊增加了提高驅(qū)動可靠性模塊，對于第一類型的正常驅(qū)動脈沖前出現(xiàn)的誤驅(qū)動脈沖，第二類型的正常驅(qū)動脈沖前沿出現(xiàn)小的凸起，并逐漸抬升，將原來的驅(qū)動脈沖加寬，以及第三類型的正常驅(qū)動脈沖結(jié)束后出現(xiàn)的驅(qū)動脈沖，進行不同的處理；本方法簡單易行，可以基于一般的驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊進行改造，大大降低了大功率開關(guān)電源及超大功率開關(guān)電源驅(qū)動模塊和功率開關(guān)電路模塊的成本，提高了產(chǎn)品的競爭力。文檔編號H02M1/08GK101635503SQ20091002367公開日2010年1月27日申請日期2009年8月25日優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日發(fā)明者毛建華,豐王,曉蔡申請人:西安迅湃快速充電技術(shù)有限公司