推挽变换器的晶体管驱动控制方法及控制器技术

本发明专利技术涉及一种推挽变换器，特别涉及推挽变换器的晶体管驱动控制方法及其控制器。其中，一种推挽变换器的晶体管驱动控制器，适用于对两个推挽晶体管的驱动控制，包括准互补脉宽发生器，准互补脉宽发生器，产生两路准互补的时序信号,一路时序信号控制第一晶体管，另一路时序信号控制第二晶体管，来进行两个推挽晶体管的它激推挽式驱动控制。与现有技术相比，本发明专利技术在正常工作状态下，晶体管是充分导通的，不影响推挽变换器的工作效率。在刚启动时和变换器输出短路时，由于变压器原边绕组被嵌位而失去电感的作用，晶体管两端叠加较大的电压，这种状态被连续检测到就会进入保护状态，避免了在高电压大电流下被烧坏。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种推挽变换器，特别涉及推挽变换器的晶体管驱动控制方法及其控制器。
技术介绍
推挽式变换器电路结构简单，工作时变压器双向激磁，磁芯的利用率高，因此该变换器具有体积小、效率高且动态响应好的优点，在低电压输入、大电流输出以及输入输出需要电气隔离的场合被广泛应用。图1所示电路是现有技术中常见的一种自激推挽式变换器，其采用了ROYER电路结构，输入滤波电容C1连接于电压输入端Vin和地Gnd之间，对输入电压进行滤波，滤波后的输入电压接入由电阻R1和电容C2组成的软启动电路，电阻R1与电容C2串联后接地，电阻R1的两端分别与电压输入端Vin以及为两个推挽晶体管TR1、TR2基极提供正反馈的耦合变压器T1原边线圈Nb1和Nb2的中心抽头连接；两个推挽晶体管TR1、TR2的发射极共地，两个集电极分别与耦合变压器T1的原边线圈Np1和Np2的两个端头连接，基极连接至耦合变压器T1的原边线圈Nb1和Nb2的两个端头，原边线圈Np1和Np2中的中心抽头连接电压输入端Vin；输出整流二极管D1、D2的阳极分别与耦合变压器T1的副边线圈Ns1和Ns2的两个端头连接，其阴极连接至输出端Vo+，耦合变压器T1的副边线圈Ns1和Ns2的中心抽头连接至输出端Vo-，C3为输出滤波电容，其两端分别连接于输出端Vo+和Vo-之间。自激推挽式变换器利用三极管和磁芯的饱和特性实现自激振荡，当电源Vin接通时，由于软启动电路的作用，晶体管TR1和TR2的基极电压上升缓慢，此时推挽电路不会立即工作，其作用是为了避免启动瞬间输入滤波电容瞬时充电与推挽电路启动同时进行而导致较大的输入浪涌电流。当软启动电容C2的电压上升至晶体管TR1和TR2基极的开启电压时，晶体管TR1和TR2均获得正向偏置而趋于导通，但由于两晶体管之间存在一定的差异性，因此必定会有其中一个晶体管流过较大的电流。假设TR1流过的电流较大，其集电极电流Ic1流过耦合变压器T1的原边线圈Np1将使变压器磁芯磁化，在其他线圈中产生感应电动势，由变压器原理可知，此时原边线圈Nb2两端会感应出“上负下正”的电压，该电压与电源电压相同，从而使TR1获得更大的基极电流，TR1更趋于导通，同理，原边线圈Nb1两端同样感应出“上负下正”的电压，该电压与电源电压反向，抑制了TR2的导通，慢慢趋于截止。随着导通的时间延长，原边线圈Nb2的感应电动势将使TR1的集电极电流进一步增加，并使TR1很快达到饱和状态，此时晶体管TR1的导通压降下降至最低值，可认为输入电压Vin将全部加在原边线圈Np1的两端，因此流过原边绕组Np1的电流和由此产生的磁通也会线性增加。当耦合变压器T1的磁芯接近或达到其饱和值时，磁通变化率趋近于零,晶体管TR1集电极电流将急剧增加而产生电流尖峰，同时原边线圈Nb2上的感应电压下降，使晶体管TR1的基极电流减小，晶体管TR1退出饱和区从而进入至放大区，集电极电流迅速减少。此时，耦合变压器T1的所有绕组上的感应电压将反向，晶体管TR1将迅速从放大状态转变成截止状态，与此同时，从图1中各绕组同名端分析可知，耦合变压器T1的所有绕组上的感应电压反向后，刚好满足晶体管TR2迅速转入导通并饱和的条件。此工作过程不断重复进行，形成自激振荡。以上为现有技术自激推挽式变换器的基本工作原理，此电路的振荡频率是电源电压的函数，可表示为：式中：f为振荡频率，Bw为工作磁感应强度(T),N为线圈匝数，S为磁芯有效截面积。通常在实际应用中，其稳态工作下的自激振荡频率一般设置在300KHz以下。但是在现有技术中，自激推挽式变换器均存在有以下不足之处：1、启动过程出现高频振荡，且启动电流大。以图1为例，虽然现有技术方案有软启动功能，但只是做了延时处理，将启动瞬间给输入电容充电所需的能量和推挽电路启动过程所需能量分时进行，但本质上并无法解决推挽电路启动过程中启动电流大的问题。现有技术方案在启动时，由于输出电容初始电压为零，耦合变压器副边线圈Ns1和Ns2受输出电容电压的钳位，启动时电路不能进入正常的自激振荡状态，而是通过耦合变压器自身存在的漏感和寄生电容产生高频谐振，且谐振频率与晶体管的特征频率接近，导致启动瞬间晶体管TR1和TR2的集电极电流极大，电路设计时需要留有足够的余量，晶体管的可靠性难以保证。在公开号为CN102082526A、名称为《一种自激推挽式变换器》的中国专利技术专利公开说明书中，0013段至0016段中也阐述了现有技术在启动过程中存在主要缺点，且提出一种通过在晶体管TR1和TR2两集电极之间并联一个电容的方式来控制启动过程中的高频振荡问题。但实际应用时此电容不能设置太大，因此启动过程产生的振荡频率通常只能控制在1MHz以上。2、输出带容性负载能力差且短路保护功能的可靠性差。如果输出电容C3取值过大，在启动时，输出电容C3的初始电压为零，输出端相当于短路，耦合变压器的副边线圈因受输出电容的钳位而使电路无法进入正常的自激振荡状态，此时电路通过变压器自身存在的漏感和寄生电容产生高频谐振，受磁芯工作频率的限制，此过程耦合变压器的传输效率极低，输出端无法提供大电流让输出电容电压迅速上升。在轻负载条件下，会导致输出电压上升缓慢，启动时间长；而在负载较大时，则会出现启动不良的情况。输出短路保护是开关电源变换器的一项重要功能，短路保护产生的输入功耗将直接决定了整个系统的可靠性。自激推挽式变换器输出端短路的工作过程与上述输出带容性负载启动的过程基本相同，短路期间电路将工作在高频谐振状态，此时晶体管TR1和TR2的集电极会存在极大的工作电流，此电流会引起晶体管瞬时发热而损坏，影响整个电路的可靠性。在公开号为CN102710110A、名称为《一种自激推挽式变换器的短路保护方法》的中国专利技术专利公开说明书中，提出了现有自激推挽式变换器的短路保护实现方法，此技术主要通过调节变压器的漏感大小和增加启动电容的电容量使电路工作在间歇式的高频振荡状态，以减小短路保护过程中的输入平均功耗，提高电路的可靠性，其具体的工作原理在此就不再累述。但是，由于此方法需要根据实际情况对变压器的漏感进行调节，对变压器的制作要求较高，在大规模批量生产的情况下，会导致生产效率低，生产成本增加等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提高它激推挽变换器的可靠性，提出一种一套完整可靠的它激推挽变换器的晶体管驱动控制方法，使得变换器在异常状态下能进行有效的自我保护。相应的，本专利技术的另一个目的是为了提高它激推挽变换器的可靠性，还提出一种它激推挽变换器的晶体管驱动控制器。本专利技术提供的控制方法是：一种推挽变换器的晶体管驱动控制方法，适用于对两个推挽晶体管的驱动控制，所述晶体管驱动控制方法为它激推挽式驱动控制方法，它激推挽式驱动控制方法，是产生两路准互补的时序信号，一路时序信号控制第一个晶体管的开关，另一路时序信号控制第二个晶体管的开关。所述两路准互补控制信号是指两路时序信号在逻辑上相反，即一路处于有效电平时另一路处于无效电平，且它们处于有效电平的时间相同。两路有效电平之间有一小段时间它们同时处于无效电平。时序信号处于有效电平是对应晶体管开通的必要条件。在每个晶体管开通时检测它的导通压降，若导通压降大于设定值则控制器处于限流驱动状态，并且计数一次；若本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种推挽变换器的晶体管驱动控制器，适用于对两个推挽晶体管的驱动控制，其特征在于：包括准互补脉宽发生器，准互补脉宽发生器，产生两路准互补的时序信号,一路时序信号控制第一晶体管，另一路时序信号控制第二晶体管，来进行两个推挽晶体管的它激推挽式驱动控制。

【技术特征摘要】
1.一种推挽变换器的晶体管驱动控制器，适用于对两个推挽晶体管的驱动控制，其特征在于：包括准互补脉宽发生器，准互补脉宽发生器，产生两路准互补的时序信号,一路时序信号控制第一晶体管，另一路时序信号控制第二晶体管，来进行两个推挽晶体管的它激推挽式驱动控制。2.根据权利要求1所述的推挽变换器的晶体管驱动控制器，其特征在于：还包括检测驱动模块，在接收到准互补脉宽发生器的时序信号时，启动对晶体管的导通压降进行检测，并按照检测值的比较结果来进行晶体管的限流驱动\\充分驱动控制。3.根据权利要求2所述的推挽变换器的晶体管驱动控制器，其特征在于：所述检测驱动模块，在限流驱动状态，对其持续周期进行计数，并按照计数结果来进行晶体管限流驱动的保持/切换控制；切换限流驱动控制即进入保护模式控制，保护模式控制是停止准互补脉宽发生器的时序信号输出，即停止开启晶体管。4.根据权利要求3所述的推挽变换器的晶体管驱动控制器，其特征在于：所述检测驱动模块，在保护模式状态，对其停止时间进行计时，并按照计时结果来进行晶体管保护模式的保持/复位控制；复位则恢复准互补脉宽发生器的时序信号的输出。5.根据权利要求1-4中任一项所述的推挽变换器的晶体管驱动控制器，其特征在于：所述晶体管的限流驱动，是指提供给晶体管的驱动电量被限定得较低，以使晶体管处于限流工作状态。6.根据权利要求1-4中任一项所述的推挽变换器的晶体管驱动控制器，其特征在于：所述晶体管的充分驱动，是指提供给晶体管的驱动电量足够高，以使晶体管处于充分导通状态。7.根据权利要求2所述的推挽变换器的晶体管驱动控制器，其特征在于：所述检测驱动模块，包括第一驱动电路、第二驱动电路、驱动电源模块和输出短路检测与保护模块，检测驱动模块与准互补脉宽发生器的具体连接关系是，准互补脉宽发生器的第一端口、第二端口、第三端口分别与第一驱动电路的第一端口、第二驱动电路的第一端口、输出短路检测与保护模块的第一端口相连；输出短路检测与保护模块的第二端口、第三端口、第四端口分别与第二晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐盛斌，周耀彬，余凤兵，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，深圳南云微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44