应用于行波管程控高压电源的MOSFET开关管隔离驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于行波管程控高压电源的MOSFET开关管隔离驱动方法，将脉宽调制信号经过处理后，送入超高压隔离脉冲变压器产生同幅、同频、但相位相反的两组触发脉冲信号；每组触发信号各自经过推挽放大电路、瞬态抑制电路后，驱动各自桥臂上的MOSFET功率开关管工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及MOSFET开关管隔离驱动
，具体为一种应用于行波管程控高压电源的MOSFET开关管隔离驱动方法。
技术介绍
行波管程控高压电源的各电源电压都以阴极为参考，主要特点是控制精度高、输出功率大、对地电压高达数万伏等；本专利技术的程控高压电源阴极电压高达16kV，收集极最大功率4kW。首先，由于输出电压较高，所以要在功率主回路和控制电路之间进行超高的电气隔离，其次，开关管工作在高频大功率状态，所以必须提高驱动电路的抗干扰能力；此外，为保证功率MOFET在高频、高压、大电流下工作，对电源的瞬间开关性带载能力、负载动态响应速度、稳压精度提出了极大的挑战；因此，必须为该类功率MOFET开关管设计高效可靠的栅极驱动电路。目前在传统的MOSFET开关管隔离驱动方法中，多采用电平位移、光藕隔离、光纤隔离、脉冲变压器隔离等驱动控制技术。电平位移方式不是严格意义上的隔离，而是一种准隔离的方式，且功耗大、制造工艺难以实现。光藕隔离方式隔离耐压度不高，开关频率低，传输延迟、速度慢，共模抑制能力差，传输距离短，需要提供高压隔离电源。光纤隔离方式隔离耐压比较高，能有效抑制电磁干扰，但存在传输延迟、容易老化、需要提供高压隔离电源。脉冲变压器隔离方式隔离耐压高、成本低、可靠性高、传输延迟小、开关频率高，对共模信号的抑制能力强，不需要提供高压隔离电源。脉冲变压器隔离是MOSFET和IGBT等全控型器件驱动电路常用的一种隔离形式，由于它具有电路结构简单、不需要提供隔离电源、成本较低，对脉冲信号无传输延迟等优点，能够满足驱动电路电气隔离、快速性、较强驱动能力的要求，因此研发过程中首先考虑采用这种隔离驱动·方式。但是，对于高压、大功率的行波管程控高压电源，传统的脉冲变压器隔离驱动方式也是无法满足其要求的。本专利技术在传统脉冲变压器隔离方式的基础上，创造性地专利技术了一种应用于行波管程控高压电源的MOSFET开关管隔离驱动技术，即一种新型无源脉冲变压器隔离驱动技术。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种应用于行波管程控高压电源的MOSFET开关管隔尚驱动方法。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为:应用于行波管程控高压电源的MOSFET开关管隔离驱动方法，其特征在于:作为驱动信号的脉宽调制信号经过阻尼消振电路，消除长线振荡噪声后，送入电流缓冲驱动电路，进行电流驱动能力放大，再经隔直阻尼消振电路，送入高压隔离耦合变压器输入端，在其次级产生同幅、同频、但相位相反的两组触发脉冲信号；每组触发信号各自经过推挽放大驱动电路、通道转换隔离电路，再经过具有瞬态抑制功能的软开关驱动电路后，分别驱动各自桥臂上的MOSFET功率开关管工作，其中，阻尼消振电路、隔直阻尼消振电路，以及软开关驱动电路共同完成噪声抑制功能；电流缓冲驱动电路、推挽放大驱动电路构成驱动增强电路；高压隔离耦合变压器及其输入端的隔直电容则构成隔直电路，其隔直流、通交流的良好特性达到驱动电路初次级的电气隔离功能；高压隔离变压器作为本专利技术的关键技术之一，其初次级紧密耦合的并联绕制、良好的绝缘性能、超低的泄漏电感特性足以保持驱动波形脉冲特性及有效避免驱动延迟；主开关管栅极、源极穿心抑制磁珠构成的软开关驱动电路，具有在低频时呈现感性、高频时趋向阻性特征，因此能有效实现软开关功能，具有良好的开关瞬态抑制能力，最终实现了理想的行波管程控高压电源的MOSFET开关管隔离驱动。行波管程控高压电源利用专有的MOSFET开关管隔离驱动技术，实现功率快速动态调整，达到了行波管测试系统专用程控高压电源的各项功能指标，也是行波管程控高压电源高压、大功率隔离逆变设计上的最优选择。本专利技术在行波管程控高压电源设计中，根据其高压、大功率开关特性的特殊性，采用了一种独特的MOSFET开关管隔离驱动方法，该方法构思巧妙，电路可靠实用，不仅提高了大功率瞬态开关驱动能力，有效抑制了开关驱动噪声，而且进一步杜绝了高压大功率的开关共通现象。本专利技术的有益效果是:驱动电路具备良好的电气隔离特性，避免了功率级电路对制信号造成干扰；满足了 MOSFET快速转换和高峰值电流，克服了密勒效应；驱动电路的传输延迟时间较短，减小了开关死区时间，提高了变换器的控制精度和效率；桥式功率管的驱动电路传输延迟时间差也极小，避免了桥臂的两个功率管直通损坏现象；另外，本专利技术的驱动电路简单可靠、体积小、成本低。 附图说明图1为本专利技术方法的电路原理框图。图2为本专利技术方法的电路原理图。图3为驱动变压器关键点波形示意图。具体实施例方式如图1所示。图1所示原理框图的工作流程如下:驱动信号经过阻尼消振电路消除长线振荡后，送到大电流缓冲驱动电路进行扩流处理，瞬态驱动电流能力从毫安级扩展到安培级；经隔直阻尼消振电路输入到隔离耦合变压器初级，该变压器具有高压隔离、耦合良好等特性，变压器次级输出一对同幅同频但完全反相的脉冲驱动信号，再经过两组电路控制参数和元器件参数完全一致的推挽放大电路、通道转换隔离电路，推挽放大电路起到避免共同导通作用，通道转换隔离电路则可以避免开通和关断的相互干扰；驱动信号经过上述一系列优化处理后，送到各自的软开关驱动电路，软开关驱动电路一方面要消除分布电容电压可能引起的开关管误导通问题，另一方面实现开关冲击电流的动态抑制功能，进而实现MOSFET开关管的完美隔离驱动功能。如图2所示。在图2中，电阻Rl、R2和R4、R5为阻尼电路，具有消除长线震荡作用。N1、N2为大电流缓冲驱动器，它具有较高的连续输出电流和更高的脉冲输出电流能力，具有较快的上升下降时间和较短的内部延时，且具有很低的输出内阻特性，对电流的缓冲放大驱动起到一定的保证作用。图中Vl V4共同组成初级尖峰吸收和反接保护等。电阻R3、电容C3构成初级隔直和阻尼消振电路。变压器Tl为本专利技术的关键技术之一，该脉冲变压器有3个绕组，一个初级绕组和两个次级绕组，它们都应该有良好的绝缘性，且三者之间的匝数完全相等，以利于并联绕制时的紧密耦合；脉冲变压器不应存储能量，因此减小泄感对于改善驱动波形以及提高效率非常重要，这样才能保证在导通或者截止的时候提供较高的峰值电流，有效避免栅极驱动中的时间延迟；另外在脉冲变压器设计时还必须考虑到最大占空比、最大输入电压等所有条件下的瞬态严酷情况。V5、V6和V11、V12分别组成推挽放大驱动电路，进一步增强了电流驱动能力。V7、V8和V13、V14构成信号通路转换和隔离作用，有效地保证了多管互补驱动功能，减少相互干扰。LI L8为主开关管栅极、源极的穿心抑制磁珠，增加驱动能力，达到软开关效果且避免了对开关波形的影响。从图中还可以看 出，该驱动电路具有互补驱动功能，即当一个功率MOSFET导通的同时另一个功率MOSFET关断，并且这两个驱动信号相互隔离。脉冲变压器有两个次级绕组，分别连接两个独立的驱动电路。由于两个次级绕组的同名端恰好相反，则在NI输出为高电平、N2输出为低电平时，上组驱动电路输出电压为正，下组驱动电路端出电压为负，反之亦然。由于信号出自同一个脉冲变压器，所以这个电路的互补性很好，能有效地防止共通等不良现象的发生。通过上述种种措施确保了功率和电流两方面放大增益要求，从而保证了功率回路的瞬态增益和速度指标；尤其是无源脉冲变压器驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
应用于行波管程控高压电源的MOSFET开关管隔离驱动方法，其特征在于：作为驱动信号的脉宽调制信号经过阻尼消振电路，消除长线振荡噪声后，送入电流缓冲驱动电路，进行电流驱动能力放大，再经隔直阻尼消振电路，送入高压隔离耦合变压器输入端，在其次级产生同幅、同频、但相位相反的两组触发脉冲信号；每组触发信号各自经过推挽放大驱动电路、通道转换隔离电路，再经过具有瞬态抑制功能的软开关驱动电路后，分别驱动各自桥臂上的MOSFET功率开关管工作，其中，阻尼消振电路、隔直阻尼消振电路，以及软开关驱动电路共同完成噪声抑制功能；电流缓冲驱动电路、推挽放大驱动电路构成驱动增强电路；高压隔离耦合变压器及其输入端的隔直电容则构成隔直电路，其隔直流、通交流的良好特性达到驱动电路初次级的电气隔离功能；高压隔离变压器作为本专利技术的关键技术之一，其初次级紧密耦合的并联绕制、良好的绝缘性能、超低的泄漏电感特性足以保持驱动波形脉冲特性及有效避免驱动延迟；主开关管栅极、源极穿心抑制磁珠构成的软开关驱动电路，具有在低频时呈现感性、高频时趋向阻性特征，因此能有效实现软开关功能，具有良好的开关瞬态抑制能力，最终实现了理想的行波管程控高压电源的MOSFET开关管隔离驱动。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文廷，李斌，王群，王俊，汪定华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：