CN1402418A - 产生驱动电源的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及调节电变量或磁变量的系统的产生驱动电源的方法和装置，将输入单电源电压转换为具有稳定正电压的正负双电压输出，包括以下步骤：用输入的单电压产生用于输出设定的稳定正电压所需基准电压，输出正电压进行比例采样，把基准电压与输出采样电压的偏差放大，并将放大的偏差用于功率输出调整，对输出正电压变化提供负反馈，并使输出采样电压与基准电压趋于相等，将调整后的正电压作为正电压输出，并将输入单电压减去调整后正电压的结果作为负电压输出；电压输出单元还可连有一个欠压检测电路对输出负电压的大小进行欠压监测，实现驱动电路的保护控制，本发明稳定性高、性能强、成本低廉，适合于各种绝缘栅晶体管或场效应管驱动装置的电源驱动。
Description
技术领域
本发明涉及调节电变量或磁变量的系统，尤其涉及一种产生驱动电源的方法和装置。
背景技术
用于多路绝缘栅晶体管或场效应管的驱动设计，如变频器和三相逆变器等，为了简化电路和降低成本，通常采用单电源供电，如由多路输出DC-DC电源，而绝缘栅晶体管或场效应管的高性能驱动需要双电源工作，即绝缘栅晶体管或场效应管的栅极电压在开通时为+15V，关断时为-5V—-15V，因此需要用一个电路来将该单电源转换为正负双电源，如下为几种常用的方案：
如图1、图2、图3所示的三个现有技术方案各有缺点。对图1的方案不能同时保证正负电源的稳定度，当输入电源的电压下降2V，则输出正电源的电压也下降了2V，绝缘栅晶体管的导通损耗增加，反之当输入电源的电压升高2V，则输出正电源的电压也升高了2V，绝缘栅晶体管的浪涌电流耐受度下降，绝缘栅晶体管工作可靠性降低。在图2和图3中，由于需要输入输出压差，而且该压差一般最小压差通常要求大于3V，可见其电源电压利用率不高，而且为了保证在各种情况下该压差不小于最小压差要求而特别要求提高输入电源电压的大小，压差选取较高在用于较大功率的驱动电路时还需要考虑他们的散热问题，电路成本高昂，而且图1、图2、图3三个方案提供的负电源功率较小不宜用于较大功率的绝缘栅晶体管驱动。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种稳定性高且性能强的产生驱动电源的方法和装置。
本发明产生驱动电源的方法，将输入单电源电压转换为具有稳定正电压的正负双电压输出，包括以下步骤：接收单电源电压输入，利用输入的单电压产生用于输出设定的稳定正电压所需基准电压，对输出正电压进行比例采样，获得输出采样电压；把所述基准电压与所述输出采样电压的偏差放大，并将放大的偏差用于功率输出调整，对由于负载或输入电压变化而造成的输出正电压变化提供负反馈，并使输出采样电压与基准电压趋于相等；将调整后的正电压作为正电压输出，并将输入单电压减去调整后正电压的结果作为负电压输出；
还包括以下步骤：对输出负电压的大小进行欠压监测，将检测到的负电压欠压信号接入相应的绝缘栅晶体管驱动电路去实现对绝缘栅晶体管的封锁。
这种应用上述产生驱动电源方法的产生驱动电源的装置，包括：电压输入单元，用于接收单电源电压输入；基准电压产生单元，用于产生输出设定的稳定正电压所需基准电压；输出电压采样单元，用于对输出正电压进行比例采样，获得输出采样电压；差动放大单元，用于将所述的基准电压与输出采样电压偏差放大；功率输出调整单元，功率输出调整单元受所述差动放大单元的驱动，对于由于负载或输入电压变化而造成的输出正电压变化提供负反馈，并使输出采样电压与基准电压趋于相等；电压输出单元，用于输出经功率输出调整单元调整后的正电压，并将输入电压减去所述调整后正电压的结果作为负电压输出。
电压输入单元中输入正端Vin+和电压输出单元中输出正端Vo+相通，电压输入单元中输入负端Vin-和电压输出单元中输出负端Vo-相通，输入正端Vin+和输入负端Vin-之间连有一差动放大单元和一个连接于差动放大单元中的两个三极管集电极之间的功率输出三极管Q3，差动放大单元中的输入三极管Q1基极与差动放大单元中的长尾电阻R3的外端之间连有稳压管DZ1，差动放大单元中的输出三极管Q2基极与输出正端Vo+及接地输出端Vo之间分别连接取样电阻R4和取样电阻R5，且接地输出端Vo与三极管Q3集电极相连。
本发明的有益效果为：在本发明中，经过比例采样的采样电压较为稳定、准确，再通过功率输出调整来抵消由于负载或输入电压变化而造成的输出正电压变化，这样的设计能很好地稳定输出电压，而且对功率输出调整单元相应配置可以用于较大功率的绝缘栅晶体管或场效应管驱动，因此，本发明稳定性高且性能强，而且，由于对正电压变化引入负反馈，使得本发明对输入电源的电压稳定度要求不高；由串接于电压输入单元两端的稳压管DZ1和电阻R1构成基准电压产生单元、功率输出三极管Q3形成功率输出调整单元以及输出电压采样单元为连接于电压输出单元正电压输出端的取样电阻R4和取样电阻R5，这种设置使本发明电路简单、元件数量少，成本低廉，从本发明的这种设计可以看出，电源电压利用率在原理上达到了100％，对输出正电压大小可根据驱动电路的要求通过调整对输出电压采样的比例灵活调节，由于各种不同形式或不同厂家设计的驱动电路往往需要不同的电源电压，一般驱动电源的正电源电压在+15V—+18V之间，这样就能根据需要灵活设置，增强了本发明的适应性和实用性；稳压管DZ1两端并联电容，能滤除由稳压管DZ1和输入电源带来的高频噪声，以及功率输出三极管Q3的基极和集电极之间连有电容，该电容为相位补偿电容，防止功率输出三极管Q3自激震荡，进一步提高了本发明的工作稳定性；电压输出单元连接一个欠压检测电路，该欠压检测电路对输出负电压的大小进行欠压监测，将检测到的负电压欠压信号接入相应的绝缘栅晶体管或场效应管驱动电路去实现对绝缘栅晶体管或场效应管的封锁，这样在使用中可以通过监测负电压的大小对绝缘栅晶体管或场效应管进行实时欠压保护控制，提高了本发明的使用完全性和实用性。
总之，本发明稳定性高、性能强、电路简单、成本低廉，适合于各种绝缘栅晶体管或场效应管驱动装置的电源驱动。
附图说明
图1为现有电源驱动电路之一示意图；
图2为现有电源驱动电路之二示意图；
图3为现有电源驱动电路之三示意图；
图4为本发明原理示意图；
图5为本发明电路示意图；
图6为欠压检测电路示意图；
图7为本发明应用方案示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
根据图4、图5和图6，本发明的产生驱动电源的装置包括电压输入单元1，用于接收单电源电压输入，基准电压产生单元2用于产生输出设定的稳定正电压所需基准电压，输出电压采样单元5用于对输出正电压进行比例采样，获得输出采样电压，差动放大单元3用于将基准电压与输出采样电压偏差放大，功率输出调整单元4受差动放大单元3的驱动对于由于负载或输入电压变化而造成的输出正电压变化提供负反馈，并使输出采样电压与基准电压趋于相等，电压输出单元6用于输出经功率输出调整单元4调整后的正电压，并将输入电压减去所述调整后正电压的结果作为负电压输出，电压输入单元1中输入正端Vin+和电压输出单元6中输出正端Vo+相通，电压输入单元1中输入负端Vin-和电压输出单元6中输出负端Vo-相通，其中电压输入单元1中输入正端Vin+和输入负端Vin-之间连有差动放大单元3和一个连接于差动放大单元3中的两个PNP型的三极管Q1、Q2的集电极之间的NPN型功率输出三极管Q3，差动放大单元3中的输入三极管Q1基极与差动放大单元3中的长尾电阻R3的外端之间连接基准电压产生单元2中的稳压管DZ1，输入三极管Q1基极连接稳压管DZ1正极，差动放大单元3中的输出三极管Q2基极与电压输出单元6中的输出正端Vo+及接地输出端Vo之间分别连接取样电阻R4和取样电阻R5，且接地输出端Vo与三极管Q3集电极相连，三极管Q3基极与发射极之间连接电阻R2，稳压管DZ1两端还并联电容C1，三极管Q3的基极和集电极之间连有电容C2；电压输出单元6还连有一个欠压检测电路7，该欠压检测电路7连接电压输出单元6中的输出正端Vo+和输出负端Vo-，输出正端Vo+和输出负端Vo-之间顺接电阻R12和电阻R22，电阻R12和电阻R22的连接处与稳压管DZ22的负极相连，稳压管DZ22的正极与三极管Q12基极相连，三极管Q12发射极与接地输出端Vo相连，三极管Q12的发射极与基极之间连接电阻R32，三极管Q12的集电极与输出正端Vo+之间连接电阻R42，三极管Q12的集电极与三极管Q22的基极相连，三极管Q22的发射极与三极管Q12的发射极相连。
在电压输入单元1中包含输入滤波单元，由电容C3构成的输入滤波单元提供输入滤波和快速的电流响应；在电压输出单元6中包含输出滤波单元，由电容C4、C5构成的输出滤波单元提供输出正负电源的滤波并为负载电流的突变提供快速的电流响应。
根据附图可见，本发明将输入的单电源分裂为可调的稳定正电压和由正电压大小及输入电源共同决定的负电压。
本发明的基本工作原理为：输出电压采样单元5对输出正电压进行比例采样，获得输出采样电压，差动放大单元3将基准电压与输出采样电压偏差放大，功率输出调整单元4受差动放大单元3的驱动对于由于负载或输入电压变化而造成的输出正电压变化提供负反馈，并使输出采样电压与基准电压趋于相等，电压输出单元6输出经功率输出调整单元4调整后的正电压，并将输入电压减去所述调整后正电压的结果作为负电压输出，现设稳压管DZ1提供5.1V基准电压，则可得到输出正电压的值：
Vo+＝(R5/R4+1)*5.1
同时，可得到输出负电压的值：Vo-＝Vin-Vo+，其中Vin为输入电压的值。
本发明对于负载调整稳压原理如下：当电源输出电流减小，输出正电压升高—→电阻R4两端压差增加，即比基准电压高—→三极管Q2集电极电流增大—→三极管Q1集电极电流减小，三极管Q3基极电流减小—→三极管Q3集电极电流减小，三极管Q3等效电阻增加，三极管Q3集电极发射极电压增加，—→输出正电压下降。
本发明对于输入调整稳压原理如下：当输入电压升高—→输出正电压升高—→电阻R4两端压差增加，即比基准电压高—→三极管Q2集电极电流增大—→三极管Q1集电极电流减小，三极管Q3基极电流减小—→三极管Q3集电极电流减小，三极管Q3等效电阻增加，三极管Q3集电极发射极电压增加—→输出正电压下降。
功率输出调整单元4通过改变调整其等效内阻来抵消由于负载或输入电压变化而造成的输出正电压变化，实现大电流的功率调整控制。
如图7所示，为本发明应用于一公用电源的方案，图中的绝缘栅晶体管驱动电源I至绝缘栅晶体管驱动电源VI采用本发明的设计。
电压输出单元6连有一个欠压检测电路7，该欠压检测电路7检测负电压的大小，将检测到的负电压信号接入相应的绝缘栅晶体管驱动电路去实现对绝缘栅晶体管的封锁，同时实现输出正电压、输出负电压的欠压保护。
根据图6所示，电源欠压时，如输出负电源低于设定的值，即：
(DZ22+0.7)*(R1+R2)/R2-Vo+，其中DZ22为稳压值，三极管Q12集电极呈高阻状态，电源正常工作时三极管Q12导通，可以将三极管Q32的集电极信号接到相应的绝缘栅晶体管驱动电路去实现对绝缘栅晶体管的封锁。
Claims (10)
1.一种产生驱动电源的方法，将输入单电源电压转换为具有稳定正电压的正负双电压输出，其特征在于，包括以下步骤：
接收单电源电压输入；
利用输入的单电压产生用于输出设定的稳定正电压所需基准电压；
对输出正电压进行比例采样，获得输出采样电压；
把所述基准电压与所述输出采样电压的偏差放大，并将放大的偏差用于功率输出调整，对由于负载或输入电压变化而造成的输出正电压变化提供负反馈，并使输出采样电压与基准电压趋于相等；
将调整后的正电压作为正电压输出，并将输入单电压减去调整后正电压的结果作为负电压输出。
2.根据权利要求1所述的产生驱动电源的方法，其特征在于，还包括以下步骤：对输出负电压的大小进行欠压监测，将检测到的负电压欠压信号接入相应的绝缘栅晶体管驱动电路去实现对绝缘栅晶体管的封锁。
3.一种应用权利要求1所述的产生驱动电源方法的产生驱动电源的装置，其特征在于，它包括：
电压输入单元(1)，用于接收单电源电压输入；
基准电压产生单元(2)，用于产生输出设定的稳定正电压所需基准电压；
输出电压采样单元(5)，用于对输出正电压进行比例采样，获得输出采样电压；
差动放大单元(3)，用于将所述的基准电压与输出采样电压偏差放大；
功率输出调整单元(4)，功率输出调整单元(4)受所述差动放大单元(3)的驱动，对于由于负载或输入电压变化而造成的输出正电压变化提供负反馈，并使输出采样电压与基准电压趋于相等；
电压输出单元(6)，用于输出经功率输出调整单元(4)调整后的正电压，并将输入电压减去所述调整后正电压的结果作为负电压输出。
4.根据权利要求3所述的产生驱动电源的装置，其特征在于，所述的基准电压产生单元(2)为串接于电压输入单元(1)两端的稳压管(DZ1)和电阻(R1)。
5.根据权利要求4所述的产生驱动电源的装置，其特征在于，所述的功率输出调整单元(4)为功率输出三极管(Q3)。
6.根据权利要求5所述的产生驱动电源的装置，其特征在于，所述的输出电压采样单元(5)为连接于电压输出单元(6)正电压输出端的取样电阻(R4)和取样电阻(R5)。
7.根据权利要求6所述的产生驱动电源的装置，其特征在于，电压输入单元(1)中输入正端(Vin+)和电压输出单元(6)中输出正端(Vo+)相通，电压输入单元(1)中输入负端(Vin-)和电压输出单元(6)中输出负端(Vo-)相通，所述的差动放大单元(3)和连接于三极管(Q1)、(Q2)的集电极之间的功率输出三极管(Q3)连接于电压输入单元(1)中输入正端(Vin+)和输入负端(Vin-)之间，输入三极管(Q1)基极与长尾电阻(R3)的外端之间连接稳压管(DZ1)，输出三极管(Q2)基极与电压输出单元(6)中的输出正端(Vo+)及接地输出端(Vo)之间分别连接取样电阻(R4)和取样电阻(R5)，且接地输出端(Vo)与三极管(Q3)集电极相连。
8.根据权利要求4或7所述的产生驱动电源的装置，其特征在于，所述的稳压管(DZ1)两端还并联电容(C1)。
9.根据权利要求5或7所述的产生驱动电源的装置，其特征在于，所述的三极管(Q3)的基极和集电极之间连有电容(C2)。
10.根据权利要求7所述的绝缘栅晶体管电源驱动装置，其特征在于，所述的电压输出单元(6)还连有一个欠压检测电路(7)，该欠压检测电路(7)连接电压输出单元(6)中的输出正端(Vo+)和输出负端(Vo-)，输出正端(Vo+)和输出负端(Vo-)之间顺接电阻(R12)和电阻(R22)，电阻(R12)和电阻(R22)的连接处与稳压管(DZ22)的负极相连，稳压管(DZ22)的正极与三极管(Q12)基极相连，三极管(Q12)发射极与接地输出端(Vo)相连，三极管(Q12)的发射极与基极之间连接电阻(R32)，三极管(Q12)的集电极与输出正端(Vo+)之间连接电阻(R42)，三极管(Q12)的集电极与三极管(Q22)的基极相连，三极管(Q22)的发射极与三极管(Q12)的发射极相连。
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