阅读说明：本技术 一种高位补能型自举电路及其控制方法 (High-order energy-complementing type bootstrap circuit and control method thereof ) 是由 姚瑱 余国军 徐小军 钱巍 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高位补能型自举电路及其控制方法,在传统自举电路的基础上增加一路以母线正P为地的隔离电源,当上管自举电容电压降低时,该电源通过电阻、开关管给上管自举电容充电,解决了传统自举电路的突出问题,即使上管持续开通,或者持续高占空比开通,都能保证上管驱动电压稳定,大大拓展了自举电路的适应工况和应用场合。且与隔离电源方案相比,本发明的方案能够减少N-1路隔离电源,其中N为桥式电路的相数,大大简化电源设计,缩小电源体积,降低电源成本。(The invention discloses a high-order energy-supplementing type bootstrap circuit and a control method thereof.A path of isolation power supply taking a positive P of a bus as the ground is added on the basis of the traditional bootstrap circuit, when the voltage of a tube loading bootstrap capacitor is reduced, the power supply charges the tube loading bootstrap capacitor through a resistor and a switching tube, thereby solving the outstanding problem of the traditional bootstrap circuit, ensuring the driving voltage of the tube loading to be stable even if the tube loading is continuously switched on or is continuously switched on with high duty ratio, and greatly expanding the adaptive working condition and application occasions of the bootstrap circuit. Compared with the scheme of the isolated power supply, the scheme of the invention can reduce N-1 paths of isolated power supplies, wherein N is the phase number of the bridge circuit, thereby greatly simplifying the power supply design, reducing the power supply volume and lowering the power supply cost.)

一种高位补能型自举电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种高位补能型自举电路及其控制方法。

背景技术

由于桥式电路的中点电平是浮动的，因此桥式电路中上管驱动需要采用隔离电源，通常的解决方案是每一相上管驱动都需要由隔离电源供电，下管驱动可以合用一路隔离电源，系统总共需要N+1个隔离电源，其中N为桥式电路的相数，如图1所示，这无疑增加了系统中辅助电源的复杂度、体积和成本。

针对隔离电源方案的不足，自举电路应运而生。图2是现有技术传统的自举电路结构，当下管开通时，桥臂中点电平拉低，电容C_L通过自举二极管、限流电阻给电容C_H充电，电容C_H提供上管驱动供电，不再需要上三路隔离电源。该电路的优势是能够大大简化电源设计，缩小电源体积，降低电源成本，相数越多，优势越明显；劣势是只有下管开通，上管驱动供电电容C_H才能得到充电，假如某相上管持续开通，或开通占空比超过一定值持续一段时间，则会造成C_H补充的能量小于消耗的能量，导致驱动供电电压降低，增加管子导通损耗，甚至产生门极驱动电源欠压报警而停机。该问题在某些应用场合尤其突出，如大功率MOSFET工作在20kHz以上时，驱动电源的功耗较大，自举电容容易发生欠压，限制了自举电路的应用。

发明内容

针对隔离电源方案和现有传统自举电路的缺点，本发明提出一种高位补能型自举电路，在传统自举电路的基础上增加一路以母线正P为地的隔离电源，当上管自举电容电压降低时，该电源通过电阻、开关管给上管自举电容充电，解决了传统自举电路的突出问题，即使上管持续开通，或者持续高占空比开通，都能保证上管驱动电压稳定，大大拓展了自举电路的适应工况和应用场合。且与隔离电源方案相比，本发明的方案能够减少（N-1）路隔离电源（其中N为桥式电路的相数），大大简化电源设计，缩小电源体积，降低电源成本。

本发明高位补能型自举电路，其特征是：在自举电路的基础上，增加一路以母线正P为地的隔离电源V_P，隔离电源V_P一路经电容Cp接母线正P，隔离电源V_P另一路经电阻R后连接到各开关S_i （i=1，2，……，N）的一端，开关S_i的另一端分别连接各上管自举电容；其控制方法是：当上管自举电容电压降低时，隔离电源V_P通过电阻R、开关S_i （i=1，2，……，N）给上管自举电容充电。

本发明高位补能型自举电路，所述开关S_i （i=1，2，……，N），与对应相的上管逻辑上共用PWM_iu驱动。

本发明高位补能型自举电路的进一步改进方案是：每一相上管对应设置上管驱动电压比较电路，当某相上管的驱动电压低于门限值时，输出使能信号，使能信号和上管PWM信号做“与”逻辑产生该相的开关信号，控制对应的开关S_i （i=1，2，……，N）。

本发明高位补能型自举电路的进一步改进方案是：复用系统控制的MCU/CPU，根据每一相上管占空比判断，如果某一相上管持续开通t₁时间，或者上管导通占空比超过D₁持续一段时间t₂，则输出使能信号，使能信号和该相上管PWM信号做“与”逻辑产生开关的PWM信号。

本发明在现有技术的自举电路的基础上，增加一路以母线正P为地的隔离电源，当上管自举电容电压降低时，该电源通过电阻、开关管给上管自举电容充电，解决了传统自举电路的突出问题，即使上管持续开通，或者持续高占空比开通，都能保证上管驱动电压稳定，大大拓展了自举电路的适应工况和应用场合。且与隔离电源方案相比，本发明的方案能够减少N-1路隔离电源（其中N为桥式电路的相数），大大简化电源设计，缩小电源体积，降低电源成本。

附图说明

图1是 N相桥式电路及驱动所需隔离电源。

图2 是现有技术自举电路。

图3 本发明高位补能型自举电路示意图。

图4 是本发明高位补能型自举电路的控制方法1电路示意图。

图5 是本发明高位补能型自举电路的控制方法2电路示意图。

图6 是本发明高位补能型自举电路的控制方法3电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例：

如图3所示，在传统自举电路的基础上，增加一路以母线正P为地的隔离电源V_P，隔离电源V_P一路经电容Cp接母线正P，隔离电源V_P另一路经电阻R后连接到各开关S_i（i=1，2，……，N）的一端，开关S_i的另一端分别连接各上管自举电容。当上管自举电容电压降低时，该电源能够通过电阻R、开关S₁ - S₃给上管自举电容充电。

本发明的保护范围涵盖所有桥式拓扑。本发明高位补能型自举电路控制方法（亦即开关S_i （i=1，2，……，N）的控制）有以下几种方式，但不限于以下几种方式，任何在本发明思想基础上进行小修改的方法都在本发明的保护权利要求范围以内。

1. 最简单的控制方式是：每一相S_i （i=1，2，……，N）的开关与该相上管同步，如开关S_i与对应相的上管逻辑上共用PWM_iu驱动（i=1，2，……，N），见图4。但该控制方法会造成开关S_i （i=1，2，……，N）开关频繁，开关损耗大。

2．另一种改进的控制方式是：监控每一相上管的驱动电压，当某相上管的驱动电压低于门限值时，输出使能信号，使能信号和上管PWM信号做“与”逻辑产生该相的开关信号，如图5所示，使能信号E_ni与PWM_iu（i=1，2，……，N）做“与”逻辑产生开关S_i的控制逻辑信号。采用此控制方法，S_i （i=1，2，……，N）开关损耗大大降低，只有真正需要给自举电容补能时，开关才会开通，但该控制方法需要增加额外的比较隔离电路。

3. 另一种进一步改进的控制方式是：复用系统控制的MCU/CPU，根据每一相上管发波占空比判断，如果某一相上管持续开通t₁时间，或者上管导通占空比超过D₁持续一段时间t₂，则输出使能信号，使能信号和该相上管PWM信号做“与”逻辑产生开关的PWM信号，如图6所示，使能信号En_iu与PWM_iu相与产生S_i的控制逻辑信号（i=1，2，……，N），。采用此控制方法，S_i （i=1，2，……，N）开关损耗大大降低，只有需要给上管自举电容补能时，开关才会打开。该控制方法复用系统控制的MCU/CPU，无需增加额外的电路。