一种双隔离驱动功放电路的制作方法
1.本实用新型属于医疗设备技术领域，具体涉及一种双隔离驱动功放电路。
背景技术：
2.高频电刀(高频手术器)是一种取代机械手术刀进行组织切割的电外科器械。它通过有效电极尖端产生的高频高压电流与肌体接触时对组织进行加热，实现对组织的分离和凝固，从而起到切割和止血的目的。目前高频电刀产生高频高压电流的功放电路是由脉宽调制器产生pwm波，然后经过隔离变压器进行驱动信号隔离或不进行隔离直接由脉宽调制器产生的pwm波来控制mos管的栅极(g)使mos管漏极(d)和源极(s)产生开关通断来驱动升压或降压变压器(简称变压器)。
3.隔离变压器利用电磁感应原理使初级输入端与次级输出端产生电气隔离而且对输入的pwm波进行过滤来驱动mos管的栅极(g)，能够减小由于变压器漏感关断瞬间产生的反向电动势以及电磁干扰而影响到脉宽调制器产生的pwm波关断瞬间产生的尖峰电压，此方法在驱动频率低中频情况下稳定，在高频模式下虽然也能够使用，但由于频率高使变压器的产生的漏感以及电磁干扰会加大，导致驱动mos管的波形产生的尖峰电压变大。
4.通常mos管工作于开关状态，在截止区和完全导通区之间高频切换，由于在切换过程中要经过线性区，而处于线性区的mos管相当于一个可变电阻，因此会产生开关损耗。mos管上升沿或下降沿时间长或驱动栅极(g)电压不够都会导致mos管工作在线性区。漏感产生的尖峰电压由在几兆频率左右的震荡波形组成，pwm波上升沿变宽会造成mos管开关工作在线性区，在重载情况下使mos管损耗加大导致mos管发热，容易烧坏mos管；尖峰电压过大的话还会击穿mos管，震荡的尖峰电压则会使变压器开关频率不稳定导致输出波形不平滑有杂波。
5.中国专利文献cn1024734c(cn92109533.3)公开了一种用于脉宽调制(pwm)集成电路芯片对开关用的功率vmos管的双隔离驱动电路，是在pwm集成器件的输出端先接入一个由半导体三极管组成的全桥电路，把pwm器件与变压器隔离开后才接入把控制电压与主电路的高压相隔离的高频变压器，并在该变压器的次级通过一个整形电路后与功率vmos管相连，该整形电路是由带有源门坎的反相器、电压比较器和图腾式驱动电路组成。由此可获得波形跃变陡峭、净化的理想驱动波形，且电路功耗低，效率高。上述专利的原理是在用变压器隔离vmos管控制器件之前，又用一个全桥电路把pwm器件与变压器这一感性负载也隔离开，以避免感性器件对pwm器件的影响，使pwm的负载基本上呈阻性；同时又对经变压器传输后的波形进行整形和抑制干扰信号，以致最终使驱动波形实现理想化。由于上述技术方案仅用于解决高频隔离变压器对pwm器件的产生波形的影响，无法解决功放电路中变压器漏感对pwm波形的影响。
技术实现要素：
6.本实用新型的目的是提供一种双隔离驱动功放电路，为了减小变压器漏感产生的
尖峰电压、电磁干扰以及上升沿下降沿响应时间对mos管以及功放电路供电电源和输出波形的影响，在变压器隔离模块的基础上增加隔离驱动模块，在隔离变压器和隔离驱动模块双重隔离下，减小了功放变压器漏感以及电磁干扰对pwm波发生器产生的pwm波的影响，从而使高频情况下驱动mos管栅极(g)的波形更平滑，并且使mos管工作在开关状态下，mos管损耗减小、发热减小，使开关频率更加稳定，功放变压器输出波形更平滑。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种双隔离驱动功放电路，包括按照pwm波传输方向依次连接的pwm波发生器、隔离变压器、隔离驱动模块、mos管和功放变压器；
8.所述pwm波发生器，用于输出pwm波；
9.所述隔离变压器，用于产生电气隔离并对所述pwm波发生器输出的pwm波进行过滤；
10.所述隔离驱动模块，用于对功放变压器侧的反电动势进行隔离，并对所述隔离变压器过滤后的pwm波进行放大后控制mos管的栅极，使mos管的漏极和源极产生开关通断来驱动功放变压器。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型中，隔离变压器能够利用电磁感应原理使初级输入端与次级输出端产生电气隔离而且对输入的pwm波进行过滤。
12.而隔离驱动模块能够对隔离变压器感应出来的电动势进行隔离，通过隔离驱动模块能够减小漏感导致的尖峰电压，由于对pwm波进行了放大，所以缩短pwm波上升沿和下降沿的时间，有足够的灌电流和输出电压，从而使mos管更快地对栅极电容进行充放电来缩短过渡期，使其工作在开关状态，减小了mos管的损耗和发热。
13.在隔离变压器和隔离驱动模块双重隔离下，减小了功放变压器漏感以及电磁干扰对pwm波发生器产生的pwm波的影响。
14.本实用新型的技术方案还有：所述pwm波发生器包括脉宽调制器。
15.本实用新型的技术方案还有：所述隔离驱动模块包括栅极驱动器。栅极驱动器能够有效放大控制器的驱动信号，从而更快地对mos管栅极电容进行充放电，来缩短mos管在栅极的上电时间，降低mos管损耗，提高开关效率。另外栅极驱动器作为隔离驱动模块，在输入和输出电路之间集成了隔离层，并通过距离和绝缘材料对其进行物理隔离。控制信号在传输过程中可通过多种方式穿过隔离层，隔离层可防止任何显著的泄漏电流从隔离层的一侧流向另一侧。由于一个输入裸片可与多个输出裸片隔离，而输出裸片之间又能够彼此隔离，因此输出公共端能够自由地从输入公共端或其他输出公共端向上偏移，直至达到隔离技术的极限，隔离层的强度还能够用来增强系统抵抗浪涌、雷击和其他有可能损坏系统的异常事件的能力。
16.本实用新型的技术方案还有：所述隔离驱动模块包括三级管。三极管是一种控制电流的半导体器件，具有电流放大作用；并且具有一定的隔离作用，三极管能够减小回路漏感，把尖峰电压限制在最小回路中，起到隔离变压器侧反电动势的作用，减少对驱动器的影响，并且当驱动器驱动能力不够时，三极管能够加速关断mos管的时间。
17.本实用新型的技术方案还有：还包括电源，所述电源与mos管输入端相连。
18.本实用新型的技术优势在于：
19.驱动mos管是在mos管栅极电容充放电过程中进行开关状态，在截止区和完全导通
区之间高频切换，由于在切换过程中要经过线性区，此时开关上会出现电压，且会有电流流过开关，因此产生开关损耗。降低mos管发热损耗就需要pwm波触发脉冲有足够快的上升和下降速度，开通瞬间能提供足够大的灌电流，关断时能提供阻抗尽可能低的栅源极间电容泄放回路以降低开关损耗，导通期间驱动电路要能保证足够大且稳定的栅源极间电压，降低导通损耗。关断期间栅源极间有一定的负压，避免干扰产生误导通。
20.隔离变压器能够利用电磁感应原理使初级输入端与次级输出端产生电气隔离而且对输入的pwm波进行过滤。
21.隔离驱动模块能够对升压变压器产生的漏感反电动势进行隔离，通过隔离驱动模块能够减小漏感导致的尖峰电压，缩短pwm波上升沿和下降沿的时间，而且有足够的灌电流和输出电压，从而使mos管更快地对栅极电容进行充放电来缩短过渡期，使其工作在开关状态，减小mos管的损耗和发热。
附图说明
22.图1为本实用新型所述双隔离驱动功放电路的结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例1所述双隔离驱动功放电路的电路图；
24.图3为未添加隔离模块直接利用pwm波发生器驱动mos管产生的波形图；
25.图4为在pwm波发生器和mos管之间添加隔离变压器驱动mos管产生的波形图；
26.图5为在pwm波发生器和mos管之间添加隔离变压器驱动mos管产生的波形图放大图；
27.图6为在pwm波发生器和mos管之间添加隔离变压器和隔离驱动模块驱动mos管产生的波形图；
28.图7为在pwm波发生器和mos管之间添加隔离变压器和隔离驱动模块驱动mos管产生的波形图放大图；
29.图中，100pwm波发生器、200隔离变压器、300隔离驱动模块、400mos管、500功放变压器、600电源。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型进行详细描述：
31.实施例1
32.如图1所示，一种双隔离驱动功放电路，包括按照pwm波传输方向依次连接的pwm波发生器100、隔离变压器200、隔离驱动模块300、mos管400和功放变压器500，所述mos管400输入端连接有电源600。
33.所述pwm波发生器100，用于输出pwm波。本实施例中，所述pwm波发生器100为脉宽调制器。
34.所述隔离变压器200，用于产生电气隔离并对所述pwm波发生器100输出的pwm波进行过滤。
35.所述隔离驱动模块300，用于对功放变压器500侧的反电动势进行隔离，并对所述隔离变压器200过滤后的pwm波进行放大后控制mos管400的栅极，使mos管400的漏极和源极产生开关通断来驱动功放变压器500。本实施例中，所述隔离驱动模块300为栅极驱动器，具
体型号为栅极驱动模块ixdn609si。
36.具体的，图2为一种双隔离驱动功放电路的电路图，脉宽调制器(u1)产生四路两两同相、两两反向的pwm波，pwm波经过两个隔离变压器200(t1a，b)分别输出两组相位相反的pwm波，隔离变压器200利用电磁感应原理使初级输入端与次级输出端产生电气隔离而且对输入的pwm波进行过滤来驱动mos管400的栅极(g)，能够减小由于功放变压器500漏感关断瞬间产生的反向电动势以及电磁干扰而影响到脉宽调制器(u1)产生的pwm波关断瞬间产生的尖峰电压。
37.隔离变压器200(t1a，b)输出的四路pwm波然后又经过隔离驱动模块300(u2a，b，c，d)，隔离驱动模块300(u2a，b，c，d)能够使波形上升沿下降沿的时间减短而且输出高压高电流更加稳定的四路pwm波。
38.经过双重隔离后驱动的pwm波尖峰电压小了，驱动电流和电压也更适应mos管400栅极(g)的导通条件，最后经双重隔离后的pwm波形驱动mos管400(q1a，b，c，d)的栅极(g)，使mos管400(q1a，b，c，d)的漏极(d)与源极(s)快速导通和快速关断工作在开关状态，减少重载下mos管400(q1a，b，c，d)发热情况，然后经过功放变压器500(t2)的电磁感应原理实现升压或降压产生需要的脉动波形。
39.工作原理分析：
40.(一)没有隔离变压器200与隔离驱动模块300，测得的mos管400的栅极(g)与源极(s)两端的驱动波形，如下图3所示。
41.图3的pwm波形为没有添加隔离变压器200和隔离驱动模块300的波形，能够看出mos管400栅极(g)与源极(s)两端的波形明显有由于功放变压器500漏感在mos管400关断瞬间产生了很大的峰值电压杂波，如图3方框1’和方框2’所示，图3方框1’产生的原因是由于图3方框2’波形关断导致方框1’出现尖峰电压，由此也能够看出漏感产生的尖峰电压对未工作的波形以及电源等都会有一个干扰，其中，低电平波形代表pwm波关断，高电平代表pwm波工作，此两路波形是互补产生的驱动波形，此电路是由sg3525脉宽调制芯片直接驱动mos管400产生的波形。
42.(二)添加隔离变压器200，没有隔离驱动模块300，测得的mos管400的栅极(g)与源极(s)两端的驱动波形以及放大后的波形，如图4、图5所示。
43.图4是添加了隔离变压器200，没有隔离驱动模块300，测得的mos管400栅极(g)与源极(s)两端的驱动波形，能够看出图4的方框1”中的尖峰电压明显减小，图5为此波形放大后的波形，能够看出图5方框2”中的上升沿时间为400ns左右，上升沿比较宽。图4、图5对应的电路与本实用新型的电路相比，未添加隔离驱动模块300。
44.(三)添加隔离变压器200和隔离驱动模块300，测得的mos管400的栅极(g)与源极(s)两端的驱动波形以及放大后的波形，如图6、图7所示。
45.图6的波形为添加隔离变压器200和隔离驱动模块300，测得的mos管400栅极(g)与源极(s)两端的驱动波形，能够看出图6的方框1
”’
的峰值电压明显减小，并且图7方框2
”’
上升沿时间在50ns左右，是图5上升沿时间的八分之一。
46.结论：通过以上测得的图3-图7能够看出，经过隔离变压器200与隔离驱动模块300的双重隔离后，减小了功放变压器500漏感产生的尖峰电压、电磁干扰以及上升沿下降沿响应时间对mos管400以及功放电路供电电源和输出波形的影响。
47.高频情况下驱动mos管400栅极(g)的波形更平滑，使mos管400工作在开关状态下，mos管400损耗减小发热减小，开关频率稳定，功放变压器500输出波形更加平滑。
48.实施例2
49.与实施例1不同之处在于，所述隔离驱动模块300为三级管。
50.本实用新型的应用前景：漏感是开关变压器的一项重要指标，对开关电源性能指标的影响很大，漏感的存在，当开关器件截止瞬间会产生反电动势，容易把开关器件过压击穿。
51.漏感还能够与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路，使电路产生振荡并向外辐射电磁能量，造成电磁干扰。
52.另外由于漏感以及器件本身产生的上升沿与下降沿脉宽容易使mos管工作在线性区，损耗严重，mos发热严重，重载下mos管容易烧坏。
53.而本实用新型能够减少功放变压器漏感的反冲对mos管的影响，减小辐射，加快驱动mos管等。所以本实用新型所述电路对高频电路以及电源推挽电路或逆变器电路等开关电源电路具有显著的帮助作用，减少功放电路的损耗，保护mos管以及电源芯片，高频输出更加稳定，有助于提高医疗电路的安全。
技术特征：
1.一种双隔离驱动功放电路，其特征在于：包括按照pwm波传输方向依次连接的pwm波发生器(100)、隔离变压器(200)、隔离驱动模块(300)、mos管(400)和功放变压器(500)；所述pwm波发生器(100)，用于输出pwm波；所述隔离变压器(200)，用于产生电气隔离并对所述pwm波发生器(100)输出的pwm波进行过滤；所述隔离驱动模块(300)，用于对功放变压器(500)侧的反电动势进行隔离，并对所述隔离变压器(200)过滤后的pwm波进行放大后控制mos管(400)的栅极，使mos管(400)的漏极和源极产生开关通断来驱动功放变压器(500)。2.根据权利要求1所述的双隔离驱动功放电路，其特征在于：所述pwm波发生器(100)包括脉宽调制器。3.根据权利要求1所述的双隔离驱动功放电路，其特征在于：所述隔离驱动模块(300)包括栅极驱动器。4.根据权利要求1所述的双隔离驱动功放电路，其特征在于：所述隔离驱动模块(300)包括三级管。5.根据权利要求1所述的双隔离驱动功放电路，其特征在于：还包括电源(600)，所述电源(600)与mos管(400)输入端相连。
技术总结
本实用新型属于医疗设备技术领域，具体涉及一种双隔离驱动功放电路，包括按照PWM波传输方向依次连接的PWM波发生器、隔离变压器、隔离驱动模块、MOS管和功放变压器；所述PWM波发生器，用于输出PWM波；所述隔离变压器，用于对所述PWM波发生器输出的PWM波进行过滤；所述隔离驱动模块，用于对功放变压器侧的反电动势进行隔离，并对所述隔离变压器过滤后的PWM波进行放大后控制MOS管的栅极使MOS管的漏极和源极产生开关通断来驱动功放变压器。本实用新型通过隔离变压器和隔离驱动模块的双重隔离，减小了变压漏感以及电磁干扰对PWM波发生器产生的PWM波的影响，使MOS管工作在开关状态下，降低了MOS管的损耗和发热，使开关频率更加稳定，功放变压器输出波形更平滑。功放变压器输出波形更平滑。功放变压器输出波形更平滑。
