开关管驱动电路的驱动方法与流程

本申请涉及开关管驱动技术领域，特别是涉及一种开关管驱动电路的驱动方法。

背景技术：

在ct系统(computed-tomography，即电子计算机断层扫描)中，飞焦点技术可以起到提升空间分辨率的作用。飞焦点，即球管内靶盘表面的电子束焦点按系统要求在多个位置之间不断地切换。

基于电场实现飞焦点的基本原理为：在球管阴极存在两个栅极，根据系统需求通过专用电源输出快变电压给栅极，从而在栅极和球管阴极之间形成快变电场，球管阴极灯丝出射电子束在该快变电场的作用下轰击到阳极靶盘上的焦点位置会同步快变。栅极电压波形是翻转沿为μs量级的高压方波，传统dc-dc的输出切换速度难以满足需求。一种做法是对于某一次ct扫描，提前根据系统需求建立好两个稳态电平v1和v2，之后通过开关对其进行切换。显然该开关是高压开关，其中一种相对低成本的实现方式是采用多个开关管串联，每一个开关管都可以是低压开关管。在图1中，两个串联开关支路分别连接着v1和v2，当其中一个开关支路导通时，另一个开关支路处于关断状态，此时输出电压为导通开关支路对应电压。当需要切换电压时，以从v1切换到v2为例，首先关断串联开关1，再导通串联开关2，在限流电路的作用下，输出电压经过一段过度时间后即可从v1切换到v2。

针对于开关管的驱动电路，需要进行隔离，传统的隔离方式包括光隔离、电容隔离、磁隔离三种。由于磁隔离的隔离方式不但结构简单，而且能实现功率信号和逻辑信号的同时传输，因此传统的开关管驱动电路一般采用磁隔离的隔离方式。然而，传统的运用磁隔离的开关管驱动电路与驱动方法，存在一个严重的问题，不能保证两个串联开关支路中的每个开关管单元同时且稳定的断开与闭合。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统开关管驱动电路与驱动方法不能保证两个串联开关支路中的每个开关管单元同时且稳定的断开与闭合的问题，提供一种开关管驱动电路的驱动方法。

本申请提供一种开关管驱动电路的驱动方法，包括：

接收上位机发送的输出电压切换指令，

依据所述输出电压切换指令输出具有带载能力的第一方波和第二方波，所述第一方波用于驱动第一开关支路中的一个或多个第一开关单元执行第一开关动作，以关断所述一个或多个第一开关单元；所述第二方波用于驱动第二开关支路中的一个或多个第二开关单元执行第二开关动作，以开启所述一个或多个第二开关单元，完成所述开关管驱动电路的输出电压由第一输出电压向第二输出电压的切换；

在所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换的过程中，所述一个或多个第一开关单元的输出电压为负电压。

本申请涉及一种开关管驱动电路的驱动方法，通过设置上位机发出输出电压切换指令，通过开关管驱动电路中的驱动单元依据所述输出电压切换指令生成具有带载能力的第一方波和第二方波，实现驱动第一开关支路中的一个或多个第一开关单元，以及第二开关支路中的一个或多个第二开关单元同时执行开关动作，完成第一输出电压向所述第二输出电压的切换，使得所述开关管驱动电路输出预期电压。在所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换的过程中，所述一个或多个第一开关单元的输出电压为负电压，从而保证了第一开关支路和第二开关支路不会误导通，且第一开关支路本身包括的多个第一开关单元之间，以及第二开关支路本身包括的多个第二开关单元之间也不会误导通，保证了开关管驱动电路中的第一输出电压向所述第二输出电压的稳定可靠的切换，不损坏开关管驱动电路中的开关管装置。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的传统方案的开关管驱动电路的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的驱动方法的流程示意图；

图3为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的驱动方法中的驱动逻辑时序图；

图4为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的驱动方法中的驱动逻辑时序图；

图5为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的驱动方法中的驱动逻辑时序图；

图6为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的驱动方法中的驱动逻辑时序图；

图7为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的驱动方法中的驱动逻辑时序图；

图8为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的驱动方法中的驱动逻辑时序图；

图9为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的驱动方法中的驱动逻辑时序图；

图10为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的结构示意图；

图11为本申请一实施例提供的开关管驱动电路的结构示意图；

图12为本申请一实施例提供的开关管驱动系统的结构示意图。

附图标记：

10开关管驱动电路

100驱动单元

110处理器

120第一方波电源转换电路

130第一隔离变压器

140第二方波电源转换电路

150第二隔离变压器

200开关电路

210第一开关支路

220第一开关单元

221第一开关管装置

221a第一驱动端

221b第二驱动端

222第一均压电路

223第一驱动装置

230第二开关支路

240第二开关单元

241第二开关管装置

241a第三驱动端

241b第四驱动端

242第二均压电路

243第二驱动装置

250预期电压输出节点

20上位机

30第一稳态电压源

40第二稳态电压源

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供一种开关管驱动电路的驱动方法。

需要说明的是，本申请提供的开关管驱动电路的驱动方法不限制其应用领域与应用场景。本申请提供的开关管驱动电路的驱动方法，应用于一切启动电压高，且可以实现低频电压转换高频电压的开关管驱动电路。可选地，本申请提供的开关管驱动电路的驱动方法应用于ct系统中的开关管驱动电路10，以实现飞焦点技术。

本申请提供的开关管驱动电路的驱动方法并不限制其执行主体。可选地，所述的执行主体可以为开关管驱动电路10中的驱动单元100。具体地，所述执行主体可以为所述驱动单元100中的一个或多个处理器110。

如图2所示，在本申请的一实施例中，所述开关管驱动电路的驱动方法包括如下步骤s100至步骤s200：

s100，接收上位机20发送的输出电压切换指令。

具体地，所述上位机20可以为任意与所述开关管驱动电路10连接的处理终端。所述上位机20用于向所述开关管驱动电路10中的驱动单元100发出输出电压切换指令。所述开关驱动电路基于所述输出电压切换指令，完成第一输出电压向所述第二输出电压的切换。

s200，依据所述输出电压切换指令输出具有带载能力的第一方波和第二方波。所述第一方波用于驱动第一开关支路210中的一个或多个第一开关单元220执行第一开关动作，以关断所述一个或多个第一开关单元220。所述第二方波用于驱动第二开关支路230中的一个或多个第二开关单元240执行第二开关动作，以开启所述一个或多个第二开关单元240，完成所述开关管驱动电路10的输出电压由第一输出电压向第二输出电压的切换。在所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换的过程中，所述一个或多个第一开关单元220的输出电压为负电压。

具体地，需要说明的是，第一开关单元220的输出电压为所述第一开关单元220中驱动装置的驱动电压。如图11所示，所述第一开关单元220包括第一开关管装置221、第一均压电路222和第一驱动装置223。所述第一驱动装置223即为所述第一开关单元220中的驱动装置。所述第一开关单元220的输出电压指的是所述第一驱动装置223的驱动电压。同理，所述第二开关单元240的输出电压为所述第二驱动装置243的驱动电压，后续内容不再重复说明。

如图1所示，在传统的开关管驱动电路10中，在输出电压从v1切换到v2的过度过程中，串联开关1内部各开关管正处于动态均压过程。此时随着串联开关1两端总电压发生变化，开关管的门极可能被耦合出充电电流，从而导致门极电压有被抬升趋势。当门极驱动此时不能提供负压或极低内阻通路时，被抬升的门极电压可能会使开关管的内阻发生变化，从而影响多管串联动态均压过程，增加开关管过压损坏风险。极端情形下，被抬升的门极电压会超过开关管导通所需阈值，使得相应的开关管被导通后不再参与串联分压，从而会大幅增加其他未导通开关管的过压风险。

如图12所示，本申请中的驱动单元100可以依据所述输出电压切换指令输出具有带载能力的第一方波和第二方波。所述第一方波用于驱动第一开关支路210中的一个或多个第一开关单元220同时执行第一开关动作。也即，一个或多个第一开关单元220是同时断开或同时闭合的。这是出于安全性考虑。同理，一个或多个第二开关单元240也是同时断开或同时闭合的。

当第一输出电压v1没有切换至第二输出电压v2时，预期电压v0的电压数值为第一输出电压v1。在所述第一输出电压v1切换至第二输出电压v2的过程中，本申请在保持所述一个或多个第一开关单元220的输出电压为负电压(即同时关断一个或多个第一开关单元220)的情况下，再同时开启一个或多个第二开关单元240，保证了开关管驱动电路10中的第一输出电压向所述第二输出电压的稳定可靠的切换，不损坏开关管驱动电路10中的开关管装置(即第一开关管装置221和第二开关管装置241)。

本实施例中，通过设置上位机20发出输出电压切换指令，通过开关管驱动电路10中的驱动单元100依据所述输出电压切换指令生成具有带载能力的第一方波和第二方波，实现驱动第一开关支路210中的一个或多个第一开关单元220，以及第二开关支路230中的一个或多个第二开关单元240同时执行开关动作，完成第一输出电压向所述第二输出电压的切换，使得所述开关管驱动电路10输出预期电压。在所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换的过程中，所述一个或多个第一开关单元220的输出电压为负电压，从而保证了第一开关支路210和第二开关支路230不会误导通，且第一开关支路210本身包括的多个第一开关单元220之间，以及第二开关支路230本身包括的多个第二开关单元240之间也不会误导通，保证了开关管驱动电路10中的第一输出电压向所述第二输出电压的稳定可靠的切换，不损坏开关管驱动电路10中的开关管装置(即第一开关管装置221和第二开关管装置241)。

在本申请的一实施例中，所述步骤s200包括如下步骤s210至步骤s252。本实施例应用于所述开关驱动电路无法提前预知下一次输出电压切换指令来临时刻的情形。

s210，获取当前时间节点，以及与所述当前时间节点对应的所述第一开关单元220的输出电压。

具体地，所述当前时间节点为，所述驱动单元100接收所述输出电压切换指令的时间节点。此时，所述驱动单元100获取与所述当前时间节点对应的所述第一开关单元220的输出电压，以获知所述第一开关单元220的在当前时间节点下的输出状态。

s230，判断在所述当前时间节点下，所述第一开关单元220的输出电压是正电压还是负电压。在所述当前时间节点下，所述第一开关单元的输出电压的频率为第一频率。

具体地，如图3所示，本申请中的步骤s210至步骤s252是以第一输出电压向第二输出电压切换为例。那么在此例基础上，默认所述第一开关单元220初始是开启状态，输出电压为第一输出电压v1。从图3中显示的波形可以看出所述第一开关单元220初始以第一频率有规律地输出方波电压。此时所述第二开关单元240是断开状态，第二开关单元240输出电压为0。在此阶段，所述驱动单元100接收所述输出电压切换指令。进一步地，在所述当前时间节点下，所述驱动单元100可以依据所述第一开关单元220的输出电压，判断所述第一开关单元220的输出电压是正电压还是负电压。

s251，若在所述当前时间节点下，所述第一开关单元220的输出电压是负电压，则确定所述当前时间节点处于所述第一开关单元220的输出电压波形的负半周。进一步地，输出具有带载能力的第一方波和第二方波。所述第一方波用于控制所述第一开关单元220以所述第一频率继续输出剩余负半周。并在所述第一开关单元220以所述第一频率输出所述剩余负半周结束后，所述第一方波控制所述第一开关单元220以第二频率输出正半周。所述第二方波用于控制所述第二开关单元240的输出电压为0，直至所述第一开关单元220以所述第二频率输出的正半周结束。

如图3所示，输出电压切换指令的变化曲线，在竖线位置发生变化，这表示在此时间节点，所述驱动单元100接收到所述输出电压切换指令。如图3所示，可以看出，此时所述第一开关单元220当前输出的是负半周，且为以所述第一频率输出的负半周。当所述驱动单元100判断所述第一开关单元220的输出电压是负电压，则可以确定所述当前时间节点处于所述第一开关单元220的输出电压波形的负半周，进一步所述驱动单元100输出所述第一方波和所述第二方波，所述第一方波用于控制所述第一方波后续输出的电压波形。所述第二方波用于控制所述第二方波后续输出的电压波形。

具体地，如图3所示，由于所述开关驱动电路无法提前预知下一次输出电压切换指令来临时刻的情形。因此，在所述驱动单元100接收所述输出电压切换指令后，所述驱动单元100输出所述第一方波。所述第一方波控制所述第一开关单元220以所述第一频率继续输出剩余负半周。所述剩余负半周输出结束后，所述第一方波控制所述第一开关单元220以所述第二频率输出一个正半周。与此同时，所述第二方波控制所述第二开关单元240的输出电压为0。

可选地，所述第一频率大于所述第二频率。可以理解，频率越大，周期越短，频率越小，周期越长。以所述第一频率输出的波形为短周期波形，以所述第二频率输出的波形为长周期波形。

s252，若在所述当前时间节点下，所述第一开关单元220的输出电压是正电压，则确定所述当前时间节点处于所述第一开关单元220的输出电压波形的正半周。进一步地，输出具有带载能力的第一方波和第二方波。所述第一方波用于控制所述第一开关单元220延长所述第一开关单元220所输出正半周的时间，并控制所述第一开关单元220以第二频率输出剩余正半周。所述第二方波用于控制所述第二开关单元240的输出电压为0，直至所述第一开关单元220以所述第二频率输出的正半周结束。

具体地，如图4所示，当所述驱动单元100接收所述输出电压切换指令时，此时所述第一开关单元220当前输出的是正半周，且为以所述第一频率输出的正半周。当所述驱动单元100判断所述第一开关单元220的输出电压是正电压，则可以确定所述当前时间节点处于所述第一开关单元220的输出电压波形的正半周。进一步所述驱动单元100输出所述第一方波和所述第二方波。所述第一方波用于控制所述第一方波后续输出的电压波形。所述第二方波用于控制所述第二方波后续输出的电压波形。

具体地，如图4所示，由于所述开关驱动电路无法提前预知下一次输出电压切换指令来临时刻的情形。因此，在所述驱动单元100接收所述输出电压切换指令后，所述驱动单元100输出所述第一方波。所述第一方波用于控制所述第一开关单元220延长所述第一开关单元220所输出正半周的时间，并控制所述第一开关单元220以第二频率输出剩余正半周。前述内容已经提及，所述第一频率大于所述第二频率。也即，所述第一方波控制所述第一开关单元220先由输出短周期的剩余正半周转变为输出长周期的剩余正半周。

本实施例中，通过在输出电压切换指令来临时刻，判断所述第一开关单元220的输出电压是正电压还是负电压，从而输出不同的第一方波控制所述第一开关单元220输出不同的电压波形，可以在所述开关驱动电路无法提前预知下一次系统切换指令来临时刻的情形时，平稳进入电压转换的波形状态。

在本申请的一实施例中，在所述第一开关单元220以所述第二频率输出正半周结束后，所述第一方波还用于，控制所述第一开关单元220以所述第二频率输出负半周，持续第一时间段，以关断所述第一开关单元220。所述第二方波还用于在所述第一时间段内，控制所述第二开关单元240的输出电压为0。

具体地，所述步骤s251和步骤s252为两种输出电压切换指令的不同来临时刻的波形走势。在这两种情况下，所述第一开关单元220均以所述第二频率输出完了一个完整的正半周。在所述第一开关单元220以所述第二频率输出正半周结束后，这两种情况后续的波形走势一致，均以所述第二频率输出一整个负半周。可选地，整个负半周的输出时间可以包括第一时间段。

如图3所示，所述第一时间段为图3中的t1。在所述第一时间段内，所述第一方波控制所述第一开关单元220以所述第二频率输出负半周，所述第二方波控制所述第二开关单元240的输出电压为0。所述第一时间段又称为死区时间。在所述第一时间段内，可以理解，所述第一开关单元220输出负电压，所述第二开关单元240输出电压为0。所述第一时间段的设立，是为了使得所述第一开关单元220中的第一开关管装置221的两个驱动端(即第一驱动端221a和第二驱动端221b)有足够的时间产生稳定的负电压。在所述两个驱动端产生稳定的负电压之后，所述第一开关单元220完全处于关断状态，此时再开启所述第二开关单元240，执行后续的电压转化过程。所述第一时间段的具体长度，可以人为预先设定。

本实施例中，通过设立第一时间段，可以使得所述第一开关单元220中的第一开关管装置221的两个驱动端有足够的时间产生稳定的负电压，从而使得在所述两个驱动端产生稳定的负电压之后，再开启所述第二开关单元240，执行后续的电压转化过程，避免一个或多个所述第一开关单元220与一个或多个所述第二开关单元240之间产生误导通的现象，烧坏第一开关单元220的第一开关管装置221或第二开关单元240中的第二开关管装置241。

在本申请的一实施例中，在所述第一时间段结束后，所述第一方波还用于，控制所述第一开关单元220继续以所述第二频率输出负半周，持续第二时间段，直至所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换完成。在所述第二时间段内，所述第二方波还用于，控制第二开关单元240以第三频率输出正半周，以开启所述第二开关单元240。

具体地，请继续参阅图3，在所述第一时间段结束后，所述第一开关单元220已经建立起稳定负电压。此时，所述第二方波控制所述第二开关单元240以第三频率输出正半周，以开启所述第二开关单元240，持续第二时间段。所述第二时间段为图3中的t2。可以理解，在所述第二时间段内，所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换完成。此时，所述第二开关单元240处于完全开启的状态。

在所述第二时间段内，所述第二方波控制所述第二开关单元240以所述第三频率输出正半周，持续第二时间段，直至所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换完成。在所述第二时间段内，所述第一方波控制所述第一开关单元220以所述第二频率输出负半周，以保持所述第一开关单元220的输出电压为负电压。

本实施例中，不增加额外的硬件成本，仅通过方波与控制逻辑，在第二开关单元240开启的过程中，通过移相的方式使得所述第一开关单元220处于负电压状态，避免一个或多个所述第一开关单元220与一个或多个所述第二开关单元240之间产生误导通的现象，避免烧坏第一开关单元220中的第一开关管装置221或第二开关单元240中的第二开关管装置241。同时，当所述第一开关单元220为多个，所述第二开关单元240为多个时，多个第一开关单元220之间也不会误导通，多个第二开关单元240之间也不会误导通。此外，没有增加额外的硬件成本，节约了成本。

在本申请的一实施例中，在所述第二时间段结束后，所述第一方波还用于，控制所述第一开关单元220的输出电压为0，直至接收到所述上位机20发送的下一个输出电压切换指令为止。在所述第二时间段结束后，所述第二方波还用于，控制所述第二开关单元240以所述第三频率输出负半周。在所述第二开关单元240以所述第三频率输出负半周后，所述第二方波还用于控制所述第二开关单元240以第四频率输出方波电压，直至接收到所述上位机20发送的下一个输出电压切换指令为止。

具体地，请继续参阅图3，在所述第二时间段结束后，所述第一方波控制所述第一开关单元220的输出电压为0。由于所述第二开关单元240在所述第二时间段以所述第三频率输出了正半周，为了保证伏秒平衡，所述第二方波控制所述第二开关单元240以所述第三频率输出负半周。进一步地，在以所述第三频率输出负半周后，所述第二方波控制所述第二单元以第四频率输出方波电压。至此，所述第一输出电压向所述第二输出电压切换完毕。所述第三频率小于所述第四频率。可以理解，以所述第三频率输出的正半周和负半周为长周期。以所述第四频率输出的正半周和负半周为短周期。

本实施例中，在所述第二时间段结束后，通过设置所述第一方波和所述第二方波的控制逻辑，使得所述第一输出电压平稳过渡至所述第二输出电压。

在本申请的一实施例中，在所述第二时间段结束后，所述第一方波还用于，控制所述第一开关单元220继续以所述第二频率输出负半周，持续第三时间段，直至所述第一开关单元220结束负半周的输出。

具体地，如图5所示，所述第三时间段为图5中的t3。本实施例与前述实施例的区别在于，本实施例中，在所述第二时间段结束后，所述第一方波不直接控制所述第一开关单元220结束负半周的输出。而是控制所述第一开关单元220继续以所述第二频率输出负半周，持续第三时间段，直至所述第一开关单元220结束负半周的输出。

所述第三时间段的时间长度大于或等于0。即，所述第三时间段可以存在，也可以不存在。当所述第三时间段的时间长度为0时，就变为所述第一开关单元220以所述第二频率输出负半周的时间周期只包括第一时间段和第二时间段的实施例，如图3所示。当所述第三时间段的时间长度大于0时，就变为所述第一开关单元220以所述第二频率输出负半周的时间周期包括第一时间段、第二时间段和第三时间段的实施例，如图5所示。如图11所示，输出预期电压v0的预期电压输出节点250处可能会存在寄生电容(图中未示出)，寄生电容会导致整个驱动电路产生电感阻抗。因此，所述第三时间段为排除干扰的过程。可以理解，所述第三时间段的设立是可以让第二输出电压v2更稳定的传输至预期电压输出节点250，输出预期电压v0，从而使得预期电压v0在数值上等于第二输出电压v2。

本实施例中，在所述第二时间段结束后，通过第一方波控制所述第一开关单元220继续以所述第二频率输出负半周，持续第三时间段，使得第二输出电压v2更稳定的传输至预期电压输出节点250，排除寄生电容对线路的干扰。

在本申请的一实施例中，在所述第二时间段结束后，所述第二方波还用于，控制所述第二开关单元240以所述第三频率继续输出正半周，持续第四时间段，直至所述第二开关单元240结束正半周的输出。

具体地，如图6所示，所述第四时间段为图6中的t4。本实施例与前述实施例的区别在于，本实施例中，在所述第二时间段结束后，所述第二方波不直接控制所述第二开关单元240结束正半周的输出。而是控制所述第二开关单元240继续以所述第三频率输出正半周，持续第四时间段，直至所述第二开关单元240结束正半周的输出。

本实施例中，如图6和图7所示，所述第四时间段为图6和图7中的t4。所述第四时间段的时间长度大于或等于0。即，所述第四时间段与所述第三时间段类似，所述第四时间段可以存在，也可以不存在。

图5中的实施例为所述第三时间段存在，所述第四时间段不存在的实施例，即所述第三时间段的时间长度大于0，所述第四时间段的时间长度等于0。图6中的实施例为所述第三时间段不存在，所述第四时间段存在的实施例，即所述第三时间段的时间长度等于0，所述第四时间段的时间长度大于0。图7中的实施例为所述第三时间段存在，且所述第四时间段也存在的实施例，即所述第三时间段的时间长度大于0，所述第四时间段的时间长度也大于0。

此外，需要说明的是，所述第四时间段和所述第三时间段之间也没有时间长度大小的制约关系。即，所述第三时间段的时间长度既可以大于所述第四时间段的时间长度，也可以小于所述第四时间段的时间长度。图7示出的实施例为所述第四时间段的时间长度大于所述第三时间段的时间长度的实施例。

本实施例中，通过在所述第二时间段结束后，所述第二方波控制所述第二开关单元240以所述第三频率继续输出正半周，持续第四时间段，使得第二输出电压v2更稳定的传输至预期电压输出节点250。

在本申请的一实施例中，所述第一频率大于所述第二频率，所述第三频率小于所述第四频率。

具体地，所述第一频率大于所述第二频率。所述第三频率小于所述第四频率。频率越大，周期越短。频率越小，周期越长。前述内容已经对此部分进行了解释。如图3所示，在所述第一输出电压向所述第二输出电压切换的过程中，所述第一方波控制所述第一开关单元220的输出电压频率由第一频率切换至第二频率，相当于初始输出了一整个低频周期，然后输出电压变为0。所述第二方波控制所述第二开关单元240初始以第三频率输出一整个低频周期，后续以第四频率输出正常的多个高频周期。可以理解，在电压切换过程中，所述第一开关单元220和所述第二开关单元240都是先输出了一个低频周期。这是因为，在电压切换过程中涉及到第一开关单元220和第二开关单元240的闭合/断开，如果不输出低频周期，会导致整个驱动电路产生纹波，导致电流溢出，烧坏驱动电路中的元器件。

所述第一频率和所述第二频率的差值不必过大。可选地，所述第一频率和所述第二频率的差值可以处于2v至3v的范围区间内。同理，所述第三频率和所述第四频率的差值也可以处于2v至3v的范围区间内。

本实施例中，通过设置第一频率大于所述第二频率，所述第三频率小于所述第四频率，可以使得在电压切换过程中，所述第一开关单元220和所述第二开关单元240均可以保证至少先输出一个相对低频的周期，避免整个开关管驱动电路10产生纹波导致电流溢出，避免烧坏开关管驱动电路中10的开关管装置(即第一开关管装置221和第二开关管装置241)。

在本申请的一实施例中，所述步骤s200包括如下步骤s220至步骤s262。本实施例与步骤s210至s251的实施例的区别是，步骤s210至s252的实施例，应用于所述开关驱动电路无法提前预知下一次输出电压切换指令来临时刻的情形。本实施例可以应用于所述开关驱动电路已提前预知下一次电压切换指令来临时刻的情形。

s220，获取当前时间节点，以及与所述当前时间节点对应的所述第一开关单元220的输出电压。

具体地，所述步骤s220与所述步骤s210类似，此处不再赘述。

s240，判断在所述当前时间节点下，所述第一开关单元220的输出电压是正电压还是负电压。在所述当前时间节点下，所述第一开关单元的输出电压的频率为第一频率。

具体地，所述步骤s240与所述步骤s230类似，此处不再赘述。

s261，若在所述当前时间节点下，所述第一开关单元220的输出电压是正电压，则确定所述当前时间节点处于所述第一开关单元220的输出电压波形的正半周。进一步地，输出具有带载能力的第一方波和第二方波。所述第一方波用于控制所述第一开关单元220以第五频率输出负半周，持续第五时间段，以关断所述第一开关单元220。所述第二方波用于在所述第五时间段内，控制所述第二开关单元240的输出电压为0。

具体地，在未接收到输出电压切换指令时，所述第一开关单元220以所述第一频率正常输出周期性的方波电压。与步骤s210至s252的实施例不同，本实施例中的步骤s261，如图8所示，当接收到输出电压切换指令时，若所述第一开关单元220当前输出的是正半周，则所述第一方波控制所述第一开关单元220直接下拉至负半周，并以第五频率输出负半周。所述第五频率小于所述第一频率。即所述第一方波立即中止所述第一开关单元220输出短周期的正半周，且控制所述第一开关单元220立即输出长周期的负半周。与步骤s210至s252的实施例相似的是，所述第五时间段等同于步骤s210至s252的实施例中的第一时间段，为死区时间。如图8所示，在步骤s261中，第五时间段为图8中的t5。

s262，若在所述当前时间节点下，所述第一开关单元220的输出电压是负电压，则确定所述当前时间节点处于所述第一开关单元220的输出电压波形的负半周。进一步地，输出具有带载能力的第一方波和第二方波。所述第一方波用于控制所述第一开关单元220延长所述第一开关单元220所输出负半周的时间。所述第一方波进一步控制所述第一开关单元220以所述第五频率输出剩余负半周，持续所述第五时间段。所述第二方波还用于在所述第五时间段内，控制所述第二开关单元240的输出电压为0。

具体地，在未接收到输出电压切换指令时，所述第一开关单元220以所述第一频率正常输出周期性的方波电压。与步骤s210至s252的实施例不同，本实施例中的步骤s262，如图9所示，当接收到输出电压切换指令时，若所述第一开关单元220当前输出的是负半周，则所述第一方波延长所述第一开关单元220所输出负半周的时间，并以所述第五频率输出剩余正半周，持续所述第五时间段。而不是如步骤s210至s252的实施例中的以第一频率输出剩余负半周之后，再以第五频率输出正半周。这二者有本质的区别。

本步骤s262中，由于当接收到输出电压切换指令时，所述第一开关单元220已经输出了是负半周，若该负半周的时间长度大于或等于预先设定的第五时间段，则所述第五时间段为0。此时说明已经有充足的时间，使得所述第一开关单元220中的第一开关管装置221的两个驱动端(即第一驱动端221a和第二驱动端221b)有足够的时间产生稳定的负电压。

反之，若该负半周的时间长度小于预先设定的第五时间段，则所述第五时间段大于0。且所述第五时间段和该负半周的时间长度的和，必须大于或等于预设的初始死区时间。可以认为，所述第五时间段和该负半周的时间长度的和，等同于步骤s210至s252的实施例中的第一时间段。如图9所示，在步骤s261中，第五时间段为图9中的t5。

本实施例中，通过在输出电压切换指令来临时刻，判断所述第一开关单元220的输出电压是正电压还是负电压，从而输出不同的第一方波控制所述第一开关单元220输出不同的电压波形，可以在所述开关驱动电路已提前预知下一次系统切换指令来临时刻的情形时，快速进入电压转换的波形状态-

在本申请的一实施例中，在所述第五时间段结束后，所述第一方波用于，控制所述第一开关单元220以所述第五频率继续输出负半周，持续第六时间段，直至第一输出电压向所述第二输出电压的切换完成。在所述第六时间段内，所述第二方波还用于，控制所述第二开关单元240以第六频率输出正半周，以开启所述第二开关单元240。

具体地，如图8和图9所示，所述步骤s261和步骤s262为两种输出电压切换指令的不同来临时刻的波形走势。在所述第五时间段结束后，这两种情况后续的波形走势一致，即所述第一方波均控制所述第一开关单元220以所述第五频率输出一整个负半周，所述第二方波均控制所述第二开关单元240以第六频率输出一整个正半周，持续第六时间段。如图8和图9所示，第六时间段为图8和图9中的t6。

所述第六时间段(图8和图9中的t6)与前述实施例中的第二时间段(即图3中的t2)类似。在所述第六时间段内，所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换完成。此时，所述第二开关单元240处于完全开启的状态。与此同时，所述一开关单元的输出电压保持负电压状态。

本实施例中，不增加额外的硬件成本，仅通过方波与控制逻辑，在第二开关单元240开启的过程中，通过移相的方式使得所述第一开关单元220处于负电压状态，避免一个或多个所述第一开关单元220与一个或多个所述第二开关单元240之间产生误导通的现象，避免烧坏第一开关单元220或第二开关单元240中的元器件。同时，当所述第一开关单元220为多个，所述第二开关单元240为多个时，多个第一开关单元220之间也不会误导通，多个第二开关单元240之间也不会误导通。此外，没有增加额外的硬件成本，节约了成本。

在本申请的一实施例中，在所述第六时间段结束后，所述第一方波还用于，控制所述第一开关单元220以第七频率输出正半周，持续第七时间段。在所述第七时间段结束后，所述第一方波还用于控制所述第一开关单元220的输出电压为0，直至接收到所述上位机20发送的下一个输出电压切换指令为止。

在所述第六时间段结束后，所述第二方波还用于，控制所述第二开关单元240以所述第六频率输出负半周。在所述第二开关单元240以所述第六频率输出负半周结束后，所述第二方波还用于，控制所述第二开关单元240以第四频率输出方波电压，直至接收到所述上位机20发送的下一个输出电压切换指令为止。

具体地，如图8所示，由于所述开关驱动电路已提前预知下一次系统切换指令来临时刻的情形，当接收到输出电压切换指令时，所述第一开关单元220当前输出的是正半周，所述第一方波控制所述第一开关单元220直接下拉至负半周，并以第五频率输出负半周。因此，作为一整个电压输出周期而言，所述第一开关单元220的低频输出波形没有满足伏秒平衡，正半周没有输出完即下拉输出负半周。为了满足伏秒平衡，需要在负半周输出结束后，补充输出第一个正半周。因此，在所述第六时间段结束后，所述第一方波控制所述第一开关单元220以第七频率输出正半周，持续第七时间段。如图8所示，第七时间段为t7。

此外，为满足伏秒平衡，需要满足以下公式1：

u1×t8+u3×t7＝u2×(t5+t6)公式1

其中，u1为所述第一开关单元220以第一频率输出正半周时，输出的正电压值的绝对值。t8为所述第一开关单元220以第一频率输出正半周的时间长度。u3为所述第七时间段内，所述第一开关单元220以第七频率输出正半周时，输出的正电压值的绝对值。t7为所述第七时间段。u2为所述第一开关单元220以第五频率输出负半周时，输出的负电压值的绝对值。t5为第五时间段。t6为第六时间段。

请参见图9，图9的实施例与图8的实施例类似，由于当接收到输出电压切换指令时，所述第一开关单元220当前输出的是负半周，所述第一方波延长所述第一开关单元220所输出负半周的时间，并以第五频率输出剩余负半周。可以理解，作为一整个电压输出周期而言，所述第一开关单元220的低频输出波形没有满足伏秒平衡，正半周是短周期，负半周是长周期。

为了满足伏秒平衡，需要在负半周输出结束后，需要补充输出第一个正半周。因此，在所述第六时间段结束后，所述第一方波控制所述第一开关单元220以第七频率输出正半周，持续第七时间段。如图9所示，第七时间段为t7。

此外，为满足伏秒平衡，需要满足以下公式2：

u4×t9+u6×t7＝u5×(t10+t5+t6)公式2

其中，u4为所述第一开关单元220以第一频率输出正半周时，输出的正电压值的绝对值。t9为所述第一开关单元220以第一频率输出正半周的时间长度。u6为所述第七时间段内，所述第一开关单元220以第七频率输出正半周时，输出的正电压值的绝对值。t7为所述第七时间段。u5为所述第一开关单元220输出整个负半周时，输出的负电压值的绝对值。t5为第五时间段。t6为第六时间段。t10为所述第一开关单元220以第一频率输出部分负半周时的时间长度。

本实施例中，在所述第六时间段结束后，通过所述第一方波控制所述第一开关单元220以第七频率输出正半周，持续第七时间段，使得所述第一开关单元220的电压波形满足伏秒平衡，且所述第七时间段和所述第七频率均可以由试验人员预设，实现了对下一次系统切换指令来临时刻的情形的预知与驱动电路波形设计。

在本申请的一实施例中，所述第五频率小于所述第一频率，所述第六频率小于所述第四频率。

具体地，所述第五频率与所述第一频率的关系，类似于前述实施例中的第一频率与第二频率的关系。所述第六频率和第四频率的关系，类似于前述实施例中的第三频率与第四频率的关系，此处不再赘述。

本实施例中，通过设置第五频率小于所述第一频率，所述第六频率小于所述第四频率，可以使得在电压切换过程中，所述第一开关单元220和所述第二开关单元240均可以保证至少先输出一个相对低频的周期，避免整个开关管驱动电路10产生纹波导致电流溢出，避免烧坏开关管驱动电路10中的开关管装置(即第一开关管装置221和第二开关管装置241)。

在本申请的一实施例中，所述第七频率小于所述第五频率。且当所述第一开关单元220以所述第七频率输出正半周时，所述第一开关单元220输出的正电压值小于所述第一开关单元220的导通阈值电压值。

具体地，如图8和图9所示，在所述第二开关单元240开启时，所述第一开关单元220正常应当关闭并处于负电压或零电压状态。然而，所述第一开关单元220又需要以所述第七频率输出一个正半周，以满足伏秒平衡。因此，在所述第七时间段内，所述第一开关单元220输出的正电压值，应当小于所述第一开关单元220的导通阈值电压值。这样既可以保证所述第一开关单元220的电压波形满足伏秒平衡，又确保了所述第一开关单元220处于关闭状态，不会误导通。

本实施例中，通过设置所述第一开关单元220输出的正电压值小于所述第一开关单元220的导通阈值电压值，不但可以保证所述第一开关单元220的电压波形满足伏秒平衡，而且确保了所述第一开关单元220处于关闭状态，不会误导通。

本申请还提供一种开关管驱动电路10。

如图10所示，在本申请的一实施例中，所述开关管驱动电路10包括驱动单元100和开关电路200。所述驱动电路与所述驱动单元100电连接。驱动单元100用于执行前述内容提及的开关管驱动电路的驱动方法。所述开关电路200用于在所述第一方波和第二方波的驱动下，执行开关动作，完成第一输出电压向所述第二输出电压的切换，使得整个开关管驱动电路10输出预期电压。

具体地，所述驱动单元100可以输出具有带载能力的第一方波和第二方波。所述开关电路200用于在所述第一方波和第二方波的驱动下，执行开关动作，完成第一输出电压向所述第二输出电压的切换，使得整个开关管驱动电路10输出预期电压vo。

本实施例中，通过设置驱动单元100和开关电路200，可以保证所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换的过程中，开关电路200中的元器件不会误导通。

如图11所示，在本申请的一实施例中，所述开关电路200包括第一开关支路210、第二开关支路230与预期电压输出节点250。所述预期电压输出节点250分别与所述第一开关支路210和所述第二开关支路230电连接。第一开关支路210包括一个或多个互相串联的第一开关单元220。第二开关支路230包括一个或多个互相串联的第二开关单元240。所述预期电压输出节点250，用于输出所述预期电压。所述第一开关支路210与所述预期电压输出节点250之间设置有限流电路。所述第二开关支路230与所述预期电压输出节点250之间设置有限流电路。

所述第一开关单元220包括第一开关管装置221、第一均压电路222和第一驱动装置223。第一开关管装置221与所述驱动单元100电连接。所述第一开关管装置221包括第一驱动端221a与第二驱动端221b。所述第一驱动端221a与所述驱动单元100电连接。所述第一均压电路222并联于所述第一开关管装置221的两端。所述第一驱动装置223的一端与所述第二驱动端221b电连接。所述第一驱动装置223的另一端与所述驱动单元100电连接。

所述第二开关单元240包括第二开关管装置241、第二均压电路242和第二驱动装置243。第二开关管装置241与所述驱动单元100电连接。所述第二开关管装置241包括第三驱动端241a与第四驱动端241b。所述第三驱动端241a与所述驱动单元100电连接。所述第二均压电路242并联于所述第二开关管装置241的两端。所述第二驱动装置243的一端与所述第四驱动端241b电连接。所述第二驱动装置243的另一端与所述驱动单元100电连接。

具体地，所述第一驱动装置223和所述第二驱动装置243具体可以为tvs二极管(transientvoltagesuppressor，瞬态抑制二极管)、电容、电阻等任何可以实现电压切换的元器件，也可以使用二极管的单向导通特性单独配置开关管的开通驱动电阻和关断驱动电阻。可选地，作为一种成本最低的实施例，所述第一驱动装置223和所述第二驱动装置243可以为单个电阻。

所述第一开关支路210与所述预期电压输出节点250之间设置有限流电路。所述第二开关支路230与所述预期电压输出节点250之间设置有限流电路。限流电路的设计，是为了防止第一开关支路210与第二开关支路230同时导通，防止寄生电感对电压波形形成震荡，保障了第一输出电压向第二输出电压的平滑过渡。

本实施例中，通过开关管驱动电路10中的驱动单元100依据所述输出电压切换指令生成具有带载能力的第一方波和第二方波，实现驱动第一开关支路210中的一个或多个第一开关单元220，以及第二开关支路230中的一个或多个第二开关单元240同时执行开关动作，完成第一输出电压向所述第二输出电压的切换，使得所述开关管驱动电路10输出预期电压。在所述第一输出电压向所述第二输出电压的切换的过程中，所述一个或多个第一开关单元220的输出电压为负电压，从而保证了第一开关支路210和第二开关支路230不会误导通，且第一开关支路210本身包括的多个第一开关单元220之间，以及第二开关支路230本身包括的多个第二开关单元240之间也不会误导通，保证了开关管驱动电路10中的第一输出电压向所述第二输出电压的稳定可靠的切换，不损坏开关管驱动电路10中的开关管装置(即第一开关管装置221和第二开关管装置241)。

请继续参阅图11，在本申请的一实施例中，所述驱动单元100包括处理器110、第一方波电源转换电路120、第一隔离变压器130、第二方波电源转换电路140和第二隔离变压器150。所述第一方波电源转换电路120与所述处理器110电连接。所述第一隔离变压器130与第一方波电源转换电路120、所述第一驱动端221a和所述第二驱动端221b分别电连接。所述第二方波电源转换电路140与所述处理器110电连接。所述第二隔离变压器150与第二方波电源转换电路140、所述第三驱动端241a和所述第四驱动端241b分别电连接。

所述处理器110用于产生第一驱动信号和第二驱动信号。所述第一方波电源转换电路120，用于将所述第一驱动信号转换为具有带载能力的第一方波。所述第一隔离变压器130，用于将所述第一方波电源转换电路120输出的第一方波传输至所述第一开关支路210，以驱动所述第一开关支路210执行开关动作，完成第一输出电压向所述第二输出电压的切换。所述第二方波电源转换电路140，用于将所述第二驱动信号转换为具有带载能力的第二方波。所述第二隔离变压器150，用于将所述第二方波电源转换电路140输出的第二方波传输至所述第二开关支路230，以驱动所述第二开关支路230执行开关动作，完成第一输出电压向所述第二输出电压的切换。

具体地，所述处理器110可以为板载npu。

本申请还提供一种开关管驱动系统。

如图12所示，在本申请的一实施例中，所述开关管驱动系统包括上位机20、如前述内容提及的开关管驱动电路10、第一稳态电压源30与第二稳态电压源40。所述开关管驱动电路10与所述上位机20通信连接。所述第一稳态电压源30通过限流电路与所述开关管驱动电路10电连接。所述第二稳态电压源40通过限流电路与所述开关管驱动电路10电连接。

所述上位机20用于发出输出电压切换指令。所述开关管驱动电路10，用于依据所述输出电压切换指令，完成第一输出电压向所述第二输出电压的切换，使得所述开关管驱动电路10输出预期电压。所述第一稳态电压源30用于提供所述第一输出电压。所述第二稳态电压源40用于提供所述第二输出电压。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。