一種大功率mosfet負壓驅動電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大功率MOSFET負壓驅動電路，特別涉及一種利用電荷泵原理來實現定時關斷的半橋式大功率MOSFET負壓驅動電路。該電路包括半橋式驅動電路、保護電路、負壓電路和MOSFET管Q。所述的半橋式驅動電路由NPN型三極管T1和PNP型三極管T2組成；所述的保護電路由電容C1、二極管D和電阻R1組成；所述的負壓電路由電容C2、C3和電阻R2、R3組成；所述的MOSFET管Q的柵極G接在電容C1的負極；微處理器輸出的PWM信號同時接在雙極型三極管T1和T2的基極。該電路結構簡單、成本低廉，使用單一電源實現功率MOSFET的負壓驅動，提高了驅動電路的抗干擾性，防止干擾波對功率MOSFET的誤觸發。同時保證MOSFET定時關斷，在微處理器故障時，避免MOSFET長時間開通導致電流過大引起的器件損害。
【專利說明】—種大功率MOSFET負壓驅動電路
【技術領域】
[0001]本實用新型公開了一種大功率MOSFET負壓驅動電路，特別涉及一種利用電荷泵原理來實現定時關斷的半橋式大功率MOSFET負壓驅動電路。
【背景技術】
[0002]開關電源由于體積小、重量輕、效率高等優點，應用已經越來越普及。MOSFET由于開關速度快、易并聯、所需驅動功率小等優點已成為開關電源最常用的功率開關器件之一。功率MOSFET屬于電壓控制型器件，當其柵極和源極之間的電壓超過閥值電壓時，MOSFET就會導通。由于MOSFET存在結電容，關斷時其漏極和源極兩端電壓的突然上升將會通過結電容在柵極和源極兩端產生干擾電壓，干擾電壓波將會造成MOSFET的誤觸發。傳統常用的互補驅動電路的關斷回路阻抗小，關斷速度較快，但它不能提供負壓，故其抗干擾性較差。同時，傳統的高頻低功率MOSFET驅動電路，缺少MOSFET保護電路，當電路出現故障，輸出的PWM持續為高電平時，MOSFET將長時間導通，導致電路電流過大，造成電路元件損害等嚴重問題。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術存在的缺陷和不足，本實用新型的目的在于，提供一種大功率MOSFET負壓驅動電路，本實用新型可以保證在開關管開通瞬時，驅動電路提供足夠大的充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升至所需值，防止上升沿高頻振蕩，實現快速導通。同時在關斷期間，電路提供一定的負電壓，避免受到干擾導致MOSFET管誤導通。該電路還可以實現電路定時關斷，防止MOSFET管長時間導通，導致電路電流過大，造成電路元件損害等嚴重問題。
[0004]為了實現上述任務，本實用新型采用如下的技術解決方案:
[0005]一種大功率MOSFET負壓驅動電路，其特征在于，包括半橋式驅動電路、保護電路、負壓電路和MOSFET管Q，所述的半橋式驅動電路包括NPN型三極管Tl和PNP型三極管T2 ；所述的保護電路包括電容Cl、二極管D和電阻Rl ;所述的負壓電路包括電容C2、C3和電阻R2、R3 ;所述MOSFET管Q的柵極G與電容Cl的負極相連，MOSFET管Q的源極S同時與電容C3的正極和電阻R3相連；所述的NPN型三極管Tl集電極C與電源V+相連，三極管Tl的發射極E與PNP型三極管T2的集電極C相連；所述的PNP型三極管T2的基極B同時與三極管Tl的基極B和PWM的信號輸入端相連，三極管T2的發射極E與地相連，所述電容Cl的正極連接三極管Tl的發射極E ;所述二極管D的正極接地，二極管D的負極接電容Cl的負極；所述電阻Rl接在電容Cl的負極與地兩端；所述電容C2的正極與電源V+相連；所述電容C3的正極與電容C2的負極相連，電容C3的負極接地；所述電阻R2接在電源V+與電阻R3的兩端；所述電阻R3接在電阻R2與地的兩端。
[0006]本實用新型的有益效果是:
[0007]微處理器輸出的PWM信號為高電平時，三極管Tl導通，三極管T2截止，此時電容Cl的正極電壓突變為高電壓，電容Cl正負兩極的電壓差不發生突變，因此電容Cl的負極也突變為高電壓，使MOSFET管柵極G和源極S之間的電壓超過閥值電壓，這時MOSFET管Q開通。當電路出現故障，PWM輸出持續為高電平時，電源通過電阻Rl對電容Cl進行充電，電容Cl的正極電壓被箝位為高電壓，負極電壓不斷下降，直到MOSFET管柵極G和源極S之間的電壓小于導通閥值電壓時，MOSFET關斷，該充電過程為RC電路的階躍響應，通過選取合適的電容Cl和電阻Rl，可以實現MOSFET管可控的定時關斷時間。
[0008]微處理器輸出的PWM信號變為低電平后，由于電容Cl兩端電壓差不發生突變，電容Cl的負極瞬時減少至負電壓，同時由于電阻R2和R3的分壓作用，使得MOSFET管柵極G和源極S之間的電壓變為負值，實現了 MOSFET的負壓驅動關斷，提高了驅動電路的抗干擾性，以及關斷速度，適用于高頻場合。
[0009]電路結構簡單、成本低廉，可以實現MOSFET的負壓驅動以及定時關斷，提高了驅動電路的抗干擾性，在微處理器在出現故障時，防止MOSFET管長時間開通，有效避免了電路電流過大引起器件損害。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]以下結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的解釋說明。
[0011]圖1是電路原理圖；
[0012]圖2是電路中主要工作波形。
[0013]圖1中，Tl為NPN型三極管，T2為PNP型三極管，Q為MOSFET管，Cl、C2、C3為電容、D為二極管，R1、R2、R3為電阻。
[0014]圖2中，D為占空比，T為開關周期，DT為導通時間，(1-D) T為關斷時間，V_PWM為輸入PWM脈沖波形，V_GS為功率MOSFET的柵極和源極之間的電壓。
【具體實施方式】
[0015]如圖1中，由NPN型三極管Tl和PNP型三極管T2組成的半橋式驅動電路，在PWM信號輸出高電平時，三極管Tl導通，三極管T2截止，電源提供大電流對MOSFET的結電容充電，使MOSFET柵源極電壓迅速上升到所需值，保證開關管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩。由電容Cl、二極管D和電阻Rl組成的保護電路，通過合理匹配電阻Rl和電容Cl的數值可以實現MOSFET的自動定時關斷。在微處理器在出現故障時，防止MOSFET管長時間開通，有效避免了電路電流過大引起的器件損害。由電容C2、C3和電阻R2、R3組成的負壓電路，PWM輸出信號為低電平時，三極管Tl截止，三極管T2導通，MOSFET管的柵極電荷通過T2放電，同時由于電阻R2、R3對電源的分壓作用，MOSFET管的源柵極之間的電壓為負，實現了 MOSFET驅動電路的負壓關斷，提高了驅動電路的抗干擾性。
[0016]圖2為驅動電路中的幾個主要波形，設PWM信號的占空比為D，開關周期為T。在DT導通時間內，PWM輸出信號變為高電壓，MOSFET柵極與源極之間的電壓VGS變為最大值后開始不斷減少，VGS的電壓高于MOSFET源柵極之間的電壓閥值，MOSFET管Q開通。
[0017]當微處理器出現故障，輸出的PWM信號持續為高電平時，VGS不斷減少，直到降低于其電壓閥值，即可以實現MOSFET管Q的自動斷開。MOSFET的導通過程為RC電路的階躍響應，通過合理的選擇電容Cl和電阻Rl的數值可以準確控制MOSFET管Q的導通時間，避免電路長時間導通造成的電流過大，弓I起器件損害。在(1-D)T關斷期間，PWM輸出信號變為低電平，MOSFET柵極與源極之間的電壓VGS迅速下降至負壓，柵極電荷快速放電，實現了 MOSFET的負壓驅動關斷。由于電源與三極管Tl和T2間的導線分布電感和其元件的開關延時，使驅動電路在實際使用時不能提供很強的瞬時沖擊電流，使主回路中的功率M0SSFET不能快速開關。為此引入了電容C2和C3，利用其被短接時產生的沖擊電流加快了功率MOSFET的開關速度。
【權利要求】
1.一種大功率MOSFET負壓驅動電路，其特征在于，包括半橋式驅動電路、保護電路、負壓電路和MOSFET管Q，所述的半橋式驅動電路包括NPN型三極管Tl和PNP型三極管T2 ;所述的保護電路包括電容Cl、二極管D和電阻Rl ;所述的負壓電路包括電容C2、C3和電阻R2、R3 ;所述MOSFET管Q的柵極G與電容Cl的負極相連，MOSFET管Q的源極S同時與電容C3的正極和電阻R3相連；所述的NPN型三極管Tl集電極C與電源V+相連，三極管Tl的發射極E與PNP型三極管T2的集電極C相連；所述的PNP型三極管T2的基極B同時與三極管Tl的基極B和PWM的信號輸入端相連，三極管T2的發射極E與地相連，所述電容Cl的正極連接三極管Tl的發射極E ;所述二極管D的正極接地，二極管D的負極接電容Cl的負極；所述電阻Rl接在電容Cl的負極與地兩端；所述電容C2的正極與電源V+相連；所述電容C3的正極與電容C2的負極相連，電容C3的負極接地；所述電阻R2接在電源V+與電阻R3的兩端；所述電阻R3接在電阻R2與地的兩端。
【文檔編號】H02M3/06GK203406774SQ201320215600
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年4月25日 優先權日:2013年4月25日
【發明者】石冰珂, 蔣昆佑, 安夢琪, 薛濤 申請人:薛濤