專利名稱：一種隔離型可快速關(guān)斷的mosfet驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子驅(qū)動(dòng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種隔離型可快速關(guān)斷的 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，該電路適用于對(duì)驅(qū)動(dòng)電路抗干擾性強(qiáng)，需要快速關(guān)斷且占空比變化范圍較大的場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
目前，常用的功率變換器電路驅(qū)動(dòng)芯片價(jià)格較高，在不同的特殊應(yīng)用場(chǎng)合存在一定的局限性。功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)屬于電壓型控制器件，只要柵極和源極之間施加的電壓超過其閾值電壓就會(huì)導(dǎo)通，由于MOSFET存在結(jié)電容，關(guān)斷時(shí)其漏、源極兩端電壓的突然上升將會(huì)通過結(jié)電容在柵、源兩端產(chǎn)生干擾電壓。傳統(tǒng)的磁耦合MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路包括兩個(gè)三極管、一個(gè)隔直電容、一個(gè)變壓器、一個(gè)柵極輸入電阻和一個(gè)穩(wěn)壓管， 兩個(gè)三極管組成圖騰柱輸出，經(jīng)過隔直電容連接到變壓器原邊，變壓器副邊經(jīng)過一個(gè)柵極輸入電阻連接到MOSFET管的柵極，MOSFET管的柵極和源極之間接一個(gè)穩(wěn)壓二極管。傳統(tǒng)的磁耦合驅(qū)動(dòng)電路在某些情況下也起到升壓的作用，且占空比變化時(shí)，驅(qū)動(dòng)的關(guān)斷能力不受影響，但是輸出脈沖電壓幅值會(huì)隨著占空比的變化而變化，由于關(guān)斷時(shí)不能提供負(fù)電壓，所以電路抗干擾性也較差。并且，其輸出脈沖電壓幅值會(huì)隨著占空比的變化而變化，當(dāng)占空比較小時(shí)，負(fù)向電壓小，正向電壓較高，此時(shí)應(yīng)使其幅值不超過MOSFET柵極的允許電壓，當(dāng)占空比大于O. 5時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓正向電壓小于其負(fù)向電壓，此時(shí)應(yīng)使其負(fù)電壓值不超過MOSFET 柵極的允許電壓。所以傳統(tǒng)的磁耦合驅(qū)動(dòng)電路只適用于對(duì)抗干擾性要求不高，關(guān)斷速度慢且占空比固定或變化不大的場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種適用于對(duì)驅(qū)動(dòng)電路抗干擾性要求較高、關(guān)斷速度快、且占空比變化范圍比較大的場(chǎng)合，帶高頻變壓器隔離的可快速關(guān)斷且抗干擾性強(qiáng)的磁耦合驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明解的技術(shù)方案是一種隔離型可快速關(guān)斷的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，包括圖騰柱輸出電路、高頻隔離變壓器T、負(fù)電壓產(chǎn)生電路和MOSFET管，所述圖騰柱輸出電路由NPN型三極管Trl和PNP型三極管Tr2組成，所述三極管Trl反向并聯(lián)二極管Dl，所述三極管Tr2 反向并聯(lián)二極管D2 ;所述圖騰柱輸出電路的輸出點(diǎn)與隔直電容Cl正極相連，所述隔直電容 Cl正極連接所述高頻隔離變壓器T原邊同名端；所述高頻隔離變壓器T副邊同名端與副邊電容C2負(fù)極相連，所述副邊電容C2正極串聯(lián)電阻Rl后接入所述MOSFET管的柵極，所述 MOSFET管的源極與所述高頻隔離變壓器T副邊非同名端相連；穩(wěn)壓二極管D3陰極與副邊電容C2的正極相連，陽極端與高頻隔離變壓器T副邊非同名端相連；二極管D6反向并聯(lián)在柵極輸入電阻Rl的兩端；電阻R2接在功率MOSFET管的柵極和源極之間。進(jìn)一步，該驅(qū)動(dòng)電路還包括一個(gè)串聯(lián)在副邊電容C2正極與電阻Rl之間的負(fù)電壓產(chǎn)生電路，所述負(fù)電壓產(chǎn)生電路包括二極管D4、三極管Tr3、穩(wěn)壓管D5和電解電容C3 ;所述二極管D4的陽極與所述副邊電容C2正極相連，所述二極管D4的陰極與所述電解電容C3的一端相連，所述電解電容C3的另一端與電阻Rl連接；所述三極管Tr3的基極與所述副邊電容C2的正極相連，集電極與所述二極管D4陰極相連，發(fā)射極與所述高頻隔離變壓器T副邊非同名端相連；所述穩(wěn)壓管D5并聯(lián)在所述電解電容C3的兩端。進(jìn)一步，所述高頻隔離變壓器T的匝數(shù)比為1:1。本發(fā)明的有益效果是在電路中加入隔離變壓器，將控制電路與主電路隔離，變壓器通常為高頻、高磁率的磁環(huán)或磁罐。兩個(gè)三極管組成圖騰柱輸出，對(duì)輸入電流起到放大作用。在組成圖騰柱輸出電路的兩個(gè)三極管兩端反并聯(lián)兩個(gè)二極管，感性負(fù)載時(shí)起到續(xù)流的作用。高頻隔離變壓器的原邊接一個(gè)隔直電容，阻止直流分量通過，避免變壓器直流磁化而飽和。在高頻隔離變壓器的副邊接入一個(gè)副邊電容，用來復(fù)現(xiàn)原邊隔直電容的電壓(當(dāng)變壓器的匝數(shù)比為1:1時(shí))。副邊電容和變壓器副邊非同名端之間接一穩(wěn)壓管，使得正向?qū)〞r(shí)間內(nèi)輸出正電壓振蕩尖峰限制在穩(wěn)壓二極管兩端的電壓值，反向?qū)〞r(shí)間內(nèi)通過穩(wěn)壓管給副邊電容充電。在副邊電容正極端接防反二極管的陽極和PNP型三極管的基極，三極管用來為產(chǎn)生負(fù)電壓提供通道，防反二極管和柵極輸入電阻之間串聯(lián)一電解電容，用來關(guān)斷時(shí)提供負(fù)向電壓，電解電容兩端并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓二極管，使得電解電容兩端電壓穩(wěn)定，MOSFET管的柵極和源極之間接一個(gè)電阻防止靜電擊穿，起到保護(hù)作用。柵極電阻兩端并聯(lián)一個(gè)反向二極管，給MOSFET管柵源極寄生輸入電容提供低阻抗放電通道，加速輸入電容放電，從而加速M(fèi)OSFET管的關(guān)斷。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，只需要一路驅(qū)動(dòng)電源，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路抗干擾性要求較高、需要快速關(guān)斷且占空比變化范圍比較大的場(chǎng)合具有很好的效果。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明
圖I是電路原理圖2是電路中主要工作波形；
圖3是電路的開通工作模態(tài)；
圖4是電路的關(guān)斷工作模態(tài)。圖I、圖3、圖4中，Tri為NPN型三極管，Tr2和Tr3為PNP型三極管，D1和D2為續(xù)流二極管，C1為原邊隔直電容，T為高頻隔離變壓器，C2為副邊電容，D3和D5為穩(wěn)壓二極管，D4 為防反二極管，R1為柵極電阻，D6為二極管，R2為保護(hù)電阻，Q為功率MOSFET管。圖2中，D為占空比，T為開關(guān)周期，DT為導(dǎo)通時(shí)間，((I-D)T為關(guān)斷時(shí)間，Vg為輸入PWM脈沖波形，Vd2為二極管D2兩端電壓，即輸入脈沖驅(qū)動(dòng)電壓，Vd3為穩(wěn)壓管D3兩端的電壓，Vgs為功率MOSFET的柵極和源極之間的電壓。
具體實(shí)施例方式圖I中，NPN型三極管Trt的集電極接正電源，發(fā)射極和PNP型三極管Trf的發(fā)射極相連，組成圖騰柱輸出，用來功率放大，提高電路驅(qū)動(dòng)能力，二極管D1和二極管D2分別和三極管Trt和三極管1；2并聯(lián)，在感性負(fù)載時(shí)起到續(xù)流作用。隔直電容C1正極性端與圖騰柱輸出點(diǎn)相連，負(fù)極性端與高頻隔離變壓器T原邊同名端相連，阻止直流分量通過，避免變壓器直流磁化而飽和。副邊電容C2負(fù)極性端與高頻隔離變壓器T副邊同名端相連，正極性端與防反二極管D4的陽極相連，用來復(fù)現(xiàn)原邊隔直電容的電壓。穩(wěn)壓二極管D3陰極端與副邊電容的正極端相連，陽極端與變壓器副邊非同名端相連，正向?qū)〞r(shí)間內(nèi)使得輸出正電壓振蕩尖峰限制在穩(wěn)壓二極管D3兩端的電壓值，反向?qū)〞r(shí)間內(nèi)通過穩(wěn)壓二極管D3給副邊電容 C2充電。二極管D4的陽極和三極管Tri的基極一起接副邊電容C2的正極，電解電容C3串聯(lián)在防反二極管D4和柵極輸入電阻R1之間，防反二極管D4陰極接電解電容C3正極，穩(wěn)壓管D5 并聯(lián)在電解電容C3的兩端，三極管Iri的集電極并接在二極管D4陰極和電解電容C3正端之間，集電極與副邊公共接地端相連，三極管Iri、二極管D4、電解電容C3和穩(wěn)壓管D5在電路關(guān)斷時(shí)給MOSFET管柵源極之間提供一個(gè)負(fù)向電壓，提高抗干擾性能并且加速開關(guān)管的關(guān)斷， 保護(hù)電阻R2接在功率MOSFET管Q的柵極和源極之間，因?yàn)楣β蔒OSFET管Q的柵極和源極之間絕緣性能好，電容量又很小，很小的一點(diǎn)感應(yīng)電荷就能引起很高的電壓，通過保護(hù)電阻 R2可以放電，起到保護(hù)作用。二極管D6反向并聯(lián)在柵極輸入電阻R1的兩端，給功率MOSFET 管Q寄生輸入電容提供低阻抗放電通道，加速寄生輸入電容放電，從而進(jìn)一步加速M(fèi)OSFET 管Q的關(guān)斷。圖2為驅(qū)動(dòng)電路中幾個(gè)主要的波形，設(shè)PWM信號(hào)的占空比為D，開關(guān)周期為T，忽略開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中的死區(qū)時(shí)間，當(dāng)一個(gè)開關(guān)的占空比為D，導(dǎo)通時(shí)間為DT，則另外一個(gè)開關(guān)管占空比為(I-D)，導(dǎo)通時(shí)間為(I-D) T，由于由三極管Tri、二極管D4、電容C3和穩(wěn)壓管D5組成的負(fù)電壓產(chǎn)生電路的存在，使得功率MOSFET在關(guān)斷時(shí)其柵極和源極之間的電壓為負(fù)電壓， 如圖2中Ves所示。為更直觀的說明，下面在理想情況下對(duì)其進(jìn)行具體分析，所述驅(qū)動(dòng)電路主要有兩種工作模態(tài)
I.開通工作模態(tài)
如圖3所示，g為輸入PWM脈沖波形，當(dāng)Vg為高電平時(shí)，三極管Tr1導(dǎo)通、三極管Tr2關(guān)斷，由三極管Tr1和三極管Tr2組成的圖騰柱中點(diǎn)電壓為驅(qū)動(dòng)電壓V。。，即圖2中的VD2，此時(shí)三極管Tr3的基極為高電平，所以三極管Tr3不導(dǎo)通，對(duì)電解電容C3進(jìn)行充電，此時(shí)功率MOSFET 的柵極和源極之間的驅(qū)動(dòng)電壓為穩(wěn)壓管D3的電壓減去穩(wěn)壓管D5兩端的電壓。2.關(guān)斷工作模態(tài)
如圖4所示，Vg為低電平時(shí)，三極管Tr1關(guān)斷、三極管Tr2導(dǎo)通，此時(shí)三極管Tr3的基極為低電平，所以三極管Iri導(dǎo)通，由于D4的存在，使得電容C3的正極通過三極管Iri的發(fā)射極與集電極連接到功率MOSFET的源極，形成關(guān)斷回路，此時(shí)功率MOSFET的柵極和源極之間的電壓Ves為負(fù)值，其大小接近于穩(wěn)壓二極管D5兩端的電壓，所以加速了功率MOSFET的關(guān)斷， 同時(shí)提高了抗干擾性能，另外，二極管D6為功率MOSFET管寄生輸入電容提供低阻抗放電通道，加速寄生輸入電容放電，從而進(jìn)一步加速了功率MOSFET管的關(guān)斷。
權(quán)利要求
1.一種隔離型可快速關(guān)斷的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，包括圖騰柱輸出電路、高頻隔離變壓器 T、負(fù)電壓產(chǎn)生電路和MOSFET管，其特征在于所述圖騰柱輸出電路由NPN型三極管Trt和 PNP型三極管Tr2組成，所述三極管Tr1反向并聯(lián)二極管D1，所述三極管Tr2反向并聯(lián)二極管 D2 ;所述圖騰柱輸出電路的輸出點(diǎn)與隔直電容C1正極相連，所述隔直電容仏正極連接所述高頻隔離變壓器T原邊同名端；所述高頻隔離變壓器T副邊同名端與副邊電容(2負(fù)極相連， 所述副邊電容C2正極串聯(lián)電阻R1后接入所述MOSFET管的柵極，所述MOSFET管的源極與所述高頻隔離變壓器T副邊非同名端相連；穩(wěn)壓二極管D3陰極與副邊電容C2的正極相連，陽極端與高頻隔離變壓器T副邊非同名端相連；二極管D6反向并聯(lián)在柵極輸入電阻R1的兩端；電阻R2接在功率MOSFET管的柵極和源極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種隔離型可快速關(guān)斷的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，還包括一個(gè)串聯(lián)在副邊電容C2正極與電阻&之間的負(fù)電壓產(chǎn)生電路，所述負(fù)電壓產(chǎn)生電路包括二極管D4、三極管Iri、穩(wěn)壓管D5和電解電容C3 ;所述二極管D4的陽極與所述副邊電容C2 正極相連，所述二極管D4的陰極與所述電解電容C3的一端相連，所述電解電容C3的另一端與電阻R1連接；所述三極管Iri的基極與所述副邊電容C2的正極相連，集電極與所述二極管D4陰極相連，發(fā)射極與所述高頻隔離變壓器T副邊非同名端相連；所述穩(wěn)壓管D5并聯(lián)在所述電解電容C3的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種隔離型可快速關(guān)斷的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述高頻隔離變壓器T的匝數(shù)比為1:1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隔離型可快速關(guān)斷的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，包括圖騰柱輸出電路、變壓器T、負(fù)電壓產(chǎn)生電路和MOSFET管，所述圖騰柱輸出電路的輸出點(diǎn)經(jīng)隔直電容C1正極與變壓器T原邊同名端；變壓器T副邊同名端依次串聯(lián)副邊電容C2、二極管D4、電解電容C3、電阻R1、MOSFET管后接入變壓器T副邊非同名端；穩(wěn)壓二極管D3連接于變壓器T副邊的兩端；三極管Tr3的基極與副邊電容C2的正極相連，集電極與二極管D4陰極相連，發(fā)射極與變壓器T副邊非同名端相連；二極管D6反向并聯(lián)在柵極輸入電阻R1的兩端；穩(wěn)壓管D5并聯(lián)在電解電容C3的兩端；電阻R2接在功率MOSFET管的柵極和源極之間。該電路適用于對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾性要求高，需要快速關(guān)斷和占空比變化范圍較大的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02M1/08GK102594101SQ20121003443
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者劉國(guó)海, 宋中奇, 廖志凌, 施衛(wèi)東, 梅從立 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)