一種高速大電流的功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速大電流的功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路，包括驅(qū)動前置電路、圖騰柱電路、驅(qū)動后置電路，所述的驅(qū)動前置電路包括電容C1，電阻R1、R2、R3，二極管D1以及三極管T1、T2；所述的圖騰柱電路包括二極管D2、D3，電阻R4~R11，電容C2以及場效應(yīng)管Q1和Q2；所述的驅(qū)動后置電路包括電阻R12~R13，二極管D4和D5、電容C3、場效應(yīng)管Q3；驅(qū)動前置電路與驅(qū)動信號Vg相連，驅(qū)動后置電路與驅(qū)動對象Q3相連，圖騰柱電路連接在驅(qū)動前置電路與驅(qū)動后置電路之間。該驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，輸出電流大、帶負載能力強，可以滿足特定情況下對場效應(yīng)管高速低壓大電流驅(qū)動的要求。
【專利說明】一種高速大電流的功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子驅(qū)動應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高速大電流的功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路輸出電流大、帶負載能力強，適合特定情況下對場效應(yīng)管高速低壓大電流驅(qū)動的場合。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的全控型器件，最常用的有適用于大功率場合的大功率晶體管(GTR)、適用于中小功率場合但快速性較好的功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)以及結(jié)合GTR和功率MOSFET而產(chǎn)生的功率絕緣柵控雙極晶體管(IGBT)。
[0003]在這些開關(guān)器件中，功率MOSFET由于開關(guān)速度快、驅(qū)動功率小、易并聯(lián)等優(yōu)點成為開關(guān)電源中最常用的器件。尤其在為計算機、交換機、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等通信電子設(shè)備提供能量的低壓大電流開關(guān)電源中，由于其特殊要求，通常希望功率開關(guān)器件具有導(dǎo)通電流大、通態(tài)電阻低等特點，而對器件能承受的關(guān)斷電壓要求并不高。這樣的器件已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)，如富士公司的 2SK2690，IR 公司的 IRF7822，IRFBL3703 等。
[0004]目前已有的這些專用驅(qū)動功率MOSFET和IGBT的集成驅(qū)動電路，不能滿足高頻且?guī)ж撦d能力極強的應(yīng)用場合，如如EXB841速度太慢，最大開關(guān)頻率只能達到40?50kHz，而IR2110和TPS2812輸出最大電流僅2A。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種高速大電流的功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路，本發(fā)明的電路使觸發(fā)脈沖具有足夠快的上升和下降速度，并在關(guān)斷時為柵極提供低電阻放電回路，產(chǎn)生柵極負壓防止誤導(dǎo)通；同時在功率開關(guān)管開關(guān)時提供大電流對極間電容充放電，提聞帶負載的能量，加快了 MOS管的開關(guān)速度，提聞了驅(qū)動電路的抗干擾能力，有效防止開關(guān)器件的誤工作。
[0006]為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案:
一種高速大電流的功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路，包括驅(qū)動前置電路、圖騰柱電路、驅(qū)動后置電路，所述的驅(qū)動前置電路與驅(qū)動信號Vg相連，所述驅(qū)動后置電路與驅(qū)動對象Q3相連，所述圖騰柱電路串聯(lián)在驅(qū)動前置電路與驅(qū)動后置電路之間；所述的驅(qū)動前置電路由電容Cl，電阻Rl、R2、R3，二極管Dl以及三極管Tl、T2組成，所述的電容Cl接在驅(qū)動信號Vg與三極管T2的基極之間；所述的電阻Rl與電容Cl并聯(lián)，所述的電阻R2接在三極管T2基極與發(fā)射極之間，所述的電阻R3接在三極管Tl的發(fā)射極與基極之間；所述的防反二極管Dl正極與三極管Tl的集電極相連，Dl負極與三極管T2集電極相連；所述三極管Tl為NPN型三極管，Tl的發(fā)射極與+12V的電壓相連，所述的三極管T2為PNP型三極管；所述的圖騰柱電路由二極管D2、D3，電阻R4?R11，電容C2以及場效應(yīng)管Ql和Q2組成；所述的防反二極管D2的正極與電阻R4相連，二極管D2的負極與場效應(yīng)管Ql的門極相連，所述的防反二極管D3的正極與場效應(yīng)Q2的門極相連，二極管D3的負極與電阻R8相連；所述電阻R4接在二極管D2正極與二極管Dl正極兩端，所述電阻R5接在場效應(yīng)管Ql的漏極與門極之間，所述電阻R6接在場效應(yīng)管Ql門極與電容C2兩端，所述電阻R7接在場效應(yīng)管Ql的源極與電容C2之間，所述電阻R8接在二極管D3的負極與二極管Dl的正極之間，所述電阻R9接在電容C2與電阻Rll之間所述電阻RlO接在電容C2與場效應(yīng)管Q2漏極之間，所述電阻Rll接在場效應(yīng)管Q2的門極與源極；所述的場效應(yīng)管Ql為P通道型MOSFET，所述的場效應(yīng)管Q2為N通道型MOSFET ;所述的驅(qū)動后置電路由電阻R12?R13，二極管D4和D5、電容C3以及場效應(yīng)管Q3組成，所述的電阻Rl2接在場效應(yīng)管Q3與二極管C2之間，所述的電阻Rl3接在電阻R12與地之間，所述的擊穿二極管D4的正極與擊穿二極管D5的正極相連，二極管D4的負極與場效應(yīng)管Q3的門極相連，所述擊穿二極管D5的負極接地；所述場效應(yīng)管Q3是N型M0SFET，場效應(yīng)管Q3的源極接地。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
當(dāng)驅(qū)動信號Vg為高電平時，PNP型三極管Tl截止，NPN型三極管T2飽和導(dǎo)通，P通道型MOS管Ql導(dǎo)通，N通道型MOS管Q2關(guān)閉，場效應(yīng)管驅(qū)動電路輸出高電平，驅(qū)動對象場效應(yīng)管Q3導(dǎo)通；反之，當(dāng)驅(qū)動信號Vg為低電平時，PNP型三極管Tl導(dǎo)通，NPN型三極管T2飽和關(guān)斷，P通道型MOS管Ql關(guān)斷，N通道型MOS管Q2導(dǎo)通，場效應(yīng)管驅(qū)動電路輸出低電平，驅(qū)動對象場效應(yīng)管Q3關(guān)斷。為了保證驅(qū)動電路的輸出電流足夠大，即帶負載能力足夠強，電路中采用了 PNP型三極管Tl和NPN型三極管T2構(gòu)成的推挽放大電路。
[0008]當(dāng)驅(qū)動信號Vg由低變高時，三極管T2快速飽和導(dǎo)通，同時三極管Tl退飽和關(guān)斷，此時MOS管Ql和Q2的柵極分別通過由電阻R6、防反二極管Dl及三極管T2組成的回路和由防反二極管D3、電阻R5、二極管Dl和三極管T2組成的回路放電。輸入耦合電阻Rl兩端并聯(lián)的電容Cl是為了加速三極管T2的飽和導(dǎo)通。當(dāng)驅(qū)動信號Vg由高變低時，三極管T2退出飽和關(guān)斷，同時三極管Tl飽和導(dǎo)通，此時，MOS管Ql和Q2的柵極分別通過由三極管Tl、電阻R4以及二極管D2組成的回路和由三極管Tl、電阻R7組成的回路充電。電容C2與電阻R12組成電荷泵電路，在電路關(guān)斷時為MOS管Q3提供負壓驅(qū)動，縮短關(guān)斷時間，防止場效應(yīng)管誤導(dǎo)通，由擊穿二極管D4和D5組成的電壓保護電路防止浪涌電壓，保護場效應(yīng)管Q3。
[0009]該驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，是一種快速且?guī)ж撦d能力極強的驅(qū)動電路，在高頻大電流設(shè)備中可以有效的驅(qū)動場效應(yīng)管器件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的解釋說明。
[0011]圖1是電路原理圖；
圖2是驅(qū)動電壓波形；
圖3是門極與柵極之間的電壓波形。
[0012]圖1中，Q1?Q3為場效應(yīng)管，其中Ql為P通道MOS管，Q2和Q3為N通道MOS管；C1?C3為電容，D1?D5為二極管，其中D1?D3為防反二極管，D4和D5為擊穿二極管；R1?R14為電阻，Tl、T2為三極管，其中Tl為NPN型三極管，T2為PNP型三極管。
[0013]圖2、圖3中，D為占空比，T為開關(guān)周期，DT為導(dǎo)通時間，(1_D) T為關(guān)斷時間，Vg為驅(qū)動電壓波形，Vgs為功率MOS管的柵極和源極之間的電壓。
【具體實施方式】
[0014]如圖1中，驅(qū)動前置電路與驅(qū)動信號Vg相連，驅(qū)動前置電路包括電容Cl，電阻R1、R2、R3，二極管Dl以及三極管T1、T2，電容Cl接在驅(qū)動信號Vg與三極管Τ2的基極之間；電阻Ri與電容Cl并聯(lián)，電阻R2接在三極管Τ2基極與發(fā)射極之間，電阻R3接在三極管Tl的發(fā)射極與基極之間；防反二極管Dl正極與三極管Tl的集電極相連，Dl負極與三極管Τ2集電極相連；三極管Tl為NPN型三極管，Tl的發(fā)射極與+12V的電壓相連，三極管Τ2為PNP型三極管；驅(qū)動后置電路與驅(qū)動對象Q3相連，驅(qū)動后置電路包括電阻R12?R13，二極管D4和D5、電容C3以及場效應(yīng)管Q3，電阻R12接在場效應(yīng)管Q3與二極管C2之間，電阻R13接在電阻R12與地之間，擊穿二極管D4的正極與擊穿二極管D5的正極相連，二極管D4的負極與場效應(yīng)管Q3的門極相連，擊穿二極管D5的負極接地；場效應(yīng)管Q3是N型M0SFET，場效應(yīng)管Q3的源極接地；圖騰柱電路連接在驅(qū)動前置電路與驅(qū)動后置電路之間，圖騰柱電路包括二極管D2、D3，電阻R4?R11，電容C2以及場效應(yīng)管Ql和Q2 ;防反二極管D2的正極與電阻R2相連，二極管D2的負極與場效應(yīng)管Ql的門極相連，防反二極管D3的正極與場效應(yīng)Q2的門極相連，二極管D3的負極與電阻R8相連；電阻R4接在二極管D2正極與二極管Dl正極兩端，電阻R5接在場效應(yīng)管Ql的漏極與門極之間，電阻R6接在場效應(yīng)管Ql門極與電容C2兩端，電阻R7接在場效應(yīng)管Ql的源極與電容C2之間，電阻R8接在二極管D3的負極與二極管Dl的正極之間，電阻R9接在電容C2與電阻Rll之間所述電阻RlO接在電容C2與場效應(yīng)管Q2漏極之間，電阻Rll接在場效應(yīng)管Q2的門極與源極；場效應(yīng)管Ql為P通道型MOSFET，場效應(yīng)管Q2為N通道型MOSFET。
[0015]圖2、圖3為驅(qū)動電路中的兩個主要波形，設(shè)驅(qū)動信號的占空比為D，開關(guān)周期為T。圖2中，在DT導(dǎo)通時間內(nèi)，驅(qū)動信號持續(xù)為5V時，圖3中MOS管柵極與源極之間的電壓Vgs高于閥值電壓，初級繞組的MOS管開通。在(1-D )T關(guān)斷時間內(nèi)，驅(qū)動信號由5V變?yōu)镺V時，MOS管柵極與源極之間的電壓Vgs變?yōu)樨撝?，實現(xiàn)了 MOS管的高頻負壓關(guān)斷，降低了驅(qū)動電路的損耗，提聞了電路的抗干擾性。
[0016]基于MOS管Ql和Q2都是功率MOS管，為了使輸出驅(qū)動波形具有陡峭的上升沿和下降沿，MOS管Ql和Q2的開通關(guān)斷時間應(yīng)盡可能短。為保證MOS管Ql和Q2開通、關(guān)斷時間短，必須使它們有快速充電回路，即PNP型三極管Τ2開通，NPN型三極管Tl關(guān)斷，或快速放電回路，即PNP型三極管Τ2開通，NPN型三極管Tl關(guān)斷，為得到快速的充放電回路，則必須盡量減小R4?R7的阻值，同時二極管Dl?D3均應(yīng)使用快速二極管。為保證場效應(yīng)管Ql和Q2不會直通，輸出由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，應(yīng)使N通道型MOS管Q2在P型通道MOS管Ql之前放電完畢，即在Q2關(guān)斷之后Ql才開通；與此相應(yīng)，當(dāng)輸出由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，應(yīng)使MOS管Q2在Ql之前充電至門檻值，即在Ql關(guān)斷之后Q2才開通。因此電路中電阻R4、R5的取值應(yīng)比R6、R7小。
[0017]在得到了足夠快的上升和下降速度的觸發(fā)脈沖后，還應(yīng)保證開通時以低電阻對柵極電容充電，關(guān)斷時為柵極提供低電阻放電回路。因此在圖1所示電路中，組成充電回路的電阻Rio、R12及組成放電回路的電阻Rll、R12均應(yīng)較小。
【權(quán)利要求】
1.一種高速大電流的功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路，其特征在于，包括驅(qū)動前置電路、圖騰柱電路、驅(qū)動后置電路，所述的驅(qū)動前置電路與驅(qū)動信號Vg相連，所述驅(qū)動后置電路與驅(qū)動對象Q3相連，所述圖騰柱電路連接在驅(qū)動前置電路與驅(qū)動后置電路之間；所述的驅(qū)動前置電路由電容Cl，電阻Rl、R2、R3，二極管Dl以及三極管Tl、T2組成，所述的電容Cl接在驅(qū)動信號Vg與三極管T2的基極之間；所述的電阻Rl與電容Cl并聯(lián)，所述的電阻R2接在三極管T2基極與發(fā)射極之間，所述的電阻R3接在三極管Tl的發(fā)射極與基極之間；所述的防反二極管Dl正極與三極管Tl的集電極相連，Dl負極與三極管T2集電極相連；所述三極管Tl為NPN型三極管，Tl的發(fā)射極與+12V的電壓相連，所述的三極管T2為PNP型三極管。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高速大電流的功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路，其特征在于，所述的圖騰柱電路由二極管D2、D3，電阻R4?R11，電容C2以及場效應(yīng)管Ql和Q2組成；所述的防反二極管D2的正極與電阻R4相連，二極管D2的負極與場效應(yīng)管Ql的門極相連，所述的防反二極管D3的正極與場效應(yīng)Q2的門極相連，二極管D3的負極與電阻R8相連；所述電阻R4接在二極管D2正極與二極管Dl正極兩端，所述電阻R5接在場效應(yīng)管Ql的漏極與門極之間，所述電阻R6接在場效應(yīng)管Ql門極與電容C2兩端，所述電阻R7接在場效應(yīng)管Ql的源極與電容C2之間，所述電阻R8接在二極管D3的負極與二極管Dl的正極之間，所述電阻R9接在電容C2與電阻Rll之間所述電阻RlO接在電容C2與場效應(yīng)管Q2漏極之間，所述電阻Rll接在場效應(yīng)管Q2的門極與源極；所述的場效應(yīng)管Ql為P通道型MOSFET，所述的場效應(yīng)管Q2為N通道型MOSFET。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高速大電流的功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路，其特征在于，所述的驅(qū)動后置電路由電阻R12?R13，二極管D4和D5、電容C3以及場效應(yīng)管Q3組成，所述的電阻Rl2接在場效應(yīng)管Q3與二極管C2之間，所述的電阻Rl3接在電阻Rl2與地之間，所述的擊穿二極管D4的正極與擊穿二極管D5的正極相連，二極管D4的負極與場效應(yīng)管Q3的門極相連，所述擊穿二極管D5的負極接地；所述場效應(yīng)管Q3是N型M0SFET，場效應(yīng)管Q3的源極接地。
【文檔編號】H02M1/088GK103825436SQ201410099838
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】唐余武, 鄒坤 申請人:無錫研奧電子科技有限公司