一种功率开关管的保护及缓冲电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种功率开关管的保护及缓冲电路，特别涉及一种利用电荷泵和缓冲电容原理来实现功率开关管定时关断的保护电路。该电路包括保护电路、缓冲电路和MOS管Q。所述的保护电路由电容C2、二极管D3和电阻R组成；所述的缓冲电路由二极管D1、D2，电感L、电容C1组成；所述的MOS管Q的栅极G接在电容C1的负极；微处理器输出的PWM信号接在电容C1的正极。该电路结构简单、成本低廉，不仅可以实现MOS管的定时关断，在微处理器故障时，避免MOS管长时间开通导致电流过大引起的器件损害，同时也可以实现变压器漏感能量的回收及功率开关器件的软开关动作。
【专利说明】一种功率开关管的保护及缓冲电路【技术领域】
[0001]本实用新型公开了一种功率开关管的保护及缓冲电路，特别涉及一种利用电荷泵和缓冲电容原理来实现功率开关管定时关断的保护电路。
【背景技术】
[0002]开关电源由于体积小、重量轻、效率高等优点，应用已经越来越普及。MOS管由于开关速度快、易并联、所需驱动功率小等优点已成为开关电源最常用的功率开关器件之一。功率MOS管属于电压控制型器件，当其栅极和源极之间的电压超过阀值电压时，MOS管就会导通。由于MOS管存在结电容，关断时其漏极和源极两端电压的突然上升将会通过结电容在栅极和源极两端产生干扰电压，干扰电压波将会造成MOS管的误触发。传统常用的互补驱动电路的关断回路阻抗小，关断速度较快，但它不能提供负压，故其抗干扰性较差。同时，传统的高频低功率MOS管驱动电路，缺少MOS管保护电路，当电路出现故障，输出的PWM持续为高电平时，MOS管将长时间导通，导致电路电流过大，造成电路元件损害等严重问题。在传统的脉冲变压器工作电路中，由于器件开关速度较快，电路产生的di/dt，du/dt较大，在电路开关过程中存在着端电压和器件电流同时较大的情况，引起器件很高的瞬时功率，极易产生局部热点，从而损坏器件。同时，传统电路对影响反激变换器效率的漏感能量没有进行吸收利用，存在能量浪费的现象。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于，提供一种功率开关管的保护及缓冲电路，它利用储能电感在功率器件断开瞬间吸收漏感能量并将漏感能量回馈到输入电源， 实现开关器件的软开关动作。该电路还可以实现电路定时关断，防止MOSFET管长时间导通，导致电路电流过大，造成电路元件损害等严重问题。
[0004]为了实现上述任务，本实用新型采用如下的技术解决方案:
[0005]一种功率开关管的保护及缓冲电路，特别涉及一种利用电荷泵和缓冲电容原理来实现功率开关管定时关断的保护电路。该电路包括保护电路、缓冲电路和MOS管Q，所述的保护电路包括电容C2、二极管D3和电阻R，所述电容C2的正极接PWM信号输入端，电容C2的负极同时与二极管D3的负极和MOS管Q的门极G相连；所述二极管D3的正极接电源负极V-;所述电阻R接在电容C2的负极与电源负极V-两端；所述的缓冲电路包括二极管D1、D2、电感L、电容Cl，所述二极管D2的正极与电源负极V-端相连，D2的负极同时与电感L的负极和电容Cl的负极相连；所述电感L的正极与电容Cl的正极相连；所述二极管Dl的正极与电容Cl的正极相连，Dl的负极与电源正极V+相连；所述MOS管Q的源极S与电源负极V-端相连，MOS管的漏极D与变压器原边非同名端相连。
[0006]本实用新型的有益效果是:
[0007]微处理器输出的PWM信号为高电平时，电容C2的正极电压突变为高电压，电容C2正负两极的电压差不发生突变，因此电容C2的负极也突变为高电压，使MOS管栅极G和源极S之间的电压超过阀值电压，这时MOS管Q开通。当电路出现故障，PWM输出持续为高电平时，电源通过电阻R对电容C2进行充电，电容C2的正极电压被箝位为高电压，负极电压不断下降，直到MOS管栅极G和源极S之间的电压小于导通阀值电压时，MOS关断，该充电过程为RC电路的阶跃响应，通过选取合适的电容C2和电阻R，可以实现MOSFET管可控的定时关断时间。
[0008]微处理器输出的PWM信号变为低电平后，由于电容C2两端电压差不发生突变，电容C2的负极瞬时减少至负电压，此时MOSFET管栅极G和源极S之间的电压变为负值，实现了 MOSFET的负压驱动关断，提高了驱动电路的抗干扰性，以及关断速度，适用于高频场合。
[0009]在开关管关断的瞬间，利用电容Cl两端电压不能突变的基本原理，实现主管软关断，同时，变压器的漏感能量转移到储能电感L中，随着能量的增加，储能电感L的电压不断上升，直至高于电源正极电压V+时，储能电感L通过二极管Dl将储存的漏感能量回馈给输入电源。
[0010]电路结构简单、成本低廉，不仅可以实现MOSFET的负压驱动以及定时关断，提高了驱动电路的抗干扰性，在微处理器在出现故障时，防止MOSFET管长时间开通，有效避免了电路电流过大引起器件损害。同时也可以利用储能电感在功率器件断开瞬间吸收漏感能量并通过馈能电阻，并将漏感能量回馈到输入电源，同时利用缓冲电容C2实现开关器件的软开关动作，该电路有效实现了变压器漏感能量的吸收及开关器件的软开关动作。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的解释说明。
[0012]图1是电路原理图；
[0013]图2是电路中主要工作波形。
[0014]图1中，Q为MOSFET管，Cl、C2为电容、D1、D2、D3为二极管，L为电感，R为电阻，
T为反激式脉冲变压器。
[0015]图2中，D为占空比，T为开关周期，DT为导通时间，(1-D) T为关断时间，V_PWM为输入PWM脉冲波形，V_GS为功率MOSFET的栅极和源极之间的电压。
【具体实施方式】
[0016]如图1中，由电容C2、二极管D3和电阻R组成的保护电路，通过合理匹配电阻R和电容C2的数值可以实现MOS管的自动定时关断。在微处理器在出现故障时，防止MOS管长时间开通，有效避免了电路电流过大引起的器件损害。由电容C2、二极管D1、D2和电感L组成的缓冲电路，利用电容两端电压不能突变的基本原理，实现主管软关断。其中储能电感L的数值在实际应用中取大一些，缓冲电容Cl数值时不宜过大，否则会影响开关电路的动态特性和危机开关管的安全工作。
[0017]图2为驱动电路中的几个主要波形，设PWM信号的占空比为D，开关周期为T。在DT导通时间内，PWM输出信号变为高电压，MOS管栅极与源极之间的电压VGS变为最大值后开始不断减少，VGS的电压高于MOS管源栅极之间的电压阀值，MOS管Q开通。
[0018]当微处理器出现故障，输出的PWM信号持续为高电平时，VGS不断减少，直到降低于其电压阀值，即可以实现MOS管Q的自动断开。MOS管的导通过程为RC电路的阶跃响应，通过合理的选择电容C2和电阻R的数值可以准确控制MOS管Q的导通时间，避免电路长时间导通造成的电流过大，引起器件损害。在(1-D)T关断期间，PWM输出信号变为低电平，MOS管栅极G与源极S之间的电压VGS迅速下降至负压，栅极电荷快速放电，实现了 MOS管的负压驱动关断。
【权利要求】
1.一种功率开关管的保护及缓冲电路，其特征在于，包括保护电路、缓冲电路和MOS管Q，所述的保护电路包括电容C2、二极管D3和电阻R，所述电容C2的正极接PWM信号输入端，电容C2的负极同时与二极管D3的负极和MOS管Q的门极G相连；所述二极管D3的正极接电源负极V-;所述电阻R接在电容C2的负极与电源负极V-两端；所述的缓冲电路包括二极管D1、D2、电感L、电容Cl，所述二极管D2的正极与电源负极V-端相连，D2的负极同时与电感L的负极和电容Cl的负极相连；所述电感L的正极与电容Cl的正极相连；所述二极管Dl的正极与电容Cl的正极相连，Dl的负极与电源正极V+相连；所述MOS管Q的源极S与电源负极V-端相连，MOS管的漏极D与变压器原边非同名端相连。
【文档编号】H02M1/34GK203617897SQ201320827087
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】叶健成, 张文军, 李思 申请人:叶健成