一种大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路的制作方法
【专利摘要】一种大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路，至少包括驱动电压Vg、稳压电路、负压电路和场效应管Q，所述稳压电路由稳压二极管D1和限流电阻R1组成；所述负压电路由二极管D2、电容C1、稳压二极管D3、三极管T1、栅极输入电阻R2以及电容C3组成；所述保护电路由二极管D4、保护电阻R3和滤波电容C2组成。稳压电路、负压电路均与驱动电压Vg、场效应管Q相连，保护电路设置在负压电路上。本发明的有益效果：该驱动电路结构简单、成本低廉，能够高速驱动场效应管工作并在电压结束时产生负压快速关断场效应管，加快场效应管的开关速度，提高驱动电路的抗干扰能力，有效防止开关器件的误导通，适用于高频、大功率以及电路抗干扰性要求较高的场合。
【专利说明】一种大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子驱动应用【技术领域】，尤其涉及一种大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路，该电路适用于高频以及对电路抗干扰性要求较高的场合。
【背景技术】
[0002]随着电力半导体器件的发展，功率场效应晶体管已经成为了开关电源中最常用的器件，由于其开关速度快、驱动功率小、易并联等优点，广泛应用于高频、中小功率的场合，尤其在为计算机、交换机、网络服务器等通信电子设备提供能量的低压大电流开关电源中。
[0003]目前，电压源驱动的开关频率已经超过1MHz，但是开关频率过高会导致一系列问题，其中阻碍电压源驱动开关频率提高的主要瓶颈就是开关器件导通和关断过程的损耗、门极驱动的损耗和开关器件输出电容的损耗，相比于传统的驱动电路，高频负压驱动能够在开关断开的过程中以小于零的负压快速关断场效应管，降低高频的电路损耗，提高驱动电路的抗干扰性，解决上述电路问题。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷和不足，提供一种大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路，加快了场效应管的开关速度，提高了驱动电路的抗干扰能力，有效防止开关器件的误导通。
[0005]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路，至少包括驱动电压Vg、稳压电路、负压电路和场效应管Q，
[0007]所述稳压电路由稳压二极管Dl和限流电阻Rl组成，稳压二极管Dl的负极与所述驱动电压Vg相连，稳压二极管Dl的正极与限流电阻Rl的一端连接，限流电阻Rl的另一端与所述场效应管Q的源极相连；
[0008]所述负压电路由二极管D2、电容Cl、稳压二极管D3、三极管Tl、栅极输入电阻R2以及电容C3组成，二极管D2的正极与所述驱动电压Vg相连，二极管D2的负极同时与电容Cl的正极、稳压二极管D3的负极相连，电容Cl的负极与稳压二极管D3的正极相连；三极管Tl的基极与二极管D2的正极相连，三极管Tl的集电极与电容Cl的正极相连，三极管Tl的发射极与所述场效应管Q的源极相连；栅极输入电阻R2接在电容Cl的负极与场效应管Q的栅极之间，电容C3与电阻R2并联连接、且电容C3的正极与稳压二极管D3的正极相连。
[0009]按上述方案，该场效应管高速驱动电路还包括保护电路，所述保护电路由二极管D4、保护电阻R3和滤波电容C2组成，二极管D4的正极与场效应管Q的栅极相连，二极管D4的负极与电容Cl的正极相连，保护电阻R3接在场效应管Q的栅极与门极之间，滤波电容C2与电阻R3并联连接、且滤波电容C2的正极与场效应管Q的栅极相连。
[0010]按上述方案，所述三极管Tl为PNP型三极管。
[0011]按上述方案，所述稳压二极管D1、稳压二极管D3的稳压值均为5V。[0012]本发明的工作原理是:与驱动电压Vg直接相连的稳压电路，在驱动电压Vg为正电压时将正电压震荡尖峰限制在稳压电路两端的电压值，在驱动电压Vg为零时，稳压电压路导通、并为电容Cl充电，限流电阻Rl用来防止稳压电路电流过大；当驱动电压Vg为零时，负压电路在场效应管Q的栅极与源极之间产生负电压，二极管D2可以防止电流反向流动，电容Cl利用电荷泵原理在正极电压突变为零时产生负压，与电容Cl并联的稳压二极管D3保证电容Cl两端电压稳定，PNP型三极管Tl用来为产生负压提供通道，电阻R2保证电荷泵的放电时间；保护电路中的保护电阻R3连接在场效应管Q的栅极和源极之间，防止静电击穿，滤波电容C2 (小电容)起滤波作用，减少驱动脉冲前后沿的畸变现象，二极管D4的作用是给场效应管Q栅极寄生的滤波电容C2提供低阻抗放电通道，加速滤波电容C2放电，从而加速场效应管Q的关断。
[0013]本发明的有益效果:该场效应管高速驱动电路结构简单、成本低廉，能够高速驱动场效应管工作并在电压结束时产生负压快速关断场效应管，加快了场效应管的开关速度，提高了驱动电路的抗干扰能力，有效防止开关器件的误导通，尤其适用于高频、大功率以及电路抗干扰性要求较高的场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明驱动电路的电路结构图；
[0015]图2是本发明实施例驱动电压波形图；
[0016]图3是本发明实施例场效应管的栅极与源极之间的电压波形图；
[0017]图1中，Vg为驱动电压，Q为场效应管，C1、C2、C3为电容、D2、D4为二极管，D1、D3为稳压二极管，R1、R2、R3为电阻，Tl为三极管；
[0018]图2、图3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，Vg为驱动电压，Vgs为场效应管的栅极和源极之间的电压。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0020]参照图1所示，本发明所述的大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路，包括驱动电压Vg、稳压电路、负压电路、保护电路和场效应管Q，
[0021]所述稳压电路由稳压二极管Dl和限流电阻Rl组成，稳压二极管Dl的负极与所述驱动电压Vg相连，稳压二极管Dl的正极与限流电阻Rl的一端连接，限流电阻Rl的另一端与所述场效应管Q的源极相连；
[0022]所述负压电路由二极管D2、电容Cl、稳压二极管D3、三极管Tl、栅极输入电阻R2以及电容C3组成，二极管D2的正极与所述驱动电压Vg相连，二极管D2的负极同时与电容Cl的正极、稳压二极管D3的负极相连，电容Cl的负极与稳压二极管D3的正极相连；三极管Tl的基极与二极管D2的正极相连，三极管Tl的集电极与电容Cl的正极相连，三极管Tl的发射极与所述场效应管Q的源极相连；栅极输入电阻R2接在电容Cl的负极与场效应管Q的栅极之间，电容C3与电阻R2并联连接、且电容C3的正极与稳压二极管D3的正极相连；
[0023]所述保护电路由二极管D4、保护电阻R3和滤波电容C2组成，二极管D4的正极与场效应管Q的栅极相连，二极管D4的负极与电容Cl的正极相连，保护电阻R3接在场效应管Q的栅极与门极之间，滤波电容C2与电阻R3并联连接、且滤波电容C2的正极与场效应管Q的栅极相连。
[0024]工作时，与驱动电压Vg直接相连的稳压电路，在驱动电压Vg为正电压时将正电压震荡尖峰限制在稳压电路两端的电压值，在驱动电压Vg为零时，稳压电压路导通、并为电容Cl充电，限流电阻Rl用来防止稳压电路电流过大；当驱动电压Vg为零时，负压电路在场效应管Q的栅极与源极之间产生负电压，二极管D2可以防止电流反向流动，电容Cl利用电荷泵原理在正极电压突变为零时产生负压，与电容Cl并联的稳压二极管D3保证电容Cl两端电压稳定，PNP型三极管Tl用来为产生负压提供通道，电阻R2保证电荷泵的放电时间；保护电路中的保护电阻R3连接在场效应管Q的栅极和源极之间，防止静电击穿，滤波电容C2 (小电容)起滤波作用，减少驱动脉冲前后沿的畸变现象，二极管D4的作用是给场效应管Q栅极寄生的滤波电容C2提供低阻抗放电通道，加速滤波电容C2放电，从而加速场效应管Q的关断。
[0025]图2驱动电压Vg的信号波形图，图3为场效应管Q的栅极与源极之间的电压Vgs的波形图；设驱动电压Vg的占空比为D，开关周期为T。图2中，在DT导通时间内，驱动电压Vg持续为5V时，图3中场效应管Q的栅极与源极之间的电压Vgs高于阀值电压，初级绕组的场效应管Q开通。在(1-D) T关断时间内，驱动电压Vg由5V变为OV时，场效应管Q栅极与源极之间的电压Vgs变为负值，实现了场效应管Q的高频负压关断，降低了驱动电路的损耗，提闻了电路的抗干扰性。
[0026]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所述【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路，其特征在于:至少包括驱动电压Vg、稳压电路、负压电路和场效应管Q， 所述稳压电路由稳压二极管Dl和限流电阻Rl组成，稳压二极管Dl的负极与所述驱动电压Vg相连，稳压二极管Dl的正极与限流电阻Rl的一端连接，限流电阻Rl的另一端与所述场效应管Q的源极相连； 所述负压电路由二极管D2、电容Cl、稳压二极管D3、三极管Tl、栅极输入电阻R2以及电容C3组成，二极管D2的正极与所述驱动电压Vg相连，二极管D2的负极同时与电容Cl的正极、稳压二极管D3的负极相连，电容Cl的负极与稳压二极管D3的正极相连；三极管Tl的基极与二极管D2的正极相连，三极管Tl的集电极与电容Cl的正极相连，三极管Tl的发射极与所述场效应管Q的源极相连；栅极输入电阻R2接在电容Cl的负极与场效应管Q的栅极之间，电容C3与电阻R2并联连接、且电容C3的正极与稳压二极管D3的正极相连。
2.如权利要求1所述的大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路，其特征在于:该场效应管高速驱动电路还包括保护电路，所述保护电路由二极管D4、保护电阻R3和滤波电容C2组成，二极管D4的正极与场效应管Q的栅极相连，二极管D4的负极与电容Cl的正极相连，保护电阻R3接在场效应管Q的栅极与门极之间，滤波电容C2与电阻R3并联连接、且滤波电容C2的正极与场效应管Q的栅极相连。
3.如权利要求1所述的大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路，其特征在于:所述三极管Tl为PNP型三极管。
4.如权利要求1所述的大功率抗干扰的场效应管高速驱动电路，其特征在于:所述稳压二极管D1、稳压二极管D3的稳压值均为5V。
【文档编号】H02M1/08GK103944361SQ201410136800
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】杨毅, 刘华宜, 朱卫平, 蔡静, 李向菊, 王学斌, 刘斌, 杨巧云, 潘旺杰, 王涛, 陈伟 申请人:国家电网公司, 武汉电力职业技术学院