一种多级互锁带死区的MOSFET管门级驱动电路的制作方法

本实用新型涉及一种MOSFET管门级驱动电路。

背景技术：

在大功率驱动电路中，高压、大电流功率电容易对其他弱电控制电路产生干扰，造成电路信号的失控进而造成电路的损坏。例如在电机驱动电路当中，U、V、W三相功率电会互相影响各自的功率管控制信号，造成由MOSFET或IGBT组成的功率桥的损坏。

国内外目前多采用一级互锁方式进行信号处理,即信号进入光耦电路后,输出不做其它处理,直接作为驱动芯片的输入信号,信号易受外界干扰。另外,国内外多采用软件编程来产生死区，信号又容易受到软件运行的影响，最后可能导致互锁失败，致使功率桥的损坏。

技术实现要素：

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种多级互锁带死区的MOSFET管门级驱动电路。

本实用新型的技术解决方案是：一种多级互锁带死区的MOSFET管门级驱动电路，包括光耦电路、逻辑门电路、RCD电路和MOSFET驱动电路；

外部输入的两路互补的控制信号PWM1H和PWM1L作为光耦电路的输入，由光耦电路进行光耦隔离后输出两路信号OUT1H、OUT1L，光耦电路的输出作为逻辑门电路的输入，逻辑门电路对输入的两路信号进行同步处理输出两路信号OUT2H、OUT2L，逻辑门电路的两路输出作为RCD电路的两路输入，RCD电路对同步后的信号产生死区，输出两路信号OUT3H、OUT3L作为MOSFET驱动电路的两路输入，由MOSFET驱动电路输出不同时为高的两路信号。

进一步的，所述的光耦电路包括两路相同的处理电路，每路包含芯片TLP115A、三个电阻、一个电容；PWM1H和PWM1L两路输入信号分别串联一个电阻后接入芯片TLP115A的正极和负极，芯片TLP115A的VCC端接工作电源、GND端接地，并且VCC端和GND端之间并联一个电容，芯片TLP115A的输出端分成两路，一路作为光耦电路的输出，一路串联电阻后接工作电源。

进一步的，所述的RCD电路包括电阻R28、R32、电容C18、C20二极管D11、D12；

信号OUT2H串联电阻R28后作为输出OUT3H、电阻R28的两端并联二极管D11，二极管的负极连接信号OUT2H；电容C18一端连接二极管D11的正极，一端接地；

信号OUT2L串联电阻R32后作为输出OUT3L、电阻R32的两端并联二极管D12，二极管的正极连接信号OUT2L；电容C20一端连接二极管D12的负极，一端接地。

进一步的，所述的逻辑门电路包括一个与非门芯片74VHC1G132DFT1和或门芯片74VHC1G32DFT1；

OUT1H作为与非门芯片74VHC1G132DFT1的两路相同的输入信号，与非门芯片74VHC1G132DFT1的输出信号OUT2H和另外一路输入信号OUT1L作为或门芯片74VHC1G32DFT1的两路输入信号。

进一步的，MOSFET驱动电路选用IRS2103S。

本实用新型与现有技术相比有益效果为：

(1)本实用新型提出一种基于多级互锁且带有死区功能的MOSFET管门级驱动电路，该电路具有三级功率桥上下桥臂控制信号互锁功能，且具备死区功能。该电路具有较强的抗干扰性，在控制信号受到强烈的干扰下，功率桥上下桥臂不会同时开通，保证了控制电路工作异常时，功率电路的可靠工作。

(2)多级信号互锁电路，保证了信号受到不可预知的功率电干扰或控制电路失控时，仍可有效避免功率管上下桥臂直通，功率桥的工作可靠性。

(3)硬件电路中具备RCD电路构造PWM互补控制信号死区，当控制电路失控时，仍可保证信号的正确性。

附图说明

图1为本实用新型电路原理图；

图2为本实用新型光耦电路图；

图3为本实用新型逻辑门电路图；

图4为本实用新型MOSFET驱动电路图；

图5为IRS2103S芯片输入输出时序图；

图6为本实用新型RCD电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本实用新型做详细说明。

如图1所示，本实用新型通过光耦电路、逻辑门电路、RCD电路和MOSFET驱动电路构建了具备三级控制信号互锁且具备死区功能的MOSFET驱动电路。其中由光耦电路、逻辑门电路和MOSFET驱动电路构成了三级控制信号互锁功能，由RCD电路提供死区功能。图中PWM1H和PWM1L为控制电路输出的互补的控制信号，PWM1up和PWM1down为功率桥驱动信号。

1、信号互锁电路

(1)光耦电路

光耦电路由两片光耦电路和其外围电路构成，图2中光耦芯片选择TLP115A，但本电路并不限于选择该种芯片。

TLP115A的1，3管脚之间为二极管，1脚为二极管正极。当该二极管正向导通时，芯片的5管脚输出为低电平。PWM1H与PWM1L信号为互补信号，即第一时刻，PWM1H为高，PWM1L为低，则OUT1H为低，OUT1L为高；第二时刻PWM1H为低，PWM1L为高，则OUT1H为高，OUT1L为低；而后如此循环，两个信号不可能同时为高或同时为低，若受到干扰，二者同时为高，或同时为低，则OUT1H和OUT1L均为高，输出信号无效。

(2)逻辑门电路

逻辑门电路如图3所示，由一个与非门芯片和一个或门芯片及其外围电路构成。在该电路中，与非门芯片选择74VHC1G132DFT1，或门选择74VHC1G32DFT1，但本电路并不限于选择该种芯片。

当该电路工作在正常状态时，即OUT1H为低、OUT1L为高时，或OUT1H为高、OUT1L为低，电路输出分别对应为，OUT2H为高、OUT2L为高或OUT2L为低、OUT2L为低。

当该电路输入为非正常状态时，即OUT1H、OUT1L同时为高，或OUT1H、OUT1L同时为低，电路输出分别对应为OUT2H为低、OUT2L为高，或OUT2H为低、OUT2L为高。为无效信号。

(3)MOSFET驱动电路

MOSFET驱动电路如图4所示，由IRS2103S芯片何其外围电路构成，但本电路并不限于选择该种芯片。该芯片的输入输出时序图如图5所示。

该芯片的2脚对应功率桥上桥臂驱动信号，3脚对应下桥臂驱动信号。即当正常工作时，OUT3H和OUT3L同时为高，则功率管上桥臂驱动信号PWM1up为高，PWM1down为低；当OUT3H和OUT3L同时为低时，则功率管上桥臂驱动信号PWM1up为低，PWM1down为高；

当其他状态时，PWM1up和PWM1down均不同时为高，保证了上下桥臂不同时导通，避免了桥臂直通造成了功率管损坏。

上述互锁电路采用三级信号互锁，使得距离功率电路距离较近，最易受到功率电干扰的电路控制信号得到最有效的互锁限制，有效的保证了功率管桥臂上下直通的可能，保证了电路的可靠性。

2、RCD电路

RCD电路通过电阻、电容和二极管的组合使用，使得其具备相对于输入信号，研制输出信号输出的功能，通过互补信号的配合，已达到具有死区功能的电路。RCD电路如图6所示。

由逻辑门电路分析可知，当OUT2H、OUT2L同时为高时，控制功率管上管开，下管关；当OUT2H、OUT2L同时为低时，控制功率管上管关，下管开；

当控制功率管上管开，下管关时，为防止上下管直通，应延迟OUT2H的上升沿，OUT2L的上升沿不加延迟，保证下管可靠关断时，上管开通。图中D11阻断了OUT2H的信号的通过，OUT2H需通过R28和C18组成的RC电路，故其使信号产生了延迟；OUT2L信号直接通过D12，不会产生延迟。

当控制功率管上管关，下管开时，为防止上下管直通，应延迟下管开通，及延迟OUT3L相对于OUT2L的下降沿。由于D12的关断作用，且由于R32和C20的RC电路的作用，OUT3L的电平下降相对于OUT2L有延迟。D11方向相对于D12方向相反，故OUT3H相对于OUT2H无延迟。

根据以上描述，RCD电路延迟了上管开通和下管开通，具备在控制信号上添加了死区的功能。死区时间的大小由R和C的阻值和容值决定。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。