功率控制用驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功率控制用驱动电路，尤其是功率控制设备的功率控制器件(M0SFET和IGBT等)的驱动电路。该驱动电路可以输出幅度较大、上升沿和下降沿较短的峰值电流。该驱动电路可应用于使用MOSFET、IGBT进行电机控制、电源变换和电源管理等功率控制领域。
【背景技术】
[0002]现有技术中，在开启MOSFET或IGBT等被控功率控制器件时，驱动电路必需能在短时间内向被控功率控制器件MOSFET或IGBT的栅极注入大电流，关闭被控功率控制器件MOSFET或IGBT时，驱动电路必需能在短时间内由被控功率控制器件MOSFET或IGBT的栅极引出大电流。或者说，加到被控功率控制器件MOSFET或IGBT的栅极的驱动电流脉冲幅度要足够大，上升沿时间和下降沿时间要足够短。为此，一般用MOSFET构造被控功率控制器件的驱动电流输出部分，常用的电路(包括专用MOSFET或IGBT的驱动电路前级)如图1(A)至(D)0
[0003]图1中，Q1，Q2为驱动被控功率控制器件MOSFET或IGBT (即Q3)的MOSFET。R为驱动电阻，用以调节驱动电流和阻尼驱动回路振铃。脚3接驱动电源。记脚3的电位为V3;脚I和2分别是驱动Q1、Q2的控制信号。记脚I的电位为VI，记脚2的电位为V2 ;在桥式电路中，在Q3用于上桥时，4接到功率级的电源正，5是输出。在Q3用于下桥时，5接到功率级的电源负，4是输出。记脚4的电位为V4，脚5的电位为V5。Q3的栅极的电压记为VG3(也即栅极和源极的电位差)，为使Q3深度饱和(MOSFET进入电阻区，而且导通电阻足够小)，必须有VG3=5V-15V，同样，Ql的栅极电压记为VG1，为使Ql深度饱和(MOSFET进入电阻区，而且导通电阻足够小)，必须有VG1=5V-15V，因此，附图1 (A) N-NM0SFET组合和图1 (D)N-PM0SFET组合，开通Ql的控制信号幅度必须达到VG1+VG=20V-30V。显然电路处理比较复杂，所以这两种电路很少使用。
[0004]对于图1 (B)p-NMOSFET组合，当V1=V5时，Ql导通，开启Q3，当V2=V5时Q2导通，关闭Q3。为防止Ql、Q2同时导通，当V1=V5时必须有V2=V3，当V2=V5时必须有V1=V3，而且在Ql、Q2的开关转换过程中，必须保证先关后开，关与开之间要插入合适的时间间隔，这个时间间隔也叫死区保护。
[0005]对于图1 (C)P-PMOSFET组合，当V1=V5时，Ql导通，开启Q3，当V2=V3时Q2导通，关闭Q3。为防止Ql、Q2同时导通，当V1=V5时必须有V2=V5，当V2=V3时必须有V1=V3，而且在Ql、Q2的开关转换过程中，必须保证先关后开，关与开之间要插入合适的时间间隔，这个时间间隔也叫死区保护。
[0006]由此可见图1 (B) P-NM0SFET组合和图1 (C) P-PM0SFET组合的控制信号处理电路比较复杂，特别在是死区保护时间内，被控功率控制器件Q3的工作状态是不理想的。
【发明内容】
[0007]本发明首要解决的技术问题是提供一种可以输出幅度较大、上升沿和下降沿较短的峰值电流(即被控功率控制器件的开通和关断时间较短)的功率控制用驱动电路。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种功率控制用驱动电路，其包括:驱动电路前级，用于根据外部送入的PWM信号或逻辑信号控制其电压输出端的输出电压；N-MOSFET (Ql)，其栅极(G)接所述驱动电路前级的电压输出端；该N-MOSFET (Ql)的栅极(G)与源极(S)之间设有第一电阻(Rl)，N-MOSFET (Ql)的漏极(D)接驱动电源；P_M0SFET(Q2)，其栅极(G)接所述驱动电路前级的电压输出端；所述N-MOSFET (Ql)的源极(S)与P-MOSFET (Q2)的源极(S)之间设有第二电阻(R2);被控功率控制器件(Q3)，其栅极(G)串接第三电阻(R3)后接所述P-MOSFET (Q2)的源极(S)，所述被控功率控制器件(Q3)的源极(S)接所述P-MOSFET (Q2)的漏极(D)0
[0009]所述驱动电路前级采用驱动集成电路或分列器件构成。
[0010]作为一种优选的方案，所述第一电阻(Rl)的阻值小于1ΚΩ，第二电阻(R2)和第三电阻(R3)的阻值小于100 Ω。
[0011]作为一种优选的方案，所述驱动电路前级的电压输出端能输出的电压为10-15V，且输出电流和吸收电流的峰值不小于200mA。
[0012]作为一种优选的方案，所述被控功率控制器件(Q3)为MOSFET或IGBT。
[0013]上述功率控制用驱动电路的工作方法，其包括:
当所述PffM信号或逻辑信号有效时，所述驱动电路前级的电压输出端的输出电压V0UT=10-15V,该电压经第一、第二和第三电阻(Rl、R2、R3)加到被控功率控制器件(Q3)的栅极，并形成电流输出电流(Il);该电压还直接加到N-MOSFET (Ql)的栅极，使N-MOSFET(Ql)导通并很快深度饱和，进而使被控功率控制器件(Q3)的栅极电压很快上升；随着被控功率控制器件(Q3)的栅极电压上升，所述输出电流(II)逐渐减小，直至所述第一电阻(Rl)两端的电压小于所述N-MOSFET (Ql)的门槛电压时，N-MOSFET (Ql)退出导通，被控功率控制器件(Q3)的栅极电压由所述驱动电路前级保持，维持被控功率控制器件(Q3)处在深度饱和区；当PWM信号或逻辑信号自有效变为无效时，所述电压输出端下降，使被控功率控制器件(Q3)的栅极经第一、第二和第三电阻(Rl、R2、R3)向所述驱动电路前级的电压输出端输出灌电流(12)，并在第一、第二电阻(R1，R2)的阻值之和与输出灌电流(12)的乘积大于P-MOSFET (Q2)的门槛电压时，使P-MOSFET (Q2)很快饱和导通，并使被控功率控制器件(Q3)的栅极电压很快下降，最终使Q2退出导通；被控功率控制器件(Q3)的栅极电压由驱动电路前级保持，由于驱动电路前级能吸收峰值不小于200mA的电流，因此能可靠维持被控功率控制器件(Q3)处在截止区。
[0014]作为一种变型的方案，所述驱动电路前级的电压输出端依次串接第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第一栅极电阻(RGl)后接N-MOSFET (Ql)的栅极(G);所述第五电阻(R5)和第一栅极电阻(RGl)的接点串接所述第一电阻(Rl)后接N-MOSFET (Ql)的源极(S);第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的接点串接第二栅极电阻(RG2)后接P-MOSFET (Q2)的栅极(G)0
[0015]作为另一种变型的方案，所述驱动电路前级的电压输出端依次串接第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第二栅极电阻(RG2)后接P-MOSFET (Q2)的栅极(G);所述第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的接点串接第一栅极电阻(RGl)后接N-MOSFET (Ql)的栅极(G);所述第五电阻(R5)和第二栅极电阻(RG2)的接点串接第一电阻(Rl)后接N-MOSFET (Ql)的源极(S)。
[0016]—种桥式功率控制电路，其包括:驱动电路前级，用于根据外部送入的一对PWM信号或逻辑信号分别控制其一对电压输出端的输出电压；该对电压输出端分别连接有结构相同的上、下桥驱动电路；所述上、下桥驱动电路包括:N-M0SFET (Q1)，其栅极接所述驱动电路前级的一电压输出端；该N-MOSFET (Ql)的栅极(G)与原极(S)之间设有第一电阻(RU, N-MOSFET (Ql)的漏极(D)接驱动电源；P_M0SFET (Q2)，其栅极(G)接所述驱动电路前级的电压输出端；N-MOSFET (QI)的原极(S )与P-MOSFET (Q2 )的原极(S )之间设有第二电阻(R2 );被控功率控制器件(Q3 )，其栅极(G )串接第三电阻(R3 )后接所述P-MOSFET (Q2 )的原极(S)，所述被控功率控制器件(Q3)的原极(S)接所述P-MOSFET (Q2)的漏极(D);上桥驱动电路中的被控功率控制器件的原极(S)接下桥驱动电路中的被控功率控制器件的漏极(D)，下桥驱动电路中的被控功率控制器件的原极(S)接驱动电路前级的公共端(COM)。
[0017]相对于现有技术，本发明具有的技术效果是:(1)本发明中的功率控制用驱动电路，在稳态(指输出级的