一种适用于固态功率控制器的功率管驱动控制电路的制作方法

文档序号:9648756
一种适用于固态功率控制器的功率管驱动控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子技术领域,涉及一种基于M0S管的控制电路。
【背景技术】
[0002]固态功率控制器采用功率管作为核心控制开关,现在已被广泛应用于各个领域,具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高等优点。固态功率控制器中,其功率管工作在满占空比开关状态。
[0003]传统的功率管控制电路由于工作在占空比可调的工作模式,通过控制占空比来实现负载电流的控制,且驱动信号与功率电通过严格的上电时序来保证,驱动电路无需考虑大电流启动保护及上电瞬间因功率管内部寄生参数导致功率管出现瞬时微导通的潜通路问题。固态功率控制器作为智能开关功能,其功率管长期工作在全开与全闭合状态,功率管流过的电流受负载特性的影响,且其驱动电与功率电上电顺序无严格限制,使其对驱动的控制要求更为严格苛刻,容易出现大电流负载无法正常启动、上电瞬间开关状态不可控等问题。
[0004]此外,传统的驱动电路驱动方案无法解决固态功率控制器功率管的驱动问题,改进型的驱动电路通过在功率管栅-源极之间增加RC延时来达到抑制启动过程瞬态大电流的问题,使得带载能力得到改善,但会严重影响功率管的开通和关断时间,对开关管的散热与安全性提出了很高的要求,且无法响应负载端对快速上电的时间要求,同时也无法避免因驱动电加电滞后于功率电加电时可能带来的安全隐患问题。

【发明内容】

[0005]本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供了一种功率管驱动控制电路,可以解决因上电顺序错误引起的误开关动作,以及解决现有固态功率控制器带容性负载能力差,对寄生参数依赖大、瞬态大电流无法正常启动等问题。
[0006]本发明的技术解决方案是:一种适用于固态功率控制器的功率管驱动控制电路,包括开通关断电路、驱动保护电路、瞬态抑制电路、缓开通电路、电流采样电路、续流二极管D2和M0S管M1,其中:
[0007]M0S管Ml:控制负载的加电或者断电,漏极端接功率电源的正端,源极端接负载的一端,负载的另一端接功率电源的负端;
[0008]续流二极管D2:并联在负载的两端,当M0S管Ml关断后,使得负载完成续流;
[0009]开通关断电路:接收外部的电平控制信号Contro 11,并根据电平控制信号Control 1产生高电平或者低电平施加于M0S管Ml的栅极端,控制MOS管Ml的导通或者关断;
[0010]电流采样电路:串联于M0S管Ml的源极端和负载之间,实时采样获取流入负载的电流并反馈至外部;
[0011 ] 驱动保护电路:当电流采样电路获取的采样电流值大于预先设定的电流阈值时,根据外部的驱动保护控制信号控制MOS管Ml关断;
[0012]缓开通电路:串接在M0S管Ml的漏极端和栅极端之间,通过改变漏极端和栅极端之间的电容使得由功率电源加载至M0S管Ml上的电流逐渐增大;
[0013]瞬态抑制电路:串接在M0S管Ml的源极端和栅极端之间,保护M0S管的栅极端并防止在M0S管Ml导通前将功率电压施加于负载上。
[0014]所述的开通关断电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R10、电阻R13和三极管Q3,其中电阻R2的一端同时与电阻R6的一端以及驱动供电输入端VCC相连,电阻R2的另一端与电阻R3的一端相连,电阻R3的另一端同时与电阻R4的一端以及电阻R5的一端相连,电阻R5的另一端接M0S管Ml的栅极端,电阻R4的另一端接地端,电阻R6的另一端接三极管Q3的集电极,三极管Q3的基极同时与电阻R10的一端以及电阻R13的一端连接,电阻R10的另一端接外部的电平控制信号Controll,电阻R13的另一端同时与地端、三极管Q3的发射极以及负载的输入端相连。
[0015]所述的缓开通电路包括电容C1、电容C2、电阻R1和电阻R5,电阻R5、电容C2、电容C1和电阻R1顺序串联在一起,电阻R5的另一端与M0S管Ml的栅极端相连,电阻R1的另一端与M0S管Ml的漏极端相连。
[0016]所述的瞬态抑制电路包括电容C3、三极管Q2、电阻R5、电阻R14、二极管D1、稳压管Z1,电阻R5的一端同时与三极管Q2的集电极、电容C3的一端以及稳压管Z1的阴极端相连,电容C3的另一端同时与三极管Q2的基极、电阻R14的一端,二极管D1的阴极端相连,稳压管Z1的阳极端、二极管D1的阳极端、电阻R14的另一端、三极管Q2的发射极同时与负载的输入端相连。
[0017]所述的驱动保护电路包括两级保护电路,其中第一级保护电路包括电阻R8、电阻R11和三极管Q1,第二级保护电路包括电阻R9、电阻R12和三极管Q4 ;三极管Q1的集电极通过电阻R2接驱动供电输入端VCC,同时三极管Q1的集电极还通过电阻R5接至M0S管Ml的栅极端,电阻R11的一端同时接三极管Q1的基极和电阻R8的一端,电阻R11的另一端接外部的驱动保护控制信号Control2,电阻R8的另一端接三极管Q3的集电极,三极管Q1的发射极接地端;三极管Q4的集电极接电阻R9的一端,R9的另一端依次通过串联的电阻R3和电阻R2接驱动供电输入端VCC,同时R9的另一端还通过电阻R5接至M0S管Ml的栅极端,电阻R12的一端接三极管Q4的基极,电阻R12的另一端接外部的驱动保护控制信号Control3,三极管Q4的发射极接地端。
[0018]所述的电流采样电路为电压型或电流型传感器。
[0019]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0020](1)本发明的功率驱动电路通过设计缓开通电路,能够有效抑制开关瞬间容性负载和感性负载引起的浪涌电流和尖峰电压,避免容性大电流负载无法启动问题,提高功率管的带载能力,提高了功率管的可靠性与使用寿命,确保设备安全、稳定、可靠地工作;
[0021](2)本发明的功率驱动电路通过设计瞬态抑制电路,能够有效避免上电瞬间因功率电源先于驱动电源上电或功率管内部寄生参数影响,功率管瞬时微导通的现象,避免上电时序引起的开关状态不可控问题,负载安全性得到提高,对功率管器件寄生参数依赖大大减小;
[0022](3)本发明的功率驱动电路通过设计驱动保护电路同缓开通电路、瞬态抑制电路相结合,既能够提高带容性负载能力,也同时能减小了对开通关断时间的影响;
[0023](4)本发明通过采集功率管漏-源端的电流实现两级驱动保护,适用于固态功率控制器I2t反时限保护和立即跳闸保护,立即跳闸时间为微秒级,电路结构简单,可靠性高。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的电路原理框图;
[0025]图2为本发明固态功率控制器的功率管驱动控制电路原理图;
[0026]图3为本发明固态功率控制器的功率管驱动控制电路开关过程关键点波形图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0028]如图1、图2所示,本发明一种适用于固态功率控制器的功率管驱动控制电路,包括开通关断电路、驱动保护电路、瞬态抑制电路、缓开通电路、电流采样电路、续流二极管D2和M0S管M1,其中M0S管Ml控制负载的加电或者断电;续流二极管D2并联在负载的两端,当M0S管Ml关断后,负载通过续流二极管D2完成续流;开通关断电路接收外部的电平控制信号Controll,并根据电平控制信号Controll产生高电平或者低电平施加于MOS管Ml的栅极端,控制M0S管Ml的导通或者关断;电流采样电路实时采样获取流入负载的电流并反馈至外部;在外部,将电流采样电路获取的实时电流值与预先设定的电流阈值进行比较,当实时电流值大于预先设定的电流阈值时,由外部产生保护信号控制M0S管Ml关断;缓开通电路通过改变漏极端和栅极端之间的电容使得由功率电源加载至M0S管Ml上的电流逐渐增大;瞬态抑制电路串接在M0S管Ml的源极端和栅极端之间,保护M0S管的栅极端并防止在M0S管Ml导通前将功率电压施加于负载上。
[0029]整个电路主要由电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10、Rll、R12、R13、R14,电容C1、C2、C3,二极管D1,稳压管Z1,三极管Q1、Q2、Q3、Q4,功率M0S管Ml以及二极管D2、电流采样传感器RS构成。
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