Nmos管高电压高速驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种NMOS管高电压高速驱动电路。包括输入保护整流电路、驱动主电路和主回路电路。输入保护整流电路由TVS管或者双向稳压二极管，四个整流二极管组成；驱动主电路由PNP转换三极管Q1，PNP释放三极管Q2、NPN放大三极管Q3 (可去除)，限流电阻R1、释放电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、限流电阻R5、释放电阻R6 (可去除)、快速关断电容C1、分流二极管D6、稳压二极管D8 (可去除)；主回路电路由NMOS管M1、续流二极管D7和负载L1组成。本发明是一种功耗小、成本低，可承受输入电压范围大，开关速度快的驱动电路。
【专利说明】
NMOS管高电压高速驱动电路
技术领域
[0001 ]本发明涉及NMOS管驱动电路，尤其是涉及一种NMOS管高电压高速驱动电路。
【背景技术】
[0002]匪OS管由于其输入电阻高、电压驱动型(栅极与源极之间电压高于一定值即可导通)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好等优点，目前广发应用于电子行业，但因其制造工艺的限制，会在NMOS管的三个管脚之间产生寄生电容，而寄生电容会导致NMOS管导通关断变慢，从而增加了 NMOS管的开关损耗，因此需要一个能高速驱动匪OS管的电路要减小寄生电容对开关MOS管的影响。目前存在NMOS管驱动电路，存在以下缺点:(I)功耗大，成本高。(2)可承受输入电压幅值范围小。(3)开关速度慢。
【发明内容】
[0003]为了克服传统的NMOS管驱动电路功耗大、成本高，可承受输入电压幅值范围小，开关速度慢等缺点，本发明的目的在于提供一种NMOS管尚电压尚速驱动电路，是一种功耗小、成本低，可承受输入电压范围大，开关速度快的驱动电路。
[0004]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
本发明包括输入保护整流电路、驱动主电路和主回路电路;输入保护整流电路，包括整流四个二极管D2?D5和双向TVS管或双向稳压二极管Dl，主回路电路，包括NMOS管Ml、二极管D7和负载LI，输入保护整流电路对驱动主电路和主回路电路供直流电。
[0005]所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q3、电阻Rl?R6、电容Cl、二极管D6和稳压二极管D8;三极管Ql的集电极经电阻R4和电阻R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl后分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接三极管Ql的发射极、三极管Q3的集电极、负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，稳压二极管D8的两端并联电阻R3，稳压二极管D8的负极接电阻R6的一端和三极管Q3的基极，电阻R6的另一端接三极管Q3的发射极、二极管D6的正极、三极管Q2的基极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接三极管Q2的集电极和NMOS管Ml的源极后接GND，二极管D6的负极接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极。
[0006]所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q3、电阻Rl?R6、电容Cl和二极管D6;三极管Ql的集电极经电阻R4和电阻R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl后分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接三极管Ql的发射极、三极管Q3的集电极、负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，电阻R3和电阻R4连接点接电阻R6的一端和三极管Q3的基极，电阻R6的另一端接三极管Q3的发射极、二极管D6的正极、三极管Q2的基极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接三极管Q2的集电极和NMOS管Ml的源极后接GND，二极管D6的负极接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极。
[0007]所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q2、电阻Rl?R4、电容Cl、二极管D6和稳压二极管D8;三极管Ql的集电极经电阻R4和电阻R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl后分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接三极管Ql的发射极、负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，稳压二极管D8的两端并联电阻R3，稳压二极管D8的负极分别接三极管Q2的基极和二极管D6的正极，二极管D6的负极分别接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极，三极管Q2的集电极接NMOS管Ml的源极后接GND。
[0008]所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q2、电阻Rl?R4、电容Cl和二极管D6;三极管Ql的集电极经电阻R4和电阻R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，电阻R3和电阻R4连接点分别接三极管Q2的基极和二极管D6的正极，二极管D6的负极分别接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极，三极管Q2的集电极接NMOS管Ml的源极后接GND。
[0009]所述输入保护整流电路的输入信号为直流信号或交流信号，直流信号的电压值为2-1000V;交流信号的电压有效为2-1000V，频率为50Hz或者60Hz;所述驱动主电路的输入类似方波信号由上述直流信号或交流信号与一个高电平信号为0V、低电平信号为-2V--15V、频率为100-40000HZ的方波信号叠加而成。
[0010]本发明具有的有益效果是:
本发明工作功耗小，仅有普通驱动电路功耗的50%;成本低，仅有普通驱动电路价格的20%;本发明可根据供电电源的电压幅值而调节电阻参数来驱动NMOS管，无需供电电源以外的额外电源供电，且可承受的电压范围大(2-1000V)，而普通驱动电路都需要额外的电源供电，且可承受电压范围小(几十伏)；本发明驱动匪OS管速度快，可达到10k，而普通驱动只能达到50k。
【附图说明】
[0011]图1是NMOS管高电压高速驱动电路。
[0012]图2是NMOS管高电压高速驱动电路(去除驱动主电路稳压二极管)。
[0013]图3是NMOS管高电压高速驱动电路(去除驱动主电路其中一个三极管)。
[0014]图4是匪OS管高电压高速驱动电路(去除驱动主电路稳压二极管和其中一个二极管)。
[0015]图5是匪OS管高电压高速驱动电路典型应用电路(电路输入220V交流电源信号和类方波驱动信号)。
[0016]图6是输入保护整流电路。
[0017]图7是驱动主电路。
[0018]图8是主回路电路。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0020]如图1、图6?图8所示，本发明包括输入保护整流电路、驱动主电路和主回路电路；输入保护整流电路，包括整流四个二极管D2?D5和双向TVS管或双向稳压二极管Dl，主回路电路，包括匪OS管Ml、二极管D7和负载LI，输入保护整流电路对驱动主电路和主回路电路供直流电。
[0021]如图1和图5所示，是本发明的匪OS管高电压高速驱动电路和电路典型应用电路，如图7所示，是本发明的驱动主电路。所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q3、电阻Rl?R6、电容Cl、二极管D6和稳压二极管D8;三极管Ql的集电极经电阻R4和R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接三极管Ql的发射极、三极管Q3的集电极、负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，稳压二极管D8的两端并联电阻R3，稳压二极管D8的负极接电阻R6的一端和三极管Q3的基极，电阻R6的另一端接三极管Q3的发射极、二极管D6的正极、三极管Q2的基极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接三极管Q2的集电极、NMOS管Ml的源极后接GND，二极管D6的负极接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极。
[0022]如图2所示，是NMOS管高电压高速驱动电路(去除驱动主电路稳压二极管)，所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q3、电阻Rl?R6、电容Cl和二极管D6;三极管Ql的集电极经电阻R4和R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接三极管Ql的发射极、三极管Q3的集电极、负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，电阻R3和R4连接点接电阻R6的一端和三极管Q3的基极，电阻R6的另一端接三极管Q3的发射极、二极管D6的正极、三极管Q2的基极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接三极管Q2的集电极、匪OS管Ml的源极后接GND，二极管D6的负极接三极管Q2的发射极和匪OS管Ml的栅极。
[0023]如图3所示，是NMOS管高电压高速驱动电路(去除驱动主电路其中一个三极管)，所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q2、电阻Rl?R4、电容Cl、二极管D6和稳压二极管D8;三极管Ql的集电极经电阻R4和R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接三极管Ql的发射极、负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，稳压二极管D8的两端并联电阻R3，稳压二极管D8的负极分别接三极管Q2的基极和二极管D6的正极，二极管D6的负极分别接三极管Q2的发射极和匪OS管Ml的栅极，三极管Q2的集电极接NMOS管Ml的源极后接GND。
[0024]如图4所示，是NMOS管高电压高速驱动电路(去除驱动主电路稳压二极管和其中一个二极管)，所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q2、电阻Rl?R4、电容Cl和二极管D6;三极管Ql的集电极经电阻R4和R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，电阻R3和R4连接点分别接三极管Q2的基极和二极管D6的正极，二极管D6的负极分别接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极，三极管Q2的集电极接NMOS管Ml的源极后接GND。
[0025]所述输入保护整流电路的输入信号为直流信号或交流信号，直流信号的电压值为2-1000V;交流信号的电压有效为2-1000V，频率为50Hz或者60Hz;所述驱动主电路的输入类似方波信号由上述直流信号或交流信号与一个高电平信号为0V、低电平信号为-2V--15V、频率为100-40000HZ的方波信号叠加而成。
[0026]本发明的输入保护整流电路由01(1'￥5管或者双向稳压二极管)，02、03、04、05(整流二极管)组成。所述驱动主电路由Ql (PNP转换三极管)、Q2 (PNP释放三极管)、Q3 (NPN放大三极管(可去除))、R1(限流电阻)、R2(释放电阻)、R3(分压电阻)、R4(分压电阻)、R5(限流电阻)、R6(释放电阻(可去除))、C1(快速关断电阻)、D6(分流二极管)、D8(稳压二极管(可去除))。所述主回路电路由Ml(NM)S管)、D7(续流二极管)和LI(负载)组成。
[0027]驱动主电路中的放大三极管用于放大施加到开启NMOS管瞬间电流，缩短NMOS管导通时间，而对于有些场合，不需要放大三极管放大电流，也能满足NMOS管导通时间要求，因此可去除放大三极管。所述驱动主电路中的稳压二极管用于提供过压保护，而对于一些电压稳定可去除稳压二极管。
[0028]输入保护整流电路提供对控制电路的保护和对输入信号的整流。驱动主电路提供开启匪OS管瞬间所需电流和关断NMOS管瞬间所需释放电荷提供回路(NM0S管栅极与源极之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。而对电容放电就需要一个回路，快速将电容上电荷释放掉)。主回路电路提供驱动负载能力。
[0029]结合图5所示，典型应用电路说明控制电路的工作方式。
[0030]在图5中的Vin+和Vin-之间输入一个频率50Hz，电压有效值为220V的交流电压激励，激励信号经过输入保护整流电路转化成一个电压有效值为220V的全波直流信号(电压直流偏置分量为零)，同时在驱动主电路Input端输入一个类似方波信号(方波信号由Vin+与Vin-两端输入信号经桥式整流电路整流后所得全波直流信号与一个高电平信号为0V、低电平信号为-15V、频率为20000Hz的方波信号叠加而成)，当输入类似方波信号为低电平时，此时VCC处电平高于电阻R2与电阻R3相连接处电平，电阻R2与电阻R3相连接处电平高于Input处电平(即电容Cl两端有电压差)，则此时转换三极管导通处于饱和状态，此时上述整流所得220V全波直流信号加载到分压电阻上面，按照分压电阻阻值，其中一个分压电阻两端电压为有效值为14.47V的全波直流信号，此信号正好加载到放大二极管上的基极上，则放大三极管处于放大状态，同时将放大后的信号加载到分流二极管正极，而分流二极管的负极电压为零，则分流二极管导通，则此时驱动主电路对NMOS管栅极与源极之间寄生电容充电，NMOS管迅速导通，而此时释放三级极管发射极与基极之间电压基本相同，释放二极管截止。当输入类似方波信号为高电平时，此时Input处电平与VCC处电平相同，而电容Cl两端电压不能突变，则此时电阻R2与电阻R3相连接处电平高于Input处电平，S卩VCC处电平低于电阻R2与电阻R3相连接处电平，因此转换三极管被基极和发射极之间的负电压迅速关断，则转换三极管截止，此时分压电阻两端电压值为零，因此释放三极管的基极电压也为零，而此时匪OS管栅极与源极之间的寄生电容上电压不能突变，因此释放三极管的发射极电压不变，此时释放三极管导通，将NMOS管栅极和源极导通，将寄生电容内电荷释放掉，从而致使NMOS管迅速关断。
[0031]上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种匪OS管高电压高速驱动电路，其特征在于:包括输入保护整流电路、驱动主电路和主回路电路;输入保护整流电路，包括整流四个二极管D2?D5和双向TVS管或双向稳压二极管DI，主回路电路，包括NMOS管Ml、二极管D7和负载LI，输入保护整流电路对驱动主电路和主回路电路供直流电。2.根据权利要求1所述的一种匪OS管高电压高速驱动电路，其特征在于:所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q3、电阻Rl?R6、电容Cl、二极管D6和稳压二极管D8;三极管Ql的集电极经电阻R4和电阻R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl后分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接三极管Ql的发射极、三极管Q3的集电极、负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，稳压二极管D8的两端并联电阻R3，稳压二极管D8的负极接电阻R6的一端和三极管Q3的基极，电阻R6的另一端接三极管Q3的发射极、二极管D6的正极、三极管Q2的基极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接三极管Q2的集电极和NMOS管Ml的源极后接GND，二极管D6的负极接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极。3.根据权利要求1所述的一种匪OS管高电压高速驱动电路，其特征在于:所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q3、电阻Rl?R6、电容Cl和二极管D6;三极管Ql的集电极经电阻R4和电阻R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl后分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接三极管Ql的发射极、三极管Q3的集电极、负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，电阻R3和电阻R4连接点接电阻R6的一端和三极管Q3的基极，电阻R6的另一端接三极管Q3的发射极、二极管D6的正极、三极管Q2的基极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接三极管Q2的集电极和NMOS管Ml的源极后接GND，二极管D6的负极接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极。4.根据权利要求1所述的一种匪OS管高电压高速驱动电路，其特征在于:所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q2、电阻Rl?R4、电容Cl、二极管D6和稳压二极管D8;三极管Ql的集电极经电阻R4和电阻R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl后分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接三极管Ql的发射极、负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，稳压二极管D8的两端并联电阻R3，稳压二极管D8的负极分别接三极管Q2的基极和二极管D6的正极，二极管D6的负极分别接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极，三极管Q2的集电极接NMOS管Ml的源极后接GND。5.根据权利要求1所述的一种匪OS管高电压高速驱动电路，其特征在于:所述驱动主电路，包括三极管Ql?Q2、电阻Rl?R4、电容Cl和二极管D6;三极管Ql的集电极经电阻R4和电阻R3接GND，电阻Rl的两端并联电容Cl分为两路，一路接三极管Ql的基极，另一路经电阻R2分别接负载LI的一端和二极管D7的负极后接VCC，电阻R3和电阻R4连接点分别接三极管Q2的基极和二极管D6的正极，二极管D6的负极分别接三极管Q2的发射极和NMOS管Ml的栅极，三极管Q2的集电极接NMOS管Ml的源极后接GND。6.根据权利要求1-5所述的任意一项的一种NMOS管高电压高速驱动电路，其特征在于:所述输入保护整流电路的输入信号为直流信号或交流信号，直流信号的电压值为2-1000V;交流信号的电压有效为2-1000V，频率为50Hz或者60Hz;所述驱动主电路的输入类似方波信号由上述直流信号或交流信号与一个高电平信号为0V、低电平信号为-2V--15V、频率为100-40000HZ的方波信号叠加而成。
【文档编号】H03K17/687GK106067800SQ201610512303
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月29日 公开号201610512303.0, CN 106067800 A, CN 106067800A, CN 201610512303, CN-A-106067800, CN106067800 A, CN106067800A, CN201610512303, CN201610512303.0
【发明人】姜文耀, 陶勇
【申请人】浙江桃园科技有限公司