专利名称：一种用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种提高N沟道增强型MOSFET等开关器件开关可靠性的驱动电 路，特别涉及一种用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路。
背景技术：
随着电力电子技术的飞速发展，开关型功率器件MOSFET在电源中应用越来越广 泛。该类型器件工作在开关状态，当驱动信号大于阈值电压时，开关管导通，当驱动信号低 于阈值电压或者负压时，开关管关断。在桥型拓扑结构中，需要信号互补的双PWM驱动信 号，为降低驱动电路复杂度，驱动电路通常采用带有高位自举的集成驱动芯片，该类型驱动 方式仅要求一路供电电源，节省了一定的空间和成本。在该类型驱动电路中，由单片机或者 PWM控制器提供驱动信号，驱动信号经过带有高位自举的驱动芯片进行信号放大，为功率器 件提供开关信号。该类型驱动电路为高端和低端开关器件均提供高电平开通、零电平关断 的驱动信号。采用单电源供电时，功率器件在零电压时关断，驱动信号容易受到外信号干扰 情况而发生功率器件误开通现象，如果电源工作在恶劣的工作条件下时，此现象更为严重， 导致电源产品可靠性降低。采用负压关断可有效地防止误导通现象。如果通过加入负压电 源实现负压关断功能，会大大提高电路复杂程度以及成本、空间，这就要求尽可能的在不增 加驱动电路复杂度、不增加电路成本的前提下通过电路改进，增加负电压关断的功能
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种提高开 关器件的关断速度，降低开关损耗的用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路。根据本实用新型提出一种用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路，包括 辅助供电单元、驱动信号放大单元、自举储能单元、滤波单元、第一滤波稳压单元，第二滤波 稳压单元、充电单元、控制单元，所述辅助供电单元的输出端分别与所述自举储能单元的输 入端、所述滤波单元的输入端、所述充电单元的输入端和所述驱动信号放大单元的输入端 连接；所述驱动信号放大单元的输出端分别与主电路桥臂开关管栅极及所述控制单元连 接；所述自举储能单元的输出端分别与所述驱动信号放大单元及驱动对象主电路桥臂中点 相连；所述第一滤波稳压电路的输出端分别与所述信号放大单元及所述控制单元连接，所 述第一滤波稳压电路的输入端为驱动对象主电路桥臂中点；所述滤波单元的输出端一端与 驱动信号放大单元连接，另一端与所述驱动信号放大单元、所述控制单元以及第二滤波稳 压电路的公共端相连；所述充电单元的输出端与所述第二滤波稳压单元连接；所述辅助供 电单元与所述自举储能单元、所述滤波单元、所述充电单元和所述驱动信号放大单元连接。根据本实用新型提供的用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路还具有 如下附加技术特征所述驱动信号放大单元输出两路信号，一输出信号为主电路桥臂高位开关管提供 驱动信号，另一输出信号为主电路桥臂低位开关管提供驱动信号。[0007]所述驱动信号放大单元为所述控制单元提供控制信号。所述自举储能单元为所述驱动信号放大单元供电。根据本实用新型提供的用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路与现有技术相比至少具有如下优点在桥式拓扑结构中，通过改进的驱动电路，利用单相正电压辅助供电单元实现对 功率开关管正电压开通，负电压关断的驱动方式，提高功率开关器件的开关可靠性，同时提 高开关器件的关断速度，降低开关损耗，提高了效率。本实用新型附加的方面优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中 变得更加明显，或通过本实用新型的实践了解到。
本实用新型的上述和其他方面优点从
以下结合附图对实施例的描述中将变得明 显和容易理解，其中图1是根据本实用新型的用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路的结 构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始 至终相同的标号表示相同的元件。下面通过参考附图描述的实施例用于解释本实用新型， 所述实施例是示例性的，而不能解释为对本实用新型的限制。参见图1所示，本实施电路利用单相正电压辅助供电单元实现对功率开关管正电 压开通，负电压关断的驱动方式，提高功率开关器件的开关可靠性。驱动电路包括辅助供电单元1、驱动信号放大单元2、自举储能单元3、滤波单元4、 第一滤波稳压单元A5，第二滤波稳压单元B6、充电单元7、控制单元8。辅助供电单元1为自举储能单元3、滤波单元4、充电单元7和驱动信号放大单元 2供电。驱动信号放大单元2 —部分的驱动输出信号为主电路桥臂高位开关管提供驱动信 号，另一部分的驱动输出信号为主电路桥臂低位开关管提供驱动信号，并且为控制单元8 提供控制信号。自举储能单元3为驱动信号放大单元2—部分供电。第一滤波稳压电路A5 将其输入输出端电压稳定在指定电压幅值。滤波单元为辅助供电单元1以及驱动信号放大 单元2部分供电端进行滤波。充电单元7为第二滤波稳压单元B6进行充电控制。驱动信号放大单元2可以采用IR公司的高位自举驱动芯片IR2113S，该芯片输入 信号兼容TTL电平和CMOS电平，PIN12和Pmi4由外部P丽控制芯片或者数字单片机P丽 信号PWM_H和PWM_L，PIN18和Pim为输出驱动管脚，分别对应高位和低位功率开关的栅 极，最大驱动电流达到2A。辅助供电单元1为自举储能单元3、滤波单元4、充电单元7和驱动信号放大单元 2提供15V的直流电压，并且通过充电单元7为滤波稳压单元B6充电至3V并实现自稳压。 滤波单元4采用大容量铝电解电容与高频陶瓷电容结合滤波的方式，储能的同时有效吸收 高频纹波，最大程度的抑制驱动电路部分内部由于开关造成的扰动。当PWM_H为低电平，PWM_L为高电平即15V时，低位功率开关管栅漏极承受12V的正驱动电压，开通，PWM.L同时为控制单元8提供控制信号，控制单元8连通输入端和公共 端。辅助供电单元1为自举储能单元充电至15V。此时，由于低端开关管开通，滤波稳压单 元B6、控制单元8、低端开关管以及滤波稳压单元A5组成回路，实现电压平衡，滤波稳压单 元A5充电至3V并实现自稳压并且为左正右负。此时，由驱动信号放大单元2A部分、滤波 稳压单元A5以及高端开关管栅漏极组成回路，所以高端开关管栅漏极承受-3V有效电压， 可以有效快速关断。当PWM_H为高电平，PWM_L为低电平时，控制单元8断开输入端和输出公共端.驱 动信号放大单元2A部分、滤波稳压单元A5以及高端开关管栅漏极组成回路，所以高端开关 管栅漏极承受12V的正驱动电压，高端开关管开通。而滤波稳压单元B6、低端开关管栅漏极 以及驱动信号放大单元2B部分组成回路，所以低端开关管栅漏极承受-3V的负驱动电压， 低端开关管有效快速关断。 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本实用 新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求1.一种用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路，其特征在于包括辅助供电 单元、驱动信号放大单元、自举储能单元、滤波单元、第一滤波稳压单元，第二滤波稳压单 元、充电单元、控制单元，所述辅助供电单元的输出端分别与所述自举储能单元的输入端、 所述滤波单元的输入端、所述充电单元的输入端和所述驱动信号放大单元的输入端连接； 所述驱动信号放大单元的输出端分别与主电路桥臂开关管栅极及所述控制单元连接；所述 自举储能单元的输出端分别与所述驱动信号放大单元及驱动对象主电路桥臂中点相连；所 述第一滤波稳压电路的输出端分别与所述信号放大单元及所述控制单元连接，所述第一滤 波稳压电路的输入端为驱动对象主电路桥臂中点；所述滤波单元的输出端一端与驱动信号 放大单元连接，另一端与所述驱动信号放大单元、所述控制单元以及第二滤波稳压电路的 公共端相连；所述充电单元的输出端与所述第二滤波稳压单元连接。
2.根据权利要求1所述的用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路，其特征在 于所述驱动信号放大单元输出两路信号，一输出信号为主电路桥臂高位开关管提供驱动 信号，另一输出信号为主电路桥臂低位开关管提供驱动信号。
3.根据权利要求2所述的用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路，其特征在 于所述驱动信号放大单元为所述控制单元提供控制信号。
4.根据权利要求2所述的用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路，其特征在 于所述自举储能单元为所述驱动信号放大单元供电。
专利摘要一种用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路，包括辅助供电单元、驱动信号放大单元、自举储能单元、滤波单元、第一滤波稳压单元，第二滤波稳压单元、充电单元、控制单元。根据本实用新型提供的用于桥式拓扑结构中提高功率开关可靠性的电路，在桥式拓扑结构中，利用单相正电压辅助供电单元实现对功率开关管正电压开通，负电压关断的驱动方式，提高功率开关器件的开关可靠性，通过改进的驱动电路，增加了负压关断方式，提高开关器件的开关可靠性，同时降低开关损耗，提高了效率。
文档编号H02M1/08GK201839191SQ20102055145
公开日2011年5月18日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者刘晓刚, 张福亮, 张耀, 李世扬, 王学军, 陈京谊 申请人:航天科工惯性技术有限公司