一种高速大电流的功率场效应管驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高速大电流的功率场效应管驱动电路，包括驱动前置电路、图腾柱电路、驱动后置电路，所述的驱动前置电路包括电容C1，电阻R1、R2、R3，二极管D1以及三极管T1、T2；所述的图腾柱电路包括二极管D2、D3，电阻R4~R11，电容C2以及场效应管Q1和Q2；所述的驱动后置电路包括电阻R12~R13，二极管D4和D5、电容C3、场效应管Q3；驱动前置电路与驱动信号Vg相连，驱动后置电路与驱动对象Q3相连，图腾柱电路连接在驱动前置电路与驱动后置电路之间。该驱动电路结构简单、成本低廉，输出电流大、带负载能力强，可以满足特定情况下对场效应管高速低压大电流驱动的要求。
【专利说明】一种高速大电流的功率场效应管驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子驱动应用【技术领域】，尤其涉及一种高速大电流的功率场效应管驱动电路，该驱动电路输出电流大、带负载能力强，适合特定情况下对场效应管高速低压大电流驱动的场合。
【背景技术】
[0002]随着电力半导体器件的发展，已经出现了各种各样的全控型器件，最常用的有适用于大功率场合的大功率晶体管(GTR)、适用于中小功率场合但快速性较好的功率场效应晶体管(MOSFET)以及结合GTR和功率MOSFET而产生的功率绝缘栅控双极晶体管(IGBT)。
[0003]在这些开关器件中，功率MOSFET由于开关速度快、驱动功率小、易并联等优点成为开关电源中最常用的器件。尤其在为计算机、交换机、网络服务器等通信电子设备提供能量的低压大电流开关电源中，由于其特殊要求，通常希望功率开关器件具有导通电流大、通态电阻低等特点，而对器件能承受的关断电压要求并不高。这样的器件已经陆续出现，如富士公司的 2SK2690，IR 公司的 IRF7822，IRFBL3703 等。
[0004]目前已有的这些专用驱动功率MOSFET和IGBT的集成驱动电路，不能满足高频且带负载能力极强的应用场合，如如EXB841速度太慢，最大开关频率只能达到40?50kHz，而IR2110和TPS2812输出最大电流仅2A。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种高速大电流的功率场效应管驱动电路，本发明的电路使触发脉冲具有足够快的上升和下降速度，并在关断时为栅极提供低电阻放电回路，产生栅极负压防止误导通；同时在功率开关管开关时提供大电流对极间电容充放电，提闻带负载的能量，加快了 MOS管的开关速度，提闻了驱动电路的抗干扰能力，有效防止开关器件的误工作。
[0006]为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案:
一种高速大电流的功率场效应管驱动电路，包括驱动前置电路、图腾柱电路、驱动后置电路，所述的驱动前置电路与驱动信号Vg相连，所述驱动后置电路与驱动对象Q3相连，所述图腾柱电路串联在驱动前置电路与驱动后置电路之间；所述的驱动前置电路由电容Cl，电阻Rl、R2、R3，二极管Dl以及三极管Tl、T2组成，所述的电容Cl接在驱动信号Vg与三极管T2的基极之间；所述的电阻Rl与电容Cl并联，所述的电阻R2接在三极管T2基极与发射极之间，所述的电阻R3接在三极管Tl的发射极与基极之间；所述的防反二极管Dl正极与三极管Tl的集电极相连，Dl负极与三极管T2集电极相连；所述三极管Tl为NPN型三极管，Tl的发射极与+12V的电压相连，所述的三极管T2为PNP型三极管；所述的图腾柱电路由二极管D2、D3，电阻R4?R11，电容C2以及场效应管Ql和Q2组成；所述的防反二极管D2的正极与电阻R4相连，二极管D2的负极与场效应管Ql的门极相连，所述的防反二极管D3的正极与场效应Q2的门极相连，二极管D3的负极与电阻R8相连；所述电阻R4接在二极管D2正极与二极管Dl正极两端，所述电阻R5接在场效应管Ql的漏极与门极之间，所述电阻R6接在场效应管Ql门极与电容C2两端，所述电阻R7接在场效应管Ql的源极与电容C2之间，所述电阻R8接在二极管D3的负极与二极管Dl的正极之间，所述电阻R9接在电容C2与电阻Rll之间所述电阻RlO接在电容C2与场效应管Q2漏极之间，所述电阻Rll接在场效应管Q2的门极与源极；所述的场效应管Ql为P通道型MOSFET，所述的场效应管Q2为N通道型MOSFET ;所述的驱动后置电路由电阻R12?R13，二极管D4和D5、电容C3以及场效应管Q3组成，所述的电阻Rl2接在场效应管Q3与二极管C2之间，所述的电阻Rl3接在电阻R12与地之间，所述的击穿二极管D4的正极与击穿二极管D5的正极相连，二极管D4的负极与场效应管Q3的门极相连，所述击穿二极管D5的负极接地；所述场效应管Q3是N型M0SFET，场效应管Q3的源极接地。
[0007]本发明的有益效果是:
当驱动信号Vg为高电平时，PNP型三极管Tl截止，NPN型三极管T2饱和导通，P通道型MOS管Ql导通，N通道型MOS管Q2关闭，场效应管驱动电路输出高电平，驱动对象场效应管Q3导通；反之，当驱动信号Vg为低电平时，PNP型三极管Tl导通，NPN型三极管T2饱和关断，P通道型MOS管Ql关断，N通道型MOS管Q2导通，场效应管驱动电路输出低电平，驱动对象场效应管Q3关断。为了保证驱动电路的输出电流足够大，即带负载能力足够强，电路中采用了 PNP型三极管Tl和NPN型三极管T2构成的推挽放大电路。
[0008]当驱动信号Vg由低变高时，三极管T2快速饱和导通，同时三极管Tl退饱和关断，此时MOS管Ql和Q2的栅极分别通过由电阻R6、防反二极管Dl及三极管T2组成的回路和由防反二极管D3、电阻R5、二极管Dl和三极管T2组成的回路放电。输入耦合电阻Rl两端并联的电容Cl是为了加速三极管T2的饱和导通。当驱动信号Vg由高变低时，三极管T2退出饱和关断，同时三极管Tl饱和导通，此时，MOS管Ql和Q2的栅极分别通过由三极管Tl、电阻R4以及二极管D2组成的回路和由三极管Tl、电阻R7组成的回路充电。电容C2与电阻R12组成电荷泵电路，在电路关断时为MOS管Q3提供负压驱动，缩短关断时间，防止场效应管误导通，由击穿二极管D4和D5组成的电压保护电路防止浪涌电压，保护场效应管Q3。
[0009]该驱动电路结构简单、成本低廉，是一种快速且带负载能力极强的驱动电路，在高频大电流设备中可以有效的驱动场效应管器件。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的解释说明。
[0011]图1是电路原理图；
图2是驱动电压波形；
图3是门极与栅极之间的电压波形。
[0012]图1中，Q1?Q3为场效应管，其中Ql为P通道MOS管，Q2和Q3为N通道MOS管；C1?C3为电容，D1?D5为二极管，其中D1?D3为防反二极管，D4和D5为击穿二极管；R1?R14为电阻，Tl、T2为三极管，其中Tl为NPN型三极管，T2为PNP型三极管。
[0013]图2、图3中，D为占空比，T为开关周期，DT为导通时间，(1_D) T为关断时间，Vg为驱动电压波形，Vgs为功率MOS管的栅极和源极之间的电压。
【具体实施方式】
[0014]如图1中，驱动前置电路与驱动信号Vg相连，驱动前置电路包括电容Cl，电阻R1、R2、R3，二极管Dl以及三极管T1、T2，电容Cl接在驱动信号Vg与三极管Τ2的基极之间；电阻Ri与电容Cl并联，电阻R2接在三极管Τ2基极与发射极之间，电阻R3接在三极管Tl的发射极与基极之间；防反二极管Dl正极与三极管Tl的集电极相连，Dl负极与三极管Τ2集电极相连；三极管Tl为NPN型三极管，Tl的发射极与+12V的电压相连，三极管Τ2为PNP型三极管；驱动后置电路与驱动对象Q3相连，驱动后置电路包括电阻R12?R13，二极管D4和D5、电容C3以及场效应管Q3，电阻R12接在场效应管Q3与二极管C2之间，电阻R13接在电阻R12与地之间，击穿二极管D4的正极与击穿二极管D5的正极相连，二极管D4的负极与场效应管Q3的门极相连，击穿二极管D5的负极接地；场效应管Q3是N型M0SFET，场效应管Q3的源极接地；图腾柱电路连接在驱动前置电路与驱动后置电路之间，图腾柱电路包括二极管D2、D3，电阻R4?R11，电容C2以及场效应管Ql和Q2 ;防反二极管D2的正极与电阻R2相连，二极管D2的负极与场效应管Ql的门极相连，防反二极管D3的正极与场效应Q2的门极相连，二极管D3的负极与电阻R8相连；电阻R4接在二极管D2正极与二极管Dl正极两端，电阻R5接在场效应管Ql的漏极与门极之间，电阻R6接在场效应管Ql门极与电容C2两端，电阻R7接在场效应管Ql的源极与电容C2之间，电阻R8接在二极管D3的负极与二极管Dl的正极之间，电阻R9接在电容C2与电阻Rll之间所述电阻RlO接在电容C2与场效应管Q2漏极之间，电阻Rll接在场效应管Q2的门极与源极；场效应管Ql为P通道型MOSFET，场效应管Q2为N通道型MOSFET。
[0015]图2、图3为驱动电路中的两个主要波形，设驱动信号的占空比为D，开关周期为T。图2中，在DT导通时间内，驱动信号持续为5V时，图3中MOS管栅极与源极之间的电压Vgs高于阀值电压，初级绕组的MOS管开通。在(1-D )T关断时间内，驱动信号由5V变为OV时，MOS管栅极与源极之间的电压Vgs变为负值，实现了 MOS管的高频负压关断，降低了驱动电路的损耗，提闻了电路的抗干扰性。
[0016]基于MOS管Ql和Q2都是功率MOS管，为了使输出驱动波形具有陡峭的上升沿和下降沿，MOS管Ql和Q2的开通关断时间应尽可能短。为保证MOS管Ql和Q2开通、关断时间短，必须使它们有快速充电回路，即PNP型三极管Τ2开通，NPN型三极管Tl关断，或快速放电回路，即PNP型三极管Τ2开通，NPN型三极管Tl关断，为得到快速的充放电回路，则必须尽量减小R4?R7的阻值，同时二极管Dl?D3均应使用快速二极管。为保证场效应管Ql和Q2不会直通，输出由低电平变为高电平时，应使N通道型MOS管Q2在P型通道MOS管Ql之前放电完毕，即在Q2关断之后Ql才开通；与此相应，当输出由高电平变为低电平时，应使MOS管Q2在Ql之前充电至门槛值，即在Ql关断之后Q2才开通。因此电路中电阻R4、R5的取值应比R6、R7小。
[0017]在得到了足够快的上升和下降速度的触发脉冲后，还应保证开通时以低电阻对栅极电容充电，关断时为栅极提供低电阻放电回路。因此在图1所示电路中，组成充电回路的电阻Rio、R12及组成放电回路的电阻Rll、R12均应较小。
【权利要求】
1.一种高速大电流的功率场效应管驱动电路，其特征在于，包括驱动前置电路、图腾柱电路、驱动后置电路，所述的驱动前置电路与驱动信号Vg相连，所述驱动后置电路与驱动对象Q3相连，所述图腾柱电路连接在驱动前置电路与驱动后置电路之间；所述的驱动前置电路由电容Cl，电阻Rl、R2、R3，二极管Dl以及三极管Tl、T2组成，所述的电容Cl接在驱动信号Vg与三极管T2的基极之间；所述的电阻Rl与电容Cl并联，所述的电阻R2接在三极管T2基极与发射极之间，所述的电阻R3接在三极管Tl的发射极与基极之间；所述的防反二极管Dl正极与三极管Tl的集电极相连，Dl负极与三极管T2集电极相连；所述三极管Tl为NPN型三极管，Tl的发射极与+12V的电压相连，所述的三极管T2为PNP型三极管。
2.如权利要求1所述的一种高速大电流的功率场效应管驱动电路，其特征在于，所述的图腾柱电路由二极管D2、D3，电阻R4?R11，电容C2以及场效应管Ql和Q2组成；所述的防反二极管D2的正极与电阻R4相连，二极管D2的负极与场效应管Ql的门极相连，所述的防反二极管D3的正极与场效应Q2的门极相连，二极管D3的负极与电阻R8相连；所述电阻R4接在二极管D2正极与二极管Dl正极两端，所述电阻R5接在场效应管Ql的漏极与门极之间，所述电阻R6接在场效应管Ql门极与电容C2两端，所述电阻R7接在场效应管Ql的源极与电容C2之间，所述电阻R8接在二极管D3的负极与二极管Dl的正极之间，所述电阻R9接在电容C2与电阻Rll之间所述电阻RlO接在电容C2与场效应管Q2漏极之间，所述电阻Rll接在场效应管Q2的门极与源极；所述的场效应管Ql为P通道型MOSFET，所述的场效应管Q2为N通道型MOSFET。
3.如权利要求1所述的一种高速大电流的功率场效应管驱动电路，其特征在于，所述的驱动后置电路由电阻R12?R13，二极管D4和D5、电容C3以及场效应管Q3组成，所述的电阻Rl2接在场效应管Q3与二极管C2之间，所述的电阻Rl3接在电阻Rl2与地之间，所述的击穿二极管D4的正极与击穿二极管D5的正极相连，二极管D4的负极与场效应管Q3的门极相连，所述击穿二极管D5的负极接地；所述场效应管Q3是N型M0SFET，场效应管Q3的源极接地。
【文档编号】H02M1/088GK103825436SQ201410099838
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】唐余武, 邹坤 申请人:无锡研奥电子科技有限公司