专利名称：一种基于集成驱动芯片的开关管驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电路技术领域，特别是指一种采用MOSFET集成驱动芯片构造的、用于驱动功率变换器中的高边功率驱动电路。
背景技术：
传统的高边功率开关管驱动电路，一种(可配合图1所示)是利用电容升压原理， 将高边功率开关管的源极与与之相连的对地一直存在电压的那点之间接一功率二极管，使高边功率开关管关断时其源极由于二极管的反向不导通而与一直对地存在电压的那点断开，同时将升压电容负极通过一电阻直接接地，从而完成对升压电容的充电，这样在这一连接电阻和功率二极管上会消耗大量的能量，导致驱动电路的能耗太大。另一种是利用变压器实现信号的隔离与传输，但由于变压器只能传输交流信号，当控制信号PWM的占空比很小或较大时，经变压器传输后会发生畸变，因此该类驱动电路只适合于占空比在0. 5附近的应用场合。目前，市面上有很多种用于MOSFET集成驱动芯片，以顶2110为例，它是国际半导体公司生产的一款MOSFET驱动芯片，它的主要功能是将数字驱动信号与功率驱动信号隔离开来。此外，当该芯片的输入端HIN为高电平时，将输出端HO与VB导通，而输入端HIN 为低电平时，将输出端HO与VS导通；同理，该芯片的输入端LIN为高电平时，将输出端LO 与VCC导通，而输入端LIN为低电平时，将输出端LO与COM导通。因此，本发明人考虑利用 IR2110的输入端HIN与LIN控制高端与低端，并借助小功率开关管半桥搭建所需的开关管驱动电路，本案由此产生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种基于集成驱动芯片的开关管驱动电路，其功耗小，且占空比范围宽(占空比可以为0至 96% )，开关频率最高为500KHZ，数字信号与模拟信号相隔离。本发明为解决以上技术问题，所采用的技术方案是一种基于集成驱动芯片的开关管驱动电路，包括集成驱动芯片、反相器、3个二极管、4个电阻、2个电解电容和2个开关管，其中，集成驱动芯片的高边数字信号输入端输入数字PWM控制信号，而低边数字信号输入端经由反相器也连接前述数字PWM控制信号；低边输出接地端连接模拟地；第一二极管的正极连接12V电源，负极连接集成驱动芯片的高边输出电源端，而所述的高边输出电源端还经由第一电解电容连接集成驱动芯片的高边输出接地端，且第一电解电容的正极连接高边输出电源端；集成驱动芯片的高边驱动信号输出端分别连接第二二极管的负极、第一电阻的一端、第三二极管的正极和第二电阻的一端； 而第二二极管的正极连接第一电阻的另一端，且第二二极管的正极还连接欲驱动开关管的栅极；第三二极管的负极连接第二电阻的另一端，且第三二极管的负极还连接第一开关管的栅极，而所述第一开关管的漏极连接欲驱动开关管的源极，第一开关管的源极则分别连接第一电解电容的负极和第二开关管的漏极；集成驱动芯片的低边输出电源端连接12V电源，并连接第二电解电容的正极，而第二电解电容的负极连接模拟地；第二开关管的栅极经由第三电阻连接低边驱动信号输出端，而源极经由第四电阻连接模拟地。
采用上述方案后，本发明针对现有两种类型驱动电路中，第一类驱动电路功耗随着被驱动开关管两端电压增大而呈指数增大，第二类驱动电路适用的占空比范围小的问题，利用MOSFET集成驱动芯片的特性，要关断被驱动功率开关管时，利用驱动芯片将被驱动功率开关管栅源极两端短接，实现被驱动功率开关管的关断，同时控制开关管Ql的关断使升压电容负极与被驱动开关管源极之间的连接断开，然后控制Q2的导通将升压电容负极接地，完成对升压电容的充电工作；要导通被驱动功率开关管时，控制开关管Q2的关断使升压电容负极与地之间断开，然后使Ql导通将升压电容正负极并接于被驱动功率开关管栅源极两端，实现驱动功率开关管的导通。在控制开关管Ql时，需要合理选择其栅极电阻R2用于控制Ql关断的时间，与此同时也需合理选择被驱动的高边功率开关管Q的栅极电阻Rl，以控制开关管Q的导通时间。
图1利用电容升压原理的传统开关管驱动电路；
图2是本发明的电路原理芯片中引脚名称为
HIN:高边数字信号输入端
LIN 低边数字信号输入端
VB:高边输出电源端
VCC:低边输出电源端
HO 高边驱动信号输出端
LO 低边驱动信号输出端
VS:高边输出接地端
COM 低边输出接地端
图3是顶2110芯片的内部结构图4是开关管导通过程的栅极电压特性图5是本发明所适用的集成驱动芯片的内部架构图。
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。如图2所示，本发明提供一种基于集成驱动芯片的开关管驱动电路，用于为开关管Q提供驱动信号，所述的驱动电路包括集成驱动芯片(本实施例中以IR2110为例进行说明)、反相器、二极管Dl D3、电阻Rl R4、电解电容C1、C2和开关管Q1、Q2，其中，IR2110 的引脚HIN输入数字PWM控制信号，而引脚LIN经由反相器也连接前述数字PWM控制信号； 引脚SD、VSS、NC均连接数字地，引脚VDD连接5V电源，而引脚COM连接模拟地；二极管Dl 的正极连接12V电源，负极连接引脚VB，而所述的引脚VB还经由电解电容Cl连接引脚VS， 且电解电容Cl的正极连接引脚VB ；引脚HO分别连接二极管D2的负极、电阻Rl的一端、二极管D3的正极和电阻R2的一端；而二极管D2的正极连接电阻Rl的另一端，且二极管D2 的正极还连接开关管Q的栅极；二极管D3的负极连接电阻R2的另一端，且二极管D3的负极还连接开关管Ql的栅极，而所述开关管Ql的漏极连接开关管Q的源极，其源极则分别连接电解电容Cl的负极和开关管Q2的漏极；IR2110的引脚VCC连接12V电源，并连接电解电容C2的正极，而电解电容C2的负极连接模拟地；开关管Q2的栅极经由电阻R3连接引脚 L0,而源极经由电阻R4连接模拟地。工作时，数字PWM控制信号经反相器输入顶2110的低端输入端LIN，而同时该数字 PWM控制信号直接输入顶2110的高端输入端HIN。当PWM为低电平时，低端输入端LIN为高电平，高端输入端HIN为低电平，从图3中可以看出，HO与VS之间导通，由于电阻R2的影响，开关管Q的栅源两极之间电容上电压降至开启阈值电压之下，开关管Q完全关断时，开关管Ql栅源两极之间电容上的电压还未降到米勒平台电压之下，但随着开关管Q的关断， Ql也逐渐关断；同时从图3中可以看到此时，引脚VCC与引脚LO之间导通，使得开关管Q2 的栅源两极之间有12V电压，开关管Q2导通，实现用于升压的电解电容Cl的负极与地相连，完成对电解电容Cl的充电工作。为实现以上的控制，需要根据Q、Q1、Q2的参数，选择电阻R1、R2的适当值。首先选择Rl的值。驱动信号PWM为高电平时，实现开关管Q的栅源电压达到开启阈值电压之前，开关管Ql已经完全导通是选择电阻Rl的基本依据，如图4所示。开关管Q 从0时刻到时刻、所需时间
权利要求
1. 一种基于集成驱动芯片的开关管驱动电路，其特征在于包括集成驱动芯片、反相器、3个二极管、4个电阻、2个电解电容和2个开关管，其中，集成驱动芯片的高边数字信号输入端输入数字PWM控制信号，而低边数字信号输入端经由反相器也连接前述数字PWM控制信号；低边输出接地端连接模拟地；第一二极管的正极连接12V电源，负极连接集成驱动芯片的高边输出电源端，而所述的高边输出电源端还经由第一电解电容连接集成驱动芯片的高边输出接地端，且第一电解电容的正极连接高边输出电源端；集成驱动芯片的高边驱动信号输出端分别连接第二二极管的负极、第一电阻的一端、第三二极管的正极和第二电阻的一端；而第二二极管的正极连接第一电阻的另一端，且第二二极管的正极还连接欲驱动开关管的栅极；第三二极管的负极连接第二电阻的另一端，且第三二极管的负极还连接第一开关管的栅极，而所述第一开关管的漏极连接欲驱动开关管的源极，第一开关管的源极则分别连接第一电解电容的负极和第二开关管的漏极；集成驱动芯片的低边输出电源端连接12V电源，并连接第二电解电容的正极，而第二电解电容的负极连接模拟地；第二开关管的栅极经由第三电阻连接低边驱动信号输出端，而源极经由第四电阻连接模拟地。
全文摘要
本发明公开一种基于集成驱动芯片的开关管驱动电路，包括集成驱动芯片、反相器、3个二极管、4个电阻、2个电解电容和2个开关管，其中，集成驱动芯片的高边数字信号输入端输入数字PWM控制信号，而低边数字信号输入端经由反相器也连接前述数字PWM控制信号；第一二极管的正极连接12V电源，负极连接集成驱动芯片的高边输出电源端，而所述的高边输出电源端还经由第一电解电容连接集成驱动芯片的高边输出接地端，且第一电解电容的正极连接高边输出电源端；第二开关管的栅极经由第三电阻连接低边驱动信号输出端，而源极经由第四电阻连接模拟地。此种驱动电路的功耗小，且占空比范围宽，数字信号与模拟信号相隔离。
文档编号H03K17/687GK102437842SQ20111031875
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者何志强, 叶永强, 庄超 申请人:南京航空航天大学