[實用新型]柵極浮置及電平轉換的功率MOS管柵極驅動電路

無效

• 申請號: 200920283570.0
• 申請日: 2009-12-17
• 公開（公告）號: CN201590755U
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 徐申;何曉瑩;闞明建;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本實用新型涉及一種功率MOS管柵極驅動電路，特別是一種具有柵極浮置及電平轉換功能的功率MOS管柵極驅動電路。

背景技術

上下功率MOS管的驅動結構廣泛應用于當今很多的功率變換器中，如半橋、全橋電源、雙管正激電源、逆變器、馬達驅動、class?D功放等，其結構如圖1虛框中所示。

一般功率MOS管的柵極驅動，需要高電平為10V～15V的脈寬調制信號，并且需要瞬時電流大于1A的驅動能力。此外對于上管的柵極驅動，由于其源極電位是浮動的，則其柵極驅動電壓必須浮置在源極的電位上，才能正常地驅動上管打開。

目前絕大部分功率變換器電路中，對功率MOS管的原始脈寬調制控制信號都是由低壓的模擬及數字邏輯電路產生，其不能直接用來進行功率MOS管的柵極驅動，需要在控制信號后加一級驅動電路，用以實現功率MOS管的柵極驅動，控制其導通及關斷。這樣的驅動電路需要將控制芯片或數字控制器輸出的脈寬調制信號進行電流放大，并將電平轉換為10V～15V范圍。在上下管結構中還需要對上管進行柵極浮置驅動。目前解決此類驅動的主要方法有如下兩種：

采用專用驅動芯片，如IR2113、LM5100等，成本高，電路復雜；

采用隔離變壓器，需要繞制變壓器，具有體積大，有延遲，飽和等問題，高頻時驅動波形不理想；

采用帶驅動能力的光耦進行隔離浮置驅動，光耦的動態響應較慢，線性度差，需提供附加電源，不適用于頻率較高的場合，另外帶驅動的光耦成本較高。

實用新型內容

本實用新型目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種柵極浮置及電平轉換的功率MOS管柵極驅動電路。

本實用新型為實現上述目的，采用如下技術方案：

本實用新型柵極浮置及電平轉換的功率MOS管柵極驅動電路，包括上管驅動電路和下管驅動電路，其特征在于所述上管驅動電路包括第一至第四電阻、自舉電容第二電容、第一和第二二極管、第一和第二PNP型三極管以及第一NPN型三極管，所述下管驅動電路包括第五至第九電阻、第三和第四電容、第三二極管、第三和第四PNP型三極管以及第二NPN型三極管；其中第一NPN型三極管的基極接第一原始脈寬調制信號，發射極串接第三電阻后接地，集電極分別接第二PNP型三極管的基極和第四電阻的一端；第二PNP型三極管的集電極分別接第一二極管的陽極、第一PNP型三極管的基極和第二電阻的一端，發射極分別接第四電阻的另一端、第二二極管的陰極、自舉電容的輸入端；第一PNP型三極管的發射極分別接第二電容的輸入端、第一電阻的一端和第一功率MOS管的柵極，集電極分別接第二電阻的另一端、第二電容的輸出端、自舉電容的輸出端、第一功率MOS管的源極和第二功率MOS管的的漏極；第一電阻的另一端接第一二極管的陰極，第二二極管的陽極分別接柵極驅動電壓電源、第八電阻的一端和第三PNP型三極管的發射極；第二NPN型三極管的基極接第二原始脈寬調制信號，發射極串接第九電阻后接地，集電極分別接第八電阻的另一端和第三PNP型三極管的基極；第三PNP型三極管的集電極分別接第三二極管的陽極、第四PNP型三極管的基極和第七電阻的一端；第四PNP型三極管的發射極分別接第六電阻的一端和第四電容的輸入端，集電極分別與第七電阻的另一端、第三電容的輸入出端、第五電阻的一端和第二功率MOS管的源極連接接地；第六電阻的另一端接第三二極管的陰極，第四電容的輸出端分別與第三電容的輸入端、第五電阻的另一端和第二功率MOS管的柵極連接。

本實用新型完全采用分立器件的驅動結構，結構簡單可靠，成本低；

利用N型、P型三極管的巧妙組合，實現電平轉換，能夠直接利用數字PWM信號(5V，3.3V)進行MOS管柵極驅動(一般為10V～15V)；

采用防高壓反偏二極管與浮置電容，配合三極管的驅動結構，實現上管的浮置驅動功能；

本實用新型中，對下管驅動采用了C4作為隔直電容，結合R5，可把原來0-Vd的柵極驅動電壓變為有負壓驅動的信號。負壓驅動對于下管來說有很多好處，可以防止Cdv/dt導致的下管誤導通現象，另外使S2的柵源電容放電速度更快，可減小能量損耗以及提高可靠性；

利用三極管進行驅動電流放大，提高柵極驅動的灌、拉電流能力；

該電路應用廣泛，可用在只要采用了上下臂MOS管驅動的各種變換器電路中，如半橋、全橋電源及逆變器、馬達驅動、class?D功放等。

附圖說明

圖1：現有技術中上下MOS管的驅動結構圖。

圖2：本實用新型電路原理圖。

圖3：以半橋開關電源為例的電路原理圖。