[發明專利]MOSFET隔離驅動電荷泵

在審

• 申請號: 201610957519.8
• 申請日: 2016-10-23
• 公開（公告）號: CN107979282A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 羅正蘭
• 申請（專利權）人: 羅正蘭
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/08;H02M3/155
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本技術屬于電學領域，具體是一種電荷泵電路。

背景技術

在專利“電流限制型雙向MOSFET開關(CN200610163979)”中，公布了一種“電流限制型雙向MOSFET開關”。該發明有效的省略了串聯于MOSFET漏極-源極路徑的傳感電阻，同時提供了一種基于MOSFET的通態內阻Rdson作為傳感電阻驅動MOSFET的方法。

該驅動MOSFET的方法不足的地方：1-MOSFET是電壓控制器件，該驅動方式在驅動過程中Vgs是不斷調整的，所以Vgs電壓是不穩定的；2-需要兩組驅動電源分別對兩只MOSFET進行驅動，驅動電路復雜；3-在實際應用雙向MOSFET時，總是希望它能串聯在交流回路的任何地方，有足夠少的引腳，簡化電路應用，而該雙向MOSFET的驅動電路的供電是從漏極-系統地之間取的電壓，交流回路的電壓最低也是AC110V，這將會給應用帶來困難。

針對上述不足，本發明提供一種簡單行之有效的雙向MOSFET驅動技術——MOSFET隔離驅動電荷泵。

發明內容

圖1是MOSFET隔離驅動電荷泵的原理圖，電路硬件由三級結構組成：電阻R1、PNP晶體管Q1、NPN晶體管Q2、二極管D1、二極管D2構成了第一級，負責向后級傳遞開關脈沖信號Uin，這里的開關脈沖信號既是后級的控制信號也是最終的MOSFET驅動電源，也就是說整個MOSFET隔離驅動電荷泵除了從輸入端口IN+和IN一之間輸入開關脈沖和電能外，不再有供電電源存在，這是電源和信號復用的電荷泵；電阻R2、二極管D3、二極管D4、電容C1、PNP晶體管Q3、NPN晶體管Q4、二極管D5、二極管D6構成了第二級，主要完成隔離開關脈沖的轉換，第一級開通時給電容C1充電并在第一級關閉時使C1向后級放電，即第一級和第三級之間是沒有直接的電流聯系的，從整體的MOSFET隔離驅動電荷泵看就是輸入端口的功率是通過泵電容C1隔離傳遞到輸出端口的；電阻R3、二極管D7、二極管D8、電容C2、PNP晶體管Q5、NPN晶體管Q6構成了第三級，也是MOSFET的驅動級，從電容的充放電邏輯上講，泵電容C2和泵電容C1是反相的，C1充電時C2放電而C1放電時C2充電，同時C2放電時輸出端OUT+和OUT-之間有正向的MOSFET驅動電壓，而C2充電時OUT+和OUT-之間有短路連接。

從MOSFET隔離驅動電荷泵的總體邏輯看，輸入端IN+、IN-之間有正向電流時C1充電、C2放電，OUT+和OUT-之間有正向驅動電壓，并且驅動電壓的脈寬等于IN+、IN-之間的正向電流脈寬；輸入端IN+、IN-之間電流為零時C1放電、C2充電，OUT+和OUT-之間有短路連接，并且短路時間等于IN+、IN-之間電流為零的時間。

從輸入端口和輸出端口上看，當有輸入脈沖時就有輸出驅動電壓，并且驅動脈寬等于輸入脈沖寬度；當沒有輸入脈沖時輸出端被短接，并且短接時間等于輸入脈沖關閉時間。即輸入端口和輸出端口是同相同步控制的，有輸入脈沖就有輸出電壓，沒有輸出脈沖就關閉輸出電壓。MOSFET隔離驅動電荷泵是專門針對共源接法的雙向MOSFEET的隔離驅動而設計的，無需供電、同相同步驅動控制。當然，對于單管的MOSFET同樣可以隔離驅動。

MOSFET隔離驅動電荷泵工作原理。

如圖2，輸入電壓為Uin，二極管D2壓降Ud，NPN晶體管Q6的基極-發射極壓降為Ube，電容C1的電壓為Uc1，電容C2的電壓為Uc2，輸出電壓為Uout。為便于敘述原理，做如下設定：所有二極管的壓降均為Ud，所有PNP晶體管、NPN晶體管的基極-發射極壓降均為Ube；且Ube＝Ud；所有PNP晶體管、NPN晶體管開通時集電極-發射極壓降均為0V。Uin的輸入電壓脈沖最高值為U且U＞(9×Ud)，最低為0V。

圖2的主要電壓參數波形圖如圖3：共有4個縱向排列的坐標，都是以時間軸t為橫軸刻度進行排列，縱軸都是電壓u，從上至下的曲線圖依次為輸入電壓Uin、泵電容C1電壓Uc1、泵電容C2電壓Uc2、輸出電壓Uout。坐標的原點為Start，以輸入電壓Uin的脈沖刻度為基準在時間軸上的刻度t0、t1、t2……進行描述。

圖3的Start時刻，圖2中各元件狀態：Uin＝0V，第一級、第二級、第三級均無任何動作；因Q5、Q6都斷開，Uout＝0V。