CN101959351A - 一种p-mos管驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种P-MOS管驱动电路及其驱动方法，属于电子技术领域。所述P-MOS管驱动电路，包括P-MOS管Q2、电源输入端Vin和电源输出端Vout，分压电阻R1、R2，续流二极管D1，自举电容C1，三极管Q1和上拉电阻R3；所述驱动方法主要是利用自举电容C1两端电压不能突变的原理，设计了自举升压电路，利用三极管Q1与续流二极管D1的性能，使P-MOS管迅速导通和迅速截止。本发明所述的P-MOS管驱动电路及其驱动方法，其不需要利用专门的MOS管驱动芯片，能实现P-MOS管工作在完全导通或者截止的状态，其电路简单，成本低廉。

Description

一种P-MOS管驱动电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体来说涉及一种P-MOS管驱动电路及其驱动方法，特别是一种适用于汽车LED照明的开关调节式LED驱动中的P-MOS管的驱动电路及其驱动方法。

背景技术

LED具有响应速度快、低功耗、节能、寿命长等显著优点。由于LED的快速响应速度，特别适用于汽车制动灯及转向灯的应用，可减少汽车追尾等交通事故的发生概率。LED光源已被广泛应用于汽车照明领域。LED驱动技术也随着LED应用技术的发展而逐步得到发展。

LED是一种随着通过LED电流值的变化而变化光通亮的发光源，因此如果需要LED发光恒定，则必须控制流过LED的电流值恒定。通常所采用的LED驱动恒流方法有线性调节式和开关调节式两种方法。线性调节式的核心技术是利用工作于线性区域的开关管作为一个动态可调电阻来控制负载，以保证在输入电压变化的情况下，开关管负荷不同的功耗，从而使流过LED负载的电流基本维持不变。但这种驱动技术不但受输入电压范围的限制，而且损耗很大，效率很低，导致电路板的发热问题严重。而开关调节式是能量变换中效率较高的，理想状态下可以达到90％以上。这种驱动技术的核心是将快速通断的开关管置于输入与输出之间，通过调节通断比例(即占空比)来控制输出直流电压的平均值，该平均电压由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。用LC滤波器将方波脉冲平滑成无纹波直流输出，其值等于方波脉冲的平均值。整个开关电路采用负反馈，通过检测输出电压并结合负反馈控制占空比，稳定输出电压不受输入电压及负载变化的影响。目前，降压式(BUCK)、升压式(BOOST)、升降压式(BUCK-BOOST)的开关调节式电路被广泛应用于民用照明和汽车照明。

降压式(BUCK)电路，适用于输出电压低于输入电压的场合，虽然开关的门极驱动不会成为较大的问题，但是难处在于驱动N-MOS管时，门极电压至少要比输入电压高5V，或更有可能是高出10V。但如果需要产生比输入更高的电压，就需要选用P-MOS管，这样只要把门极电平拉到地就可以开通了。但针对降压式电路的电路拓扑结构，一些没有MOS管驱动能力的PWM调制芯片无法驱动MOS管，如果仅简单地使用上拉电阻去控制P-MOS管的导通和截止，无法使MOS管达到完全的导通和截止状态，MOS管的开关非正常状况会影响整个LED驱动电路的正常工作。驱动门极的一个通用方法是MOSFET专用驱动芯片，但专用的MOSFET驱动芯片价格相对较高，不具有普通性，无法大范围推广。

MOS管是金属(metal)-氧化物(oxid)-半导体(semiconductor)场效应晶体管。或者称是金属-绝缘体(insulator)-半导体。MOS管有增强型好耗尽型两种，每种又有N沟道型和P沟道型两种，P沟道MOS的导通条件是栅极电压比漏极电压低5V以上，N沟道MOS的导通条件是栅极电压比源极电压高5V以上。

在专利申请号为“200710044259.6”的中国专利公开文献中，公开了一种P型功率MOS开关管驱动电路，在P型功率MOS开关管的源极和栅极之间连接有一个推挽驱动电路和一个浮动分压电路。推挽驱动电路利用三极管Q1禾FIQ2相互交替开通时所产生的瞬态电流对P型功率MOS管内部的寄生电容进行快速的充放电控制；浮动分压电路为P型功率MOS管提供一个稳定的负脉冲栅源电压值。从而提高P功率MOS管的动态特性，降低它的开关损耗。但其无法现在P型功率MOS管完全导通或截止。

在专利申请号为“200910263229.3”的中国专利公开文献中，公开了一种栅极浮置及电平转换的功率MOS管栅极驱动电路及方法，其驱动电路包括上管驱动电路和下管驱动电路，上管驱动电路包括第一至第四电阻、自举电容、第二电容、第一和第二二极管、第一和第二PNP型三极管以及第一NPN型三极管；下管驱动电路包括第五至第九电阻、第三和第四电容、第三二极管、第三和第四PNP型三极管以及第二NPN型三极管。改驱动电路实现了上下功率MOS管结构的栅极驱动电平转换、下管栅极驱动及上管栅极浮置驱动。但也无法现在P型功率MOS管完全导通或截止。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种P-MOS管驱动电路及其驱动方法，其不需要利用专门的MOS管驱动芯片，能实现P-MOS管工作在完全导通或者截止的状态，其电路简单，成本低廉。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种P-MOS管驱动电路，其包括P-MOS管Q2、电源输入端Vin和电源输出端Vout，所述P-MOS管驱动电路还包括分压电阻R1、R2，续流二极管D1，自举电容C1，三极管Q1和上拉电阻R3；电源输入端Vin经过P-MOS管Q2的栅、源极间的上拉电阻R3后，通过分压电阻R2和R1串联后再连接到PWM控制芯片的OUT输出端；电阻R1，R2之间接所述自举电容C1的一端，自举电容C1的另一端与所述续流二极管D1的负极和所述三极管Q1的基极相连接，所述续流二极管D1的正极与电阻R2一端和P-MOS管Q2的栅极相连接；所述P-MOS管Q2的上拉电阻R3的一端与所述三极管Q1的集电极和P-MOS管Q2的源极相连接，同时与电源输入端Vin连接，所述上拉电阻R3的另一端与所述三极管Q1的发射极和P-MOS管Q2的栅极相连接；所述P-MOS管Q2的漏极与电源输出端Vout相连接。

根据本发明所述的P-MOS管驱动电路，较好的是所述三极管Q1为NPN型三极管。

本发明还提供一种基于上述P-MOS管驱动电路的驱动方法，该驱动方法为：当所述PWM控制芯片的OUT端输出为低电平时，该低电平经过所述上拉电阻R3和分压电阻R2、R1的分压后，P-MOS管Q2的栅极的电平仍为低，而P-MOS管Q2的源极接高电平Vin，由于P-MOS管Q2的栅极和源极的电压差足够大，所以此时P-MOS管Q2完全导通；当所述PWM控制芯片的OUT端输出为高电平时，所述P-MOS管Q2的栅极电压经过分压电阻R2流至自举电容C1的一端，由于续流二极管D1单向续流的工作，自举电容C1的两端的电压不能突变，使得自举电容C1的一端电压自举上升，通过这种升高的电压使三极管Q1迅速导通，导通的三极管Q1使P-MOS管Q2的栅极电平与源极电平相等，从而P-MOS管Q2迅速截止关断。通过上述方法，即使是没有驱动能力的PWM控制芯片，也可快速驱动MOS管的导通与截止。

本发明所述的P-MOS管驱动电路及其驱动方法，其不需要利用专门的MOS管驱动芯片，能实现P-MOS管工作在完全导通或者截止的状态，其电路简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明所述P-MOS管驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例

如图1所示，为本发明所述P-MOS管驱动电路的电路原理图。所述P-MOS管驱动电路包括P-MOS管Q2、电源输入端Vin和电源输出端Vout，分压电阻R1、R2，续流二极管D1，自举电容C1，三极管Q1和上拉电阻R3；电源输入端Vin经过P-MOS管Q2的栅、源极间的上拉电阻R3后，通过分压电阻R2和R1串联后再连接到PWM控制芯片的OUT输出端。电阻R1，R2之间接所述自举电容C1的一端，自举电容C1的另一端与所述续流二极管D1的负极和所述三极管Q1的基极相连接，所述续流二极管D1的正极与电阻R2一端和P-MOS管Q2的栅极相连接；所述P-MOS管Q2的上拉电阻R3的一端与所述三极管Q1的集电极和P-MOS管Q2的源极相连接，同时与电源输入端Vin连接，所述上拉电阻R3的另一端与所述三极管Q1的发射极和P-MOS管Q2的栅极相连接；所述P-MOS管Q2的漏极与电源输出端Vout相连接。较好的是所述三极管Q1为NPN型三极管。

其中，所述PWM控制芯片常见的有：TL494、TL594、TL5001、UC1842、UC1843、UC1844、UC2842、UC2843、UC2844、UC3842、UC3843、UC3844等。这些PWM控制芯片的管脚信息及其他说明资料都可以通过各芯片厂商的芯片介绍资料获得，在购买芯片时可以得到或者通过各厂商网站可以获取到各芯片资料。

基于上述P-MOS管驱动电路的驱动方法为：当所述PWM控制芯片的OUT端输出为低电平时，该低电平经过所述上拉电阻R3和分压电阻R2、R1的分压后，P-MOS管Q2的栅极的电平仍为低，而P-MOS管Q2的源极接高电平Vin，由于P-MOS管Q2的栅极和源极的电压差足够大，所以此时P-MOS管Q2完全导通；当所述PWM控制芯片的OUT端输出为高电平时，所述P-MOS管Q2的栅极电压经过分压电阻R2流至自举电容C1的一端，由于续流二极管D1单向续流的工作，自举电容C1的两端的电压不能突变，使得自举电容C1的一端电压自举上升，通过这种升高的电压使三极管Q1迅速导通，导通的三极管Q1使P-MOS管Q2的栅极电平与源极电平相等，P-MOS管Q2迅速截止关断。通过上述方法，即使是没有驱动能力的PWM控制芯片，也可快速驱动MOS管的导通与截止。

本发明所述P-MOS管驱动电路及其驱动方法的特点在于：其利用电容两端电压不能突变的原理设计了自举升压电路，使P-MOS管可以迅速达到导通和截止状态。

例如，当直流电源Vin＝12V输入，PWM控制芯片(选用TL5001芯片)输出OUT的方波脉冲为低电平时，则该低电平经R2、R3分压后，到P-MOS管Q2的门极G仍为低电平，而P-MOS管Q2的源极S接Vin高电平，由于P-MOS管Q2的门极G和源极S的电压差VGS＞5V，所以此时P-MOS管Q2完全导通。由于P-MOS管Q2的导通，电流经由续流二极管D1流至NPN三极管Q1的基极b，则三极管Q1由于压差不足，不能导通，即三极管Q1此时处于截止状态。此时设自举电容C1一极的电压为V1。当PWM控制芯片(如TL5001)输出的方波脉冲为高电平时，若仅使用上拉电阻R3，由于PWM控制芯片的OUT端的高电平和Vin的高电平之间仍存在电压差，导致P-MOS管Q2无法完全截止。

而如附图1中电路：利用续流二极管D1和三极管Q1构成射极跟随放大器，P-MOS管Q2的门极G电压经过R2流至自举电容C1的一端，此时自举电容C1另一端电压设为V2；又因为二极管D1单向续流的工作，自举电容C1的一端电压原设为V1，则由于自举电容C1两端的电压不能突变，使其一极的电压自举上升到(V1+V2)，通过这种升高的电压使三极管Q1迅速导通，导通的Q1使P-MOS管Q2的门极G电平与源极S电平相等，即VGS＝0V，MOS管Q2迅速截止关断。通过上述方法，即使是没有驱动能力的PWM控制芯片，也可快速驱动P-MOS管的完全导通与完全截止。

本发明所述的P-MOS管驱动电路及其驱动方法，其不需要利用专门的MOS管驱动芯片，能实现P-MOS管工作在完全导通或者截止的状态，其电路简单，成本低廉。

本发明所述的P-MOS管驱动电路及其驱动方法，并且参照附图描述了本发明的具体实施方式和效果。以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，即依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，包括对电路组成方式的修改、对电路布局构造的变更，如替换本发明中的元器件的类型或型号，以及其他非实质性的替换或修改等，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种P-MOS管驱动电路，包括P-MOS管Q2、电源输入端Vin和电源输出端Vout，其特征在于：

所述P-MOS管驱动电路还包括分压电阻R1、R2，续流二极管D1，自举电容C1，三极管Q1和上拉电阻R3；

电源输入端Vin经过P-MOS管Q2的栅、源极间的上拉电阻R3后，通过分压电阻R2和R1串联后再连接到PWM控制芯片的OUT输出端；

电阻R1，R2之间接所述自举电容C1的一端，自举电容C1的另一端与所述续流二极管D1的负极和所述三极管Q1的基极相连接，所述续流二极管D1的正极与电阻R2一端和P-MOS管Q2的栅极相连接；

所述P-MOS管Q2的上拉电阻R3的一端与所述三极管Q1的集电极和P-MOS管Q2的源极相连接，同时与电源输入端Vin连接，所述上拉电阻R3的另一端与所述三极管Q1的发射极和P-MOS管Q2的栅极相连接；

所述P-MOS管Q2的漏极与电源输出端Vout相连接。

2.根据权利要求1所述的P-MOS管驱动电路，其特征在于：所述三极管Q1为NPN型三极管。

3.一种基于权利要求1所述的P-MOS管驱动电路的驱动方法，其特征在于：所述驱动方法为：

当所述PWM控制芯片的OUT端输出为低电平时，该低电平经过所述上拉电阻R3和分压电阻R2、R1的分压后，P-MOS管Q2的栅极的电平仍为低，而P-MOS管Q2的源极接高电平Vin，由于P-MOS管Q2的栅极和源极的电压差足够大，所以此时P-MOS管Q2完全导通；

当所述PWM控制芯片的OUT端输出为高电平时，所述P-MOS管Q2的栅极电压经过分压电阻R2流至自举电容C1的一端，由于续流二极管D1单向续流的工作，自举电容C1的两端的电压不能突变，使得自举电容C1的一端电压自举上升，通过这种升高的电压使三极管Q1迅速导通，导通的三极管Q1使P-MOS管Q2的栅极电平与源极电平相等，从而P-MOS管Q2迅速截止关断。

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