CN102055452A - N型沟道mos管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种N型沟道MOS管驱动电路，包括：被驱动的MOS管的漏极连接系统电源正端；负载跨接在被驱动MOS管的源极与电源地之间；被驱动的MOS管的栅极连接到一个电容C1，所述电容C1连接到可控开关，受可控开关控制；所述电容C1通过电容的自举作用构成独立于系统电源的悬浮电源；当可控开关闭合后，电容C1通过其所连接的电阻R1、被驱动MOS管的栅源结电容，形成了一个放电回路，同时被驱动MOS管的栅源结电容被充电，形成开启被驱动MOS管所需的电压偏置；当可控开关开路时，电源通过二极管D1、电容C1以及电阻R4与负载的并联体，形成充电回路，给电容C1补充电荷。本发明结构简单、可靠。

Description

N型沟道MOS管驱动电路

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，特别涉及一种金属氧化物半导体场效应管驱动电路。

背景技术

目前在汽车电子领域，对于集成电路的应用已相当广泛。集成电路相对于分离件搭建的电路具有比较明显的优势，比如一致性好，应用便利，降低电路设计门槛，简化电路结构等。但相当一部分集成电路，应用及维修成本高昂，比如，比较常用的金属氧化物半导体场效应管(MOS管)驱动电路，尤其是N型管的高边驱动电路，能在汽车电子领域应用的，大多集成度比较高，一般为多路驱动，并附带有诊断功能。在低成本应用场合，造成功能闲置，不利于有效控制成本。本着物尽其用的原则，在这些场合，可利用分离件搭建驱动电路，一方面可降低设计冗余，另一方面也可相当程度地提高成本优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、结构简单、易于调试的N型沟道MOS管高边驱动电路。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种N型沟道MOS管驱动电路，包括：被驱动的MOS管的漏极连接系统电源正端；负载跨接在被驱动MOS管的源极与电源地之间；被驱动的MOS管的栅极连接到一个电容C1，所述电容C1连接到可控开关，受可控开关控制；所述电容C1通过电容的自举作用构成独立于系统电源的悬浮电源；当可控开关闭合后，电容C1通过其所连接的电阻R1、被驱动MOS管的栅源结电容，形成了一个放电回路，同时被驱动MOS管的栅源结电容被充电，形成开启被驱动MOS管所需的电压偏置；当可控开关开路时，电源通过二极管D1、电容C1以及电阻R4与负载的并联体，形成充电回路，给电容C1补充电荷。

本发明的有益效果在于：无其他附加功能前提下可实现N型沟道MOS管的高边驱动，可替代昂贵的专用驱动芯片，成本低廉、结构简单、可靠，所用器件通用、易于采购。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述可控开关驱动MOS管的示意图；

图2是本发明实施例所述给电容C1充电的示意图；

图3是本发明实施例所述加速关闭电路的示意图；

图4是本发明实施例所述可控开关的示意图；

图5是本发明实施例所述可控开关中加速电容的示意图；

图6是本发明实施例所述被驱动MOS管的示意图；

图7是本发明实施例所述N型沟道MOS管高边驱动电路的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种低成本、结构简单、易于调试的N型沟道MOS管高边驱动电路。

由N型MOS管的驱动原理可知，驱动其开启的必要条件是栅源之间保持一定的电压。由于N型沟道的MOS管处于高边，其源极与负载连接，是整个电路的输出端，其电位不固定，因此为满足驱动要求，栅极电位必须跟随源极电位，使得栅源电压保持所要求的值。

如图7所示，本发明提供了一种N型沟道MOS管的高边驱动电路，即电源正接入MOS管漏极，负载位于MOS管的源极与电源地之间，其中包括控制端、输出端、MOS管开启电路、MOS管关闭电路。控制端通过电阻R6连接三极管Q3的基极；三极管Q3的发射极连接电阻R7与电容C2；电阻R7与电容C2的另一端连接至电源地端；三极管Q3的集电极连接电阻R5；电阻R5的另一端连接三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极与基极之间跨接电阻R2；三极管Q1的集电极连接电阻R1；电阻R1的另一端连接二极管D2的正端；二极管D2的负端连接被驱动MOS管的栅极；被驱动MOS管的漏极连接电源正端；被驱动MOS管的栅极连接三极管Q2的发射极；三极管Q2的集电极连接被驱动MOS管的源极；三极管Q2的基极连接二极管D2的正端；电阻R3跨接在三极管Q2的基极与集电极之间；电容C1跨接在被驱动MOS管的源极与三极管Q1的发射极之间；电阻R4跨接在被驱动MOS管的源极与电源地之间；二极管D1正端连接被驱动MOS管的漏极；二极管D1负端连接三极管Q1的发射极。负载连接在被驱动MOS管的源极。控制端通过高低电平控制三极管Q3的状态及三极管Q1的导通或截止，近而打开或关闭MOS管。

本发明的N型沟道MOS管高边驱动电路，利用电荷泵原理进行设计。如图1所示，当可控开关开启后，由于电容C1有储能，可通过电容C1放电维持栅源电压。此时电容C1放电回路独立于电源，自成一体，形成一个悬浮电源。当可控开关开路后，电容C1可从电源处获得能量，为下一次开启作准备。与此同时，MOS管在加速关闭电路的作用下截止，如图2、3。如此，周尔复始地使MOS管交替导通截止。由此也可得出，可控开关不能长时间闭合，因为此时电容C1独立于电源，无法获得能量补充，其储能迟早会干涸，因此必须在电容C1的电压下降至临界点时关闭可控开关，使其补充能量。亦即必须以脉冲激励。

本发明在无其他附加功能前提下可实现N型沟道MOS管的高边驱动，可替代昂贵的专用驱动芯片，成本低廉、结构简单、可靠，所用器件通用、易于采购。

设应用系统为+12V；设被驱动MOS管为M1；如图6所示，栅源结电容为Ciss；其电压为Uci；栅漏结电容为Crss；其电压为Ucr；Coss为源漏寄生电容；初始状态激励信号为低，即M1截止，可得此时Uci＝0；Ucr＝-12V。

如图4所示，当激励信号为高时，I3＝(uin-Δu3)/R7；I1＝Δu1/R2；I2＝β1*(I3-I1)；与此同时，M1结电容获得充电，当其结电压达到开启阈值时M1开启，获得的电荷总量为uGS*(Ciss+2*Crss)。其中：

I1为流经电阻R2的电流；

I2为三极管Q3发射极电流；

I3为三极管Q1集电极电流；

Δu1为三极管Q1发射极基极结压；

Δu3为三极管Q1基极发射极结压；

Uin为控制端输入电压；

β1为三极管Q1放大倍数；

uGS为被驱动MOS管栅源结压；

当激励信号为低时，三极管Q1、Q3均关闭，三极管Q2获得正向偏置而开启，如图3所示。I4＝(β2+1)*(Uci/R3)；当Uci达到关闭阈值时，M1关闭。其中I4为三极管Q2发射极电流；β2为三极管Q2的放大倍数。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (5)

1.一种N型沟道MOS管驱动电路，其特征在于，包括：

被驱动的MOS管的漏极连接系统电源正端；负载跨接在被驱动MOS管的源极与电源地之间；

被驱动的MOS管的栅极连接到一个电容C1，所述电容C1连接到可控开关，受可控开关控制；

所述电容C1通过电容的自举作用构成独立于系统电源的悬浮电源；

当可控开关闭合后，电容C1通过其所连接的电阻R1、被驱动MOS管的栅源结电容，形成了一个放电回路，同时被驱动MOS管的栅源结电容被充电，形成开启被驱动MOS管所需的电压偏置；

当可控开关开路时，电源通过二极管D1、电容C1以及电阻R4与负载的并联体，形成充电回路，给电容C1补充电荷。

2.如权利要求1所述的N型沟道MOS管驱动电路，其特征在于，还包括MOS管加速关闭电路，其包括：

二极管D2的负端连接被驱动MOS管的栅极；被驱动MOS管的漏极连接电源正端；

被驱动MOS管的栅极连接三极管Q2的发射极；三极管Q2的集电极连接被驱动MOS管的源极；

三极管Q2的基极连接二极管D2的正端；

电阻R3跨接在三极管Q2的基极与集电极之间；

与当可控开关开路时，二极管D2失去了对三极管Q2的钳制作用，被驱动MOS管的栅源结可通过三极管Q2、电阻R3形成低阻抗放电回路，加速截止。

3.如权利要求1所述的N型沟道MOS管驱动电路，其特征在于，所述可控开关，包括：

控制端，控制端通过电阻R6连接三极管Q3的基极，所述控制端的输入为给定电流；

三极管Q3的发射极连接电阻R7；

电阻R7的另一端连接至电源地端；

三极管Q3的集电极连接电阻R5；

电阻R5的另一端连接三极管Q1的基极。

4.如权利要求3所述的N型沟道MOS管驱动电路，其特征在于，所述可控开关的控制端输入一定频率的方波信号。

5.如权利要求4所述的N型沟道MOS管驱动电路，其特征在于，在电阻R7两端并联一电容C2以提高电路的响应速度。

Images