CN102307002A - 一种带负压关断的功率开关管的驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电气开关及开关电源领域，提供了一种带负压关断的功率开关管的驱动电路。在本发明的实施例中，在传统驱动电路的基础上增加了负压关断电路，保证N型MOSFET在门级电压显著降低的情况下仍能够可靠关断。正反串并联二极管保证了在存在负压关断电路的情况下，驱动芯片对MOSFET具有正常的开关速度。

Description

一种带负压关断的功率开关管的驱动电路
技术领域
本发明属于电气开关及开关电源领域，尤其涉及一种带负压关断的功率开关管的驱动电路。
背景技术
对于N型MOSFET，其在老化或是长期工作在辐射的环境中时，其门级驱动电压会降低，这样，MOSFET不能可靠关断，或者，被关断的MOSFET容易发生误导通的现象。
图1示出了现有技术中低边N型MOSFET的驱动电路，该电路包括：控制或驱动芯片、电阻R2和R3。该控制或驱动芯片发出的驱动信号经过电阻R2直接加到MOSFET门级。所述电阻R2的阻值很小，用来抑制线路等效电感产生的振荡。电阻R3用来防止MOSFET门级因电荷累积而误导通。
这种直接驱动电路存在的技术问题是：当所述被驱动的N型MOSFET在老化或是长期辐射的环境中工作时，其门级驱动电压会显著降低，在高辐照环境下，门级导通电压甚至可能降低到接近零电压的状态，此时，MOSFET很难可靠关断，或是工作在没有完全关断的线性区域状态。而驱动或控制芯片输出的低电平一般在零电平以上，且当驱动或控制芯片在老化或地线回路存在噪声的情况下，加到门级的低电平可能使得MOSFET不能可靠地完全关断，从而引起故障。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例的目的在于提供一种功率开关管的驱动电路。
本发明实施例是这样实现的，一种带负压关断的功率开关管的驱动电路，所述驱动电路包括：与外部的输入信号相连的分压电阻R1，所述分压电阻R1与电阻R2的一端相连，所述电阻R2的另一端还分别连接到功率开关管M1、电阻R3，所述电阻R3的另一端接地，
在所述分压电阻R1两端并联了C1，所述C1的两端并联了两个串接的负压电压幅值限制二极管D2、D3，并且， D2的阴极连接到D3的阳极，D2的阳级连接到外部的输入信号端，在分压电阻R1两端还并联了关断加速二极管D1，且D1的阴极接到外部的输入信号端，
电阻R0的一端也与外部的输入信号相连，另一端与二极管D4的阴极相连，二极管D4的阳极接PNP型三极管T1的基极，三极管T1的射极连接到正电源V1，集电极通过电阻R4连接到N型三极管T2的基极，所述三极管T2的射极连接到负电源V2，集电极通过电阻R5连接到电阻R1与R2之间，所述电阻R5两端还并联了负压关断加速电容C2。
进一步地，在所述输入信号与电阻R1之间还连接有驱动或控制芯片，所述驱动或控制芯片的输入端与外部的输入信号相连，所述驱动或控制芯片的输出端与分压电阻R1连接。
进一步地，所述PNP型三极管T1替换为P型场效应管M2，所述NPN型三极管T2换成N型场效应管M3。
在本发明的实施例中，在传统驱动电路的基础上增加了负压关断电路，保证N型MOSFET在门级电压显著降低的情况下仍能够可靠关断。正反串并联二极管保证了在存在负压关断电路的情况下，驱动芯片对MOSFET具有正常的开关速度。
附图说明
图1是现有技术提供的低边N型功率开关管的驱动电路的电路图；
图2是本发明第一实施例提供的功率开关管的驱动电路的电路图；
图3是本发明第二实施例提供的功率开关管的驱动电路的电路图；
图4是本发明第三实施例提供的功率开关管的驱动电路的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了本发明第一实施例提供的功率开关管的驱动电路，该驱动电路的原边为输入信号接口，来自控制电路的输入信号由此进入本发明的电路。外部的输入信号连接驱动或控制芯片的输入端，所述驱动或控制芯片的输出端与分压电阻R1连接。所述分压电阻R1与电阻R2的一端相连，所述电阻R2的另一端还分别连接到功率开关管M1、电阻R3，所述电阻R3的另一端接地。
在所述分压电阻R1两端并联了C1。所述C1的两端并联了两个串接的负压电压幅值限制二极管D2、D3，并且， D2的阴极连接到D3的阳极，D2的阳级连接到驱动或控制芯片的输出端。在分压电阻R1两端还并联了关断加速二极管D1，且D1的阴极与驱动或控制芯片的输出端相连。
该驱动电路中的电阻R0的一端也与外部的输入信号相连，另一端与二极管D4的阴极相连，二极管D4的阳极接PNP型三极管T1的基极，三极管T1的射极连接到正电源V1，集电极通过电阻R4连接到N型三极管T2的基极，所述三极管T2的射极连接到负电源V2，集电极通过电阻R5连接到电阻R1与R2之间，所述电阻R5两端还并联了负压关断加速电容C2。
本发明所述功率开关管（低边负压关断N型MOSFET）的驱动电路工作原理如下所述：
当所述外部的输入信号为高电平信号时，经过控制或驱动芯片，仍为高电平，只是驱动能力得到加强。如果外部的输入信号的驱动能力足够，也可以省去直接进行驱动，即不需要使用控制或驱动芯片（图2的第一实施例即为省去了控制或驱动芯片，图3所示的第二实施例即为使用了控制或驱动芯片）。参阅图3，当在所述输入信号与电阻R1之间接入驱动或控制芯片时，所述驱动或控制芯片的输入端与外部的输入信号相连，所述驱动或控制芯片的输出端与分压电阻R1连接。
输入信号的电平基本上和正电源V1的电压相等，由于三极管T1的基极到射极体二极管和二极管D4均有压降，所以电阻R0支路是截止的，此时三极管T1、T2均不工作，负压电压产生电路不工作。二极管D4是为防止输入信号在高电平时也比正电源V1低，而使T1工作，如果确定输入信号基本上和正电源V1相等且偏差非常小，二极管D4可以省略。控制或驱动芯片输出高电平，其可以经过加速电容C1，电阻R1、串联二极管D2和D3同时向A点注入电流，使得A点电压升高到驱动电压。其中电容C1在控制或驱动芯片由低电平向高电平变化的过程中，向A点注入电流，当控制或驱动芯片的输出电压超过串联二极管D2和D3的共同压降时，串联二极管D2和D3支路也向A点注入电流，直到控制或驱动芯片的输出电压达到最高值时串联二极管D2和D3支路截止，此时A点和控制或驱动芯片的输出电压仍存在两个二极管的电压差，但MOSFET管M1已经可以正常开通了，电阻R1的阻值比较大，电流比较小，其使控制或驱动芯片的电压保持一致。通过以上电路的工作，在输入信号为高电平时，MOSFET管M1能够迅速开通。
当所述输入信号为低电平信号时，控制或驱动芯片的输出为零电平，即直接拉到地电平。MOSFET的寄生电容通过电阻R2、R1、加速电容C1，二极管D1迅速放电。负电压产生支路PNP型三极管T1射极到基极、二极管D4，电阻R0支路导通，三极管T1工作，此时正电源V1、三极管T1的射极和集电极、电阻R4、三极管T2的基极和射极、负电源V2支路导通，三极管T2的集电极和射极支路导通，三极管T2的集电极为负电压，此时通过电阻R5、电容C2加速MOSFET的寄生电容的放电，直到A电压变为负电压。控制或驱动芯片的输出为零电平，电阻R1、R5、R2、R3以及三极管T2的集电极射极压降共同决定了A点的负电压幅值。因为R2的阻值一般取值比较小，电阻R3相对于R1的阻值比较大，所以计算时主要以电阻R1和电阻R5对地与负电源V2的分压进行计算，电阻R1两端的分压决定了MOSFET的关断负电压值串联二极管D2、D3也对电阻R1两边的分压实现了箝位。
请参阅图4，本发明第三实施例所提供的驱动电路是在第二实施例（参阅图3）的基础上，将图3中所述PNP型三极管T1换成P型场效应管M2，将图3中所述NPN型三极管T2换成N型场效应管M3。当输入信号为高电平时，场效应管M2和M3不工作，A点为高电平。当输入信号为低电平时，场效应管M2和M3开始工作，在A点产生低电平，其工作状态和图3中采用三极管T1与T2的状态基本一样。
本发明在传统驱动电路的基础上增加了负压关断产生电路，在保证具有现有直接驱动技术对N型MOSFET开通关断速度的基础上，实现了在MOSFET关断时其G、S两端具有负电压的驱动方式，该驱动方式保证了在开关频率非常小或是长时间关断的状态下，均能维持稳定的关断负电压，保证了在各种老化以及辐射环境中N型MOSFET的可靠关断。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带负压关断的功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：与外部的输入信号相连的分压电阻R1，所述分压电阻R1与电阻R2的一端相连，所述电阻R2的另一端还分别连接到功率开关管M1、电阻R3，所述电阻R3的另一端接地，
在所述分压电阻R1两端并联了C1，所述C1的两端并联了两个串接的负压电压幅值限制二极管D2、D3，并且， D2的阴极连接到D3的阳极，D2的阳级连接到外部的输入信号端，在分压电阻R1两端还并联了关断加速二极管D1，且D1的阴极接到外部的输入信号端，
电阻R0的一端也与外部的输入信号相连，另一端与二极管D4的阴极相连，二极管D4的阳极接PNP型三极管T1的基极，三极管T1的射极连接到正电源V1，集电极通过电阻R4连接到N型三极管T2的基极，所述三极管T2的射极连接到负电源V2，集电极通过电阻R5连接到电阻R1与R2之间，所述电阻R5两端还并联了负压关断加速电容C2。
2.根据权利要求1所述的带负压关断的功率开关管的驱动电路，其特征在于，在所述输入信号与电阻R1之间还连接有驱动或控制芯片，所述驱动或控制芯片的输入端与外部的输入信号相连，所述驱动或控制芯片的输出端与分压电阻R1连接。
3.根据权利要求1所述的带负压关断的功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述PNP型三极管T1替换为P型场效应管M2，所述NPN型三极管T2换成N型场效应管M3。
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