CN103825456B - 一种h桥控制电路中的正负电源扩流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置。本装置包括正扩流电路、负扩流电路、H桥上半桥驱动电路、H桥下半桥驱动电路。正扩流电路中的第一电容C1、第一正稳压器U1、第一电阻R1和负扩流电路中的第二电容C2、第一负稳压器U2第二电阻R2先将输入的正负电源分别调整到所需的正负电压值，然后由第一NPN扩流三极管Q1和第一PNP扩流三极管Q2分别对正负电压进行负载能力扩充，使得该正负电压的电流输出能力大大提高，从而能够满足H桥工作时的电流需求。本装置和市场上同样功率的电源模块比较有干扰小、制作周期短、成本低廉的特点。
Description
技术领域
本发明属于电子技术与电源稳压技术领域，是一种可以应用在H桥控制电路中的正负电源扩流装置。
背景技术
在H桥驱动电路中，由于上下桥臂的大功率MOS管开关电容较大，在开关瞬间会有大电流流经栅极，这就对栅极驱动电压的电流能力提出了要求，H桥的控制对象功率越大，MOS管的功率就要越大，从而MOS管的开关电容就要越大，栅极驱动电压的电流能力就要越强。栅极控制电压一般由大功率高速光耦产生，而要使大功率高速光耦产生具有强负载能力的控制信号，就必须使大功率高速光耦的供电电源有强负载能力，所以当电路的功率大到一定程度时，必须对大功率高速光耦的供电电源进行负载能力扩充，而功率较大的电源模块一般都为开关电源，要使得H桥臂上的MOS管不误导通，必须附加好的屏蔽措施，从而增大了电路体积，这就会使开关电源高效率小体积的特点在H桥上得不到体现，并且其成本很高。
发明内容
本发明的技术解决的问题：克服现有技术的不足，提供了一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置，可以为大功率H桥的大功率高速光耦提供强负载能力、小干扰、高稳定的电压，并且实现成本很低。
本发明的技术解决方案是：一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置，其特征在于：包括正扩流电路、负扩流电路、H桥上半桥驱动电路、H桥下半桥驱动电路和H桥负载LOAD；正扩流电路包括第一电容C1、第三电容C3、第一正稳压器U1、第一NPN扩流三极管Q1和第一电阻R1；负扩流电路包括第二电容C2、第四电容C4、第一负稳压器U2、第一PNP扩流三极管Q2和第二电阻R2；H桥上半桥驱动电路包括第一光耦OP1、第三光耦OP3、第一驱动NMOS管Q3、第二驱动NMOS管Q5、第三电阻R3、和第五电阻R5；H桥下半桥驱动电路包括第二光耦OP2、第四光耦OP4、第一驱动PMOS管Q4、第二驱动PMOS管Q6、第四电阻R4、和第六电阻R6；总电源正极+V第一条支路连接第一电容C1的一端、第二条支路连接NPN扩流三极管Q1的集电极、第三条支路连接第一正稳压器U1的Vin端、第四条支路连接第二电容C2的一端、第五条支路连接第一负稳压器U2的Gnd端、第六条支路连接第二电阻R2的一端、第七条支路连接第四电容C4的一端、第八条支路连接第二光耦OP2的Vcc端、第九条支路连接第四电阻R4的一端、第十条支路连接第一驱动PMOS管Q4的源极，第十一条支路连接第二驱动PMOS管Q6的源极、第十二条支路连接第六电阻R6的一端，第十三条支路连接第四光耦OP4的Vcc端；第一电容C1的另一端连接总电源负极-V；NPN扩流三极管Q1的射极一方面连接第三电容C3的一端，另一方面连接第一光耦OP1的Vcc端，还有一方面连接第三光耦OP3的Vcc端；第一正稳压器U1的Vout端一方面连接第一电阻R1的一端，另一方面连接第一NPN扩流三极管Q1的基极；第二电容C2的另一端连接总电源负极-V；第一负稳压器U2的Vin端连接总电源负极-V；第一负稳压器U2的Vout端一方面连接第二电阻R2的另一端，另一方面连接第一PNP扩流三极管Q2的基极；第一PNP扩流三极管Q2的集电极连接总电源负极-V；第一PNP扩流三极管Q2的发射极一方面连接至第四电容C4的另一端，另一方面连接至第二光耦OP2的Vee极，还有一方面连接至第四光耦OP4的Vee极；第二光耦OP2的Vout端一方面连接第四电阻R4的另一端，另一方面连接第一驱动PMOS管Q4的栅极；第一驱动PMOS管Q4的漏极一方面连接负载LOAD的一端,另一方面连接第一驱动NMOS管Q3的漏极；第二驱动PMOS管Q6的漏极一方面连接负载LOAD的另一端,另一方面连接第二驱动NMOS管Q5的漏极；第六电阻R6的另一端一方面连接第二驱动PMOS管Q6的栅极，另一方面连接第四光耦OP4的Vout端，第一正稳压器U1的Gnd端连接总电源负极-V，第一电阻R1的另一端连接总电源负极-V，第三电容C3的另一端连接总电源负极-V，第一光耦OP1的Vee端连接总电源负极-V，第一光耦OP1的Vout端一方面连接第三电阻R3的一端，另一方面连接第一驱动NMOS管Q3的栅极，第三电阻R3的另一端连接总电源负极-V，第一驱动NMOS管Q3的源极连接总电源负极-V，第二驱动NMOS管Q5的源极连接总电源负极-V，第二驱动NMOS管Q5的栅极一方面连接第三光耦OP3的Vout端，另一方面连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接总电源负极-V，第三光耦OP3的Vee端连接总电源负极-V。
所述正扩流电路中电源经过第一电容C1滤波后给正稳压器U1进行稳压，第一电阻R1为保证第一正稳压器U1正常稳压的最小负载。
所述正扩流电路中，电源电压经第一电容C1、第一正稳压器U1、第一电阻R1后产生相对于-V的正电压，再经第一NPN扩流三极管Q1的基极和射极所形成的PN结后电压降低0.6V至0.8V，给H桥上半桥驱动电路提供稳定的电压；
所述H桥上半桥驱动电路所消耗的电流绝大部分由第一NPN扩流三极管Q1的集电极提供，选取的第一NPN扩流三极管Q1输出电流能力越大，正扩流电路的输出电流能力就越大。
所述负扩流电路中，电源电压经第二电容C2、第一负稳压器U2、第二电阻R2后产生相对于(+V)的负电压，再经第一PNP扩流三极管Q2的基极和射极所形成的PN结后电压升高0.6V至0.8V，然后给H桥上半桥驱动电路提供稳定的电压；
所述H桥下半桥驱动电路所消耗的电流绝大部分由第一PNP扩流三极管Q2的集电极提供，这样选取的第一PNP扩流三极管Q2输出电流能力越大，负扩流电路的输出电流能力就越大。
本发明和现有技术相比的优点在于：
（1）由于是线性电源，所以对H桥的MOS管的干扰很小，从而提高H桥工作的可靠性。
（2）由于选用的元器件工艺都很成熟，市场饱有量大，所以成本较低，采购周期短。
附图说明
图1为本发明所涉及的H桥控制电路中的正负电源扩流装置电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置，其特征在于：包括正扩流电路100、负扩流电路200、H桥上半桥驱动电路300、H桥下半桥驱动电路400和H桥负载LOAD；正扩流电路100包括第一电容C1、第三电容C3、第一正稳压器U1、第一NPN扩流三极管Q1和第一电阻R1；负扩流电路200包括第二电容C2、第四电容C4、第一负稳压器U2、第一PNP扩流三极管Q2和第二电阻R2；H桥上半桥驱动电路300包括第一光耦OP1、第三光耦OP3、第一驱动NMOS管Q3、第二驱动NMOS管Q5、第三电阻R3、和第五电阻R5；H桥下半桥驱动电路400包括第二光耦OP2、第四光耦OP4、第一驱动PMOS管Q4、第二驱动PMOS管Q6、第四电阻R4、和第六电阻R6；总电源正极+V第一条支路连接第一电容C1的一端、第二条支路连接NPN扩流三极管Q1的集电极、第三条支路连接第一正稳压器U1的Vin端、第四条支路连接第二电容C2的一端、第五条支路连接第一负稳压器U2的Gnd端、第六条支路连接第二电阻R2的一端、第七条支路连接第四电容C4的一端、第八条支路连接第二光耦OP2的Vcc端、第九条支路连接第四电阻R4的一端、第十条支路连接第一驱动PMOS管Q4的源极，第十一条支路连接第二驱动PMOS管Q6的源极、第十二条支路连接第六电阻R6的一端，第十三条支路连接第四光耦OP4的Vcc端；第一电容C1的另一端连接总电源负极-V；NPN扩流三极管Q1的射极一方面连接第三电容C3的一端，另一方面连接第一光耦OP1的Vcc端，还有一方面连接第三光耦OP3的Vcc端；第一正稳压器U1的Vout端一方面连接第一电阻R1的一端，另一方面连接第一NPN扩流三极管Q1的基极；第二电容C2的另一端连接总电源负极-V；第一负稳压器U2的Vin端连接总电源负极-V；第一负稳压器U2的Vout端一方面连接第二电阻R2的另一端，另一方面连接第一PNP扩流三极管Q2的基极；第一PNP扩流三极管Q2的集电极连接总电源负极-V；第一PNP扩流三极管Q2的发射极一方面连接至第四电容C4的另一端，另一方面连接至第二光耦OP2的Vee极，还有一方面连接至第四光耦OP4的Vee极；第二光耦OP2的Vout端一方面连接第四电阻R4的另一端，另一方面连接第一驱动PMOS管Q4的栅极；第一驱动PMOS管Q4的漏极一方面连接负载LOAD的一端,另一方面连接第一驱动NMOS管Q3的漏极；第二驱动PMOS管Q6的漏极一方面连接负载LOAD的另一端,另一方面连接第二驱动NMOS管Q5的漏极；第六电阻R6的另一端一方面连接第二驱动PMOS管Q6的栅极，另一方面连接第四光耦OP4的Vout端，第一正稳压器U1的Gnd端连接总电源负极-V，第一电阻R1的另一端连接总电源负极-V，第三电容C3的另一端连接总电源负极-V，第一光耦OP1的Vee端连接总电源负极-V，第一光耦OP1的Vout端一方面连接第三电阻R3的一端，另一方面连接第一驱动NMOS管Q3的栅极，第三电阻R3的另一端连接总电源负极-V，第一驱动NMOS管Q3的源极连接总电源负极-V，第二驱动NMOS管Q5的源极连接总电源负极-V，第二驱动NMOS管Q5的栅极一方面连接第三光耦OP3的Vout端，另一方面连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接总电源负极-V，第三光耦OP3的Vee端连接总电源负极-V。
元器件的选择及其技术参数以总电源电压为28V，正电压为+15V，负电压为-15V，输出最大电流2A为例：
第一正稳压器U1选用正三端稳压器78M15，第一负稳压器U2选用负三端稳压器79M15，第一NPN扩流三极管Q1和第一PNP扩流三极管Q2须满足：TC=25℃时最大功率可达50W，Vce最大可达50V，Ic最大可达10A，最小直流放大倍数20。第一NPN扩流三极管Q1可选用NPN功率三极管D44H8，第一PNP扩流三极管Q2可选用PNP功率三极管D45H8，并且第一NPN扩流三极管Q1和第一PNP扩流三极管Q2要有合理的散热设计。
第一电容C1、第二电容C2选用耐压50V，容量10uF的瓷介电容，第三电容C3、第四电容C4选用耐压25V，容量10uF的瓷介电容，第一电阻R1、第二电阻R2选用阻值在4.7kΩ～10kΩ之间，功率为1/8W的金属膜电阻。
所选电子元器件性能完好，第一电容C1、第三电容C3尽量靠近第一正稳压器U1安装，第二电容C2、第四电容C4尽量靠近第一负稳压器U2安装，按照图1中元器件的连接关系进行可靠连接，电路即可正常输出。
可以先充分利用印制电路板上的大面积覆铜对第一NPN扩流三极管Q1和第一PNP扩流三极管Q2进行散热设计，若大面积覆铜的散热能力不够，再适当加装散热器，以节约安装空间和节约成本。
用输出功率大于120W的直流稳压电源输出28V给本正负电源电路供电，如图1中所示，给H桥控制电路以25kHz的控制信号，开始工作后要求Q1和Q2散热片温度小于50℃。否则改善散热设计。
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做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置，其特征在于：包括正扩流电路(100)、负扩流电路(200)、H桥上半桥驱动电路(300)、H桥下半桥驱动电路(400)和H桥负载LOAD；正扩流电路(100)包括第一电容C1、第三电容C3、第一正稳压器U1、第一NPN扩流三极管Q1和第一电阻R1；负扩流电路(200)包括第二电容C2、第四电容C4、第一负稳压器U2、第一PNP扩流三极管Q2和第二电阻R2；H桥上半桥驱动电路(300)包括第一光耦OP1、第三光耦OP3、第一驱动NMOS管Q3、第二驱动NMOS管Q5、第三电阻R3、和第五电阻R5；H桥下半桥驱动电路(400)包括第二光耦OP2、第四光耦OP4、第一驱动PMOS管Q4、第二驱动PMOS管Q6、第四电阻R4、和第六电阻R6；总电源正极+V第一条支路连接第一电容C1的一端、第二条支路连接第一NPN扩流三极管Q1的集电极、第三条支路连接第一正稳压器U1的Vin端、第四条支路连接第二电容C2的一端、第五条支路连接第一负稳压器U2的Gnd端、第六条支路连接第二电阻R2的一端、第七条支路连接第四电容C4的一端、第八条支路连接第二光耦OP2的Vcc端、第九条支路连接第四电阻R4的一端、第十条支路连接第一驱动PMOS管Q4的源极，第十一条支路连接第二驱动PMOS管Q6的源极、第十二条支路连接第六电阻R6的一端，第十三条支路连接第四光耦OP4的Vcc端；第一电容C1的另一端连接总电源负极-V；第一NPN扩流三极管Q1的发射极一方面连接第三电容C3的一端，另一方面连接第一光耦OP1的Vcc端，还有一方面连接第三光耦OP3的Vcc端；第一正稳压器U1的Vout端一方面连接第一电阻R1的一端，另一方面连接第一NPN扩流三极管Q1的基极；第二电容C2的另一端连接总电源负极-V；第一负稳压器U2的Vin端连接总电源负极-V；第一负稳压器U2的Vout端一方面连接第二电阻R2的另一端，另一方面连接第一PNP扩流三极管Q2的基极；第一PNP扩流三极管Q2的集电极连接总电源负极-V；第一PNP扩流三极管Q2的发射极一方面连接至第四电容C4的另一端，另一方面连接至第二光耦OP2的Vee极，还有一方面连接至第四光耦OP4的Vee极；第二光耦OP2的Vout端一方面连接第四电阻R4的另一端，另一方面连接第一驱动PMOS管Q4的栅极；第一驱动PMOS管Q4的漏极一方面连接负载LOAD的一端,另一方面连接第一驱动NMOS管Q3的漏极；第二驱动PMOS管Q6的漏极一方面连接负载LOAD的另一端,另一方面连接第二驱动NMOS管Q5的漏极；第六电阻R6的另一端一方面连接第二驱动PMOS管Q6的栅极，另一方面连接第四光耦OP4的Vout端，第一正稳压器U1的Gnd端连接总电源负极-V，第一电阻R1的另一端连接总电源负极-V，第三电容C3的另一端连接总电源负极-V，第一光耦OP1的Vee端连接总电源负极-V，第一光耦OP1的Vout端一方面连接第三电阻R3的一端，另一方面连接第一驱动NMOS管Q3的栅极，第三电阻R3的另一端连接总电源负极-V，第一驱动NMOS管Q3的源极连接总电源负极-V，第二驱动NMOS管Q5的源极连接总电源负极-V，第二驱动NMOS管Q5的栅极一方面连接第三光耦OP3的Vout端，另一方面连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接总电源负极-V，第三光耦OP3的的Vee端连接总电源负极-V。
2.根据权利要求1所述的一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置，其特征在于：所述正扩流电路(100)中总电源经过第一电容C1滤波后给第一正稳压器U1进行稳压，第一电阻R1为保证第一正稳压器U1正常稳压的最小负载。
3.根据权利要求1所述的一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置，其特征在于：所述正扩流电路(100)中，总电源电压经第一电容C1、第一正稳压器U1、第一电阻R1后产生相对于总电源负极-V的正电压，再经第一NPN扩流三极管Q1的基极和发射极所形成的PN结后电压降低0.6V至0.8V，给H桥上半桥驱动电路(300)提供稳定的电压。
4.根据权利要求1所述的一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置，其特征在于：所述H桥上半桥驱动电路(300)所消耗的电流绝大部分由第一NPN扩流三极管Q1的集电极提供，选取的第一NPN扩流三极管Q1输出电流能力越大，正扩流电路(100)的输出电流能力就越大。
5.根据权利要求1所述的一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置，其特征在于：所述负扩流电路(200)中，总电源电压经第二电容C2、第一负稳压器U2、第二电阻R2后产生相对于总电源正极+V的负电压，再经第一PNP扩流三极管Q2的基极和发射极所形成的PN结后电压升高0.6V至0.8V，然后给H桥下半桥驱动电路(400)提供稳定的电压。
6.根据权利要求1所述的一种H桥控制电路中的正负电源扩流装置，其特征在于：所述H桥下半桥驱动电路(400)所消耗的电流绝大部分由第一PNP扩流三极管Q2的集电极提供，这样选取的第一PNP扩流三极管Q2输出电流能力越大，负扩流电路(200)的输出电流能力就越大。
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