CN103916114B - 一种开关驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关驱动电路，包括：驱动电源、驱动缓冲单元、馈电开关单元、单向导通的驱动限流单元以及单向导通的钳位开关单元。其中驱动电源与驱动缓冲单元和馈电开关单元连接，单向导通的驱动限流单元与驱动缓冲单元、馈电开关单元以及单向导通的钳位开关单元连接，单向导通的驱动限流单元输出用于驱动所述被控主开关管的驱动电压和电流，通过单向导通的钳位开关单元切断被控主开关管的驱动电压和电流。通过上述方式，本发明能够解决开关控制失效等问题，保证了开关电路的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理领域，特别是涉及一种开关驱动电路。
背景技术
开关驱动电路应用于多种电子产品，尤其是对电池和类似电池类需要电子线路的储能产品。例如，锂离子蓄电池用管理系统、锂聚合物电池用电池管理系统、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、超级电容，以及未来新型储能产品的外围电子线路。
现有技术中，如图1所示，当控制电路下电或者未上电，充电器的开路电压与电池组的电压差大于一定值时，第一驱动电源VCC1和第二驱动电源VCC2以及控制信号COP1的电位参考地电位CH-均为高电平，此时晶体管Q11关断从而晶体管Q12关断，MOS管Q13的栅极和源极之间的电压为高电平从而驱动MOS管Q13一直处于导通状态。这时充电器将对电池组一直充电，存在极大的安全隐患。当控制信号COP1为低电平，MOS管Q13关断时，因为晶体管Q11导通且晶体管Q12导通，第一驱动电源VCC1通过电阻R15、电阻R13形成回路产生电流，同时第二VCC2通过电阻R12、晶体管Q12形成回路产生电流，因此导致较大的电量损耗。
由此可以看出，现有的开关驱动电路对开关控制会出现失效的问题，开关电路的稳定性和可靠性较差。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种开关驱动电路，能够解决开关控制失效等问题，保证了开关电路的稳定性和可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种开关驱动电路，用于驱动一被控主开关管，包括：
驱动电源，用于提供工作电压VCC；
驱动缓冲单元，用于接收外部驱动信号以实现功率放大以及电平变换；
馈电开关单元，与驱动电源以及驱动缓冲单元连接，驱动缓冲单元控制馈电开关单元的导通或关断，用以提供或切断驱动电压和电流；
单向导通的驱动限流单元，连接于馈电开关单元以及被控主开关管之间；
单向导通的钳位开关单元，并联在被控主开关管的控制端与地之间，与驱动缓冲单元连接，且受控于驱动缓冲单元；
其中，开关驱动电路通过单向导通的驱动限流单元输出用于驱动被控主开关管的驱动电压和电流；通过单向导通的钳位开关单元切断被控主开关管的驱动电压和电流。
其中，外部驱动信号为高电平时，驱动缓冲单元输出低电平；外部驱动信号为低电平时，驱动缓冲单元输出高电平。
其中，驱动缓冲单元输出高电平时，单向导通的钳位开关单元呈低阻态，单向导通的馈电开关单元关断；驱动缓冲单元输出低电平时，单向导通的钳位开关单元呈高阻态，单向导通的馈电开关单元导通。
其中，驱动缓冲单元包括电阻R1、电阻R6以及第一开关管；电阻R1的第一端连接于工作电压VCC，电阻R1的第二端连接于第一开关管的第二端，外部驱动信号通过电阻R6输入至第一开关管的第一端，第一开关管的第三端接地。
其中，馈电开关单元包括第二开关管，第二开关管的第一端连接于电阻R1的第二端与第一开关管的第二端之间，第二开关管的第三端连接于工作电压VCC与电阻R1的第一端之间。
其中，单向导通的驱动限流单元包括二极管D1、电阻R2、电阻R5、第三开关管以及第四开关管，二极管D1的正端连接于第二开关管的第二端，二极管D1的负端连接于电阻R2的第一端，电阻R2的第二端连接于第三开关管的第二端，第三开关管的第一端连接于第一开关的第二端与第二开关管的第一端之间，并与电阻R1的第二端连接，电阻R5的第一端连接于第三开关管的第二端与电阻R2的第二端之间，电阻R5的第二端连接于第四开关管的第一端，第四开关管的第三端与被控主开关连接。
其中，单向导通的钳位开关单元包括二极管D2以及电阻R4，电阻R4的第一端连接于第二开关管的第二端与二极管D1的正端之间，电阻R4的第二端连接于二极管D2的正端，二极管D2的负端连接于第四开关管的第二端。
被控主开关管的第一端连接于二极管D2的负端与第四开关管的第二端之间，被控主开关管的第三端连接于第四开关管的第三端。
开关驱动电路进一步还包括电阻R3，电阻R3的第一端连接于二极管D2的负端与第四开关管的第二端之间，并与被控主开关管的第一端连接，电阻R3的第二端连接于第四开关管的第三端与被控主开关管的第三端之间。
其中，第一开关管与第三开关管为NMOS管或NPN三极管；第二开关管与第四开关管为PMOS管或PNP三极管。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过驱动缓冲单元、单向导通的钳位开关单元以及单向导通的馈电开关单元控制被控主开关管的通断，能够解决开关控制失效等问题，保证开关电路的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是现有技术中开关驱动电路示意图；
图2是本发明实施例的开关驱动电路示意图。
具体实施方式
参阅图2，图2是本发明实施例的开关驱动电路示意图。本实施例所揭示的开关驱动电路用于驱动一被控主开关管M1，包括：驱动电源21、驱动缓冲单元22、驱动限流单元23、馈电开关单元24以及钳位开关单元25。
驱动电源21用于提供工作电压VCC。
驱动缓冲单元22用于接收外部驱动信号以实现功率放大以及电平变换。在本实施例中，驱动缓冲单元22包括电阻R1、电阻R6以及第一开关管Q1。电阻R1的第一端11连接于工作电压VCC，电阻R1的第二端12连接于第一开关管Q1的第二端22。外部驱动信号通过电阻R6输入至第一开关管Q1的第一端21，第一开关管Q1的第三端23接地。其中，第一开关管Q1的第一端21为其栅极，第一开关管Q1的第二端22为其漏极，第一开关管Q1的第三端23为其源极。
馈电开关单元24与驱动电源21以及驱动缓冲单元22连接，驱动缓冲单元22控制馈电开关单元24的通断，用以提供或切断驱动电压和电流。在本实施例中，馈电开关单元24包括第二开关管Q2。第二开关管Q2的第一端31连接于电阻R1的第二端12与第一开关管Q1的第二端22之间，第二开关管Q2的第三端33连接于工作电压VCC与电阻R1的第一端11之间。其中，第二开关管Q2的第一端31，为其栅极，第二开关管Q2的第二端32为其漏极，第二开关管Q2的第三端33为其源极。
驱动限流单元23单向导通，并连接于馈电开关单元24和被控主开关管M1之间。在本实施例中，驱动限流单元23包括二极管D1、电阻R2、电阻R5、第三开关管Q3以及第四开关管Q4。二极管D1的正端连接于第二开关管Q2的第二端32，二极管D1的负端连接于电阻R2的第一端41。电阻R2的第二端42连接于第三开关管Q3的第二端52。第三开关管Q3的第一端51连接于第一开关管Q1的第二端22与第二开关管Q2的第一端31之间，并与电阻R1的第二端12连接。第三开关管Q3的第三端53接地。电阻R5的第一端61连接于第三开关管Q3的第二端52与电阻R2的第二端42之间，电阻R5的第二端62连接于第四开关管Q4的第一端71，第四开关管Q4的第三端73与被控主开关管M1连接。其中，第三开关管Q3的第一端51，为其栅极，第三开关管Q3的第二端52为其漏极，第三开关管Q3的第三端53为其源极，第四开关管Q4的第一端71，为其基极，第四开关管Q4的第二端72为其发射极，第四开关管Q4的第三端73为其集电极。
钳位开关单元25单向导通，并联在被控主开关管M1的控制端91与地之间，与驱动缓冲单元22连接，且受控于驱动缓冲单元22。在本实施例中，钳位开关单元25包括二极管D2以及电阻R4。电阻R4的第一端81连接于第二开关管Q2的第二端32与二极管D1的正端之间，电阻R4的第二端82连接于二极管D2的正端，二极管D2的负端连接于第四开关管Q4的第二端72。
在本实施例中，被控主开关管M1的第一端91连接于二极管D2的负端与第四开关管Q4的第二端72之间，被控主开关管M1的第三端93连接于第四开关管Q4的第三端73，其中，被控主开关管M1的第一端91为其栅极，被控主开关管M1的第二端92为其漏极，被控主开关管M1的第三端93为其源极。
在本实施例中，开关驱动电路进一步还包括电阻R3。电阻R3的第一端连接于二极管D2的负端与第四开关管Q4的第二端之间，并与被控主开关管M1的第一端连接，电阻R3的第二端连接于第四开关管Q4的第三端与被控主开关管M1的第三端之间。
以下详细说明开关驱动电路的工作原理：
当控制电路下电或者未上电时，外部驱动信号为低电平，第一开关管Q1关断，从而使第二开关管Q2及第三开关管Q3关断。第四开关管Q4的第三端73与第四开关管Q4的第一端71之间的电压为低电平，第四开关管Q4关断，充电器的开路电压超过电池组电压许多。此时参考地B-电位将大大高于充电器负端CH-电位，但是因为二极管D1的单向导通作用，B-电位的电压不能到达被控主开关管M1的第一端91，而电阻R3将被控主开关管M1的第一端91电位下拉至CH-电位,使被控主开关管M1的第一端和被控主开关管M1的第三端之间的电压降为低电平，从而令被控主开关管M1维持关断状态，充电回路断开。因此，此种设计方式解决了因为充电器的开路电压与电池组的电压差大于一定值时带来的开关控制失效等问题，从而保证开关电路的可靠性。
当控制电路加电后，驱动电源21一直为高电平。若外部驱动信号为为高电平，则第一开关管Q1、第二开关管Q2导通，第三开关管Q3、第四开关管Q4关断。由于参考地B-电位高于CH-电位，VCC电压经过电阻R4和二极管D2输入到被控主开关管M1第一端91的电位参考CH-电位为高电平，从而被控主开关管M1导通，充电回路导通。若外部驱动信号为为低电平，第一开关管Q1、第二开关管Q2关断，第三开关管Q3的第一端51电位约等于VCC电位，第三开关管Q3导通，第四开关管Q4导通，被控主开关管M1第一端91和被控主开关管M1第三端之间的结电容存储的电荷通过第四开关管Q4快速释放，使被控主开关管M1第一端91和被控主开关管M1第三端之间的电压低于其开启阈值电压从而令被控主开关管M1快速关断，充电回路断开，从而解决了因被控主开关管M1关闭后存在电量损耗的问题。
在本实施例中，第一开关管Q1与第三开关管Q3为NMOS管或NPN三极管，第二开关管Q2与第四开关管Q4为PMOS管或PNP三极管。
总而言之，本实施方式的开关驱动电路通过驱动限流单元23输出用于驱动被控主开关管M1的驱动电压和电流。当外部驱动信号为低电平时，驱动缓冲单元22输出高电平，馈电开关单元24关断，钳位开关单元25为高阻态，驱动限流单元23导通，即切断被控主开关管M1的驱动电压和电流，因此能够解决被控主开关管M1控制失效等问题，保证了开关电路的稳定性和可靠性，并进一步解决了因被控主开关管M1关闭后存在电量损耗的问题。
综上所述，本发明的开关驱动电路充电时导通馈电单元24同时关断驱动限流单元23，驱动电源21经过钳位开关单元25控制被控主开关管M1导通，而下电或未上电时驱动限流单元23控制被控主开关管M1关断，被控主开关管M1结电容存储的电荷通过驱动限流单元23快速释放，从而解决了开关控制失效等问题，保证了开关电路的稳定性和可靠性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种开关驱动电路，用于驱动一被控主开关管，其特征在于，所述开关驱动电路包括：
驱动电源，用于提供工作电压VCC；
驱动缓冲单元，用于接收外部驱动信号以实现功率放大以及电平变换；
馈电开关单元，与所述驱动电源以及所述驱动缓冲单元连接，所述驱动缓冲单元控制所述馈电开关单元的导通或关断，用以提供或切断驱动电压和电流；
单向导通的驱动限流单元，连接于所述馈电开关单元以及所述被控主开关管之间；
单向导通的钳位开关单元，并联在所述被控主开关管的控制端与地之间，所述单向导通的钳位开关单元与所述驱动缓冲单元连接，且受控于所述驱动缓冲单元；
其中，所述开关驱动电路通过所述单向导通的驱动限流单元输出用于驱动所述被控主开关管的驱动电压和电流；通过所述单向导通的钳位开关单元切断所述被控主开关管的驱动电压和电流。
2.根据权利要求1所述开关驱动电路，其特征在于，所述外部驱动信号为高电平时，所述驱动缓冲单元输出低电平；所述外部驱动信号为低电平时，所述驱动缓冲单元输出高电平。
3.根据权利要求2所述开关驱动电路，其特征在于，所述驱动缓冲单元输出高电平时，所述馈电开关单元关断，所述驱动缓冲单元输出低电平时，所述馈电开关单元导通。
4.根据权利要求2所述开关驱动电路，其特征在于，所述驱动缓冲单元输出低电平时，所述单向导通的钳位开关单元呈高阻态，所述驱动缓冲单元输出高电平时，所述单向导通的钳位开关单元呈低阻态。
5.根据权利要求1所述开关驱动电路，其特征在于，所述驱动缓冲单元包括电阻R1、电阻R6以及第一开关管；其中，所述电阻R1的第一端连接于所述工作电压VCC，所述电阻R1的第二端连接于所述第一开关管的第二端，所述外部驱动信号通过所述电阻R6输入至所述第一开关管的第一端，所述第一开关管的第三端接地。
6.根据权利要求5所述开关驱动电路，其特征在于，所述馈电开关单元包括第二开关管，所述第二开关管的第一端连接于所述电阻R1的第二端与所述第一开关管的第二端之间，所述第二开关管的第三端连接于所述工作电压VCC与所述电阻R1的第一端之间。
7.根据权利要求6所述开关驱动电路，其特征在于，所述单向导通的驱动限流单元包括二极管D1、电阻R2、电阻R5、第三开关管以及第四开关管，其中：
所述二极管D1的正端连接于所述第二开关管的第二端，所述二极管D1的负端连接于所述电阻R2的第一端；
所述电阻R2的第二端连接于所述第三开关管的第二端，所述第三开关管的第一端连接于所述第一开关的第二端与所述第二开关管的第一端之间，并与所述电阻R1的第二端连接；
所述电阻R5的第一端连接于所述第三开关管的第二端与所述电阻R2的第二端之间，所述电阻R5的第二端连接于所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第三端与所述被控主开关连接。
8.根据权利要求7所述开关驱动电路，其特征在于，所述单向导通的钳位开关单元包括二极管D2以及电阻R4，其中，所述电阻R4的第一端连接于所述第二开关管的第二端与所述二极管D1的正端之间，所述电阻R4的第二端连接于所述二极管D2的正端，所述二极管D2的负端连接于所述第四开关管的第二端。
9.根据权利要求8所述开关驱动电路，其特征在于，所述被控主开关管的第一端连接于所述二极管D2的负端与第四开关管的第二端之间，所述被控主开关管的第三端连接于所述第四开关管的第三端；
所述开关驱动电路进一步还包括电阻R3，所述电阻R3的第一端连接于所述二极管D2的负端与第四开关管的第二端之间，并与所述被控主开关管的第一端连接，所述电阻R3的第二端连接于所述第四开关管的第三端与所述被控主开关管的第三端之间。
10.根据权利要求7所述开关驱动电路，其特征在于，所述第一开关管与所述第三开关管为NMOS管或NPN三极管；所述第二开关管与所述第四开关管为PMOS管或PNP三极管。
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