CN104506021A - 一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统，其特征在于，主要由开关电流源，变压器T，驱动芯片M，串接于驱动芯片M的VCC管脚与BOOST管脚之间的二极管D1，串接于驱动芯片M的BOOST管脚与TG管脚之间的电容C3，串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间的电阻R7，串接于开关电流源与驱动芯片M之间的开关功率放大电路，以及基极与驱动芯片M的TG管脚相连接等特征构成。本发明不仅具有短路保护、过压保护及开路保护的功能，而且其功耗较低，其启动时间仅为传统栅极驱动电路启动时间的1/4。同时，本发明设有开关功率放大电路，因此能确保输入驱动芯片M中的功率信号不会产生衰减，进而确保整体的性能稳定。

Description

一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统
技术领域
本发明涉及一种LED驱动电路，具体是指一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统。
背景技术
目前，由于LED灯具有能耗低、使用寿命长以及安全环保等特点，其已经成为了人们生活照明的主流产品之一。由于LED灯不同于传统的白炽灯，因此其需要由专用的驱动电路来进行驱动。然而，当前人们广泛使用的栅极驱动电路由于其设计结构的不合理性，导致了目前栅极驱动电路存在能耗较高、电流噪音较大以及启动时间较长等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服目前栅极驱动电路存在的能耗较高、电流噪音较大以及启动时间较长的缺陷，提供一种结构设计合理，能有效降低能耗和电流噪音，明显缩短启动时间的一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统，主要由开关电流源，变压器T，驱动芯片M，串接于驱动芯片M的VCC管脚与BOOST管脚之间的二极管D1，串接于驱动芯片M的BOOST管脚与TG管脚之间的电容C3，串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间的电阻R7，串接于开关电流源与驱动芯片M之间的开关功率放大电路，以及基极与驱动芯片M的TG管脚相连接、集电极顺次经电容C4和电容C5后接地、而发射极接地的晶体管Q4组成；所述开关功率放大电路则由功率放大器P1，功率放大器P2，功率放大器P3，串接在功率放大器P1的输出端与负极输入端之间的电阻R9和电容C6，串接在功率放大器P2的输出端与正极输入端之间的电阻R10和电容C7，基极与功率放大器P1的输出端相连接、集电极经电阻R11后与功率放大器P3的正极输入端相连接的三极管Q5，基极与三极管Q5的发射极相连接、集电极经电阻R12后与功率放大器P3的负极输入端相连接的三极管Q6，基极经电阻R14后与功率放大器P2的输出端相连接、集电极经电阻R13后与三极管Q6的基极相连接的三极管Q7，正极与功率放大器P3的负极输入端相连接、而负极与三极管Q6的发射极相连接并接地的电容C8，与电阻R14相并联的电容C9，一端与三极管Q7的基极相连接、另一端外接-4V电压的电阻R15，一端与三极管Q7的发射极相连接、另一端外接-4V电压的电阻R16，与电阻R16相并联的电容C10，以及N极与三极管Q5的集电极相连接、P极外接-4V电压的二极管D2组成；所述功率放大器P1的负极输入端与功率放大器P2的正极输入端相连接，功率放大器P3的输出端与驱动芯片M的VCC管脚相连接，三极管Q7的集电极与驱动芯片M的INP管脚相连接，而功率放大器P1的正极输入端和功率放大器P2的负极输入端则均与开关电流源相连接。
所述变压器T的原边线圈的同名端与电容C4和电容C5的连接点相连接，其非同名端则与晶体管Q4的发射极相连接后接地；同时，晶体管Q4的发射极还与驱动芯片M的TS管脚相连接，所述变压器T的副边线圈上设有抽头Y1和抽头Y2。
所述的开关电流源由晶体管Q1，晶体管Q2，晶体管Q3，直流电源S，串接在晶体管Q1的集电极与晶体管Q2的集电极之间的电阻R1，串接在晶体管Q1的发射极与直流电源S的负极之间的RC滤波电路，串接在晶体管Q1的基极与直流电源S的负极之间的电阻R2，与直流电源S相并联的电阻R5，串接在晶体管Q3的发射极与直流电源S的负极之间的电阻R6，串接在晶体管Q3的集电极与晶体管Q2的集电极之间的电阻R4，以及正极与晶体管Q2的集电极相连接、负极与直流电源S的负极相连接的极性电容C2组成；所述晶体管Q2的基极还与晶体管Q1的集电极相连接，而晶体管Q3的基极则分别与晶体管Q2的发射极和直流电源S的正极相连接；所述极性电容C2的正极与功率放大器P1的正极输入端相连接，其负极则与功率放大器P2的负极输入端相连接。
为确保使用效果，所述驱动芯片M优先采用LTC4440A集成芯片来实现。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明不仅具有短路保护、过压保护及开路保护的功能，而且其功耗较低，其启动时间仅为传统栅极驱动电路启动时间的1/4。
(2)本发明设有自带的开关电流源，因此能有效的避免外部电磁干扰，同时，能显著的降低电流噪音。
(3)本发明设有开关功率放大电路，因此能确保输入驱动芯片M中的功率信号不会产生衰减，进而确保整体的性能稳定。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明由晶体管Q4、变压器T、驱动芯片M、开关电流源、二极管D1、电容C3、电阻R7、电容C4、电容C5，以及开关功率放大电路组成。连接时，开关电流源的输出端需要与开关功率放大电路的输入端相连接，而开关功率放大电路的输出端则需要与驱动芯片M相连接。所述的二极管D1串接于驱动芯片M的VCC管脚与BOOST管脚之间，以确保当变压器T损坏时，其外部电流不会对驱动芯片M造成损害。电容C3串接于驱动芯片M的BOOST管脚与TG管脚之间，而电阻R7则串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间。
所述晶体管Q4的基极与驱动芯片M的TG管脚相连接，其集电极顺次经电容C4和电容C5后接地，其发射极接地。同时，该晶体管Q4的集电极还需要外接+6V的驱动电压，以确保晶体管Q4能正常运行。
其中，变压器T的原边线圈的同名端与电容C4和电容C5的连接点相连接，其非同名端则与晶体管Q4的发射极相连接后接地。同时，晶体管Q4的发射极还与驱动芯片M的TS管脚相连接。
变压器T的副边线圈上设有抽头Y1和抽头Y2，即通过该抽头Y1和抽头Y2，本发明在变压器T的副边线圈上形成有4个输出端，即副边线圈的同名端，Y1抽头、Y2抽头和副边线圈的非同名端。
所述的开关功率放大电路，主要由功率放大器P1，功率放大器P2，功率放大器P3，三极管Q5，三极管Q6，三极管Q7，串接在功率放大器P1的输出端与负极输入端之间的一级RC滤波电路，串接在功率放大器P2的输出端与正极输入端之间的二级RC滤波电路，以及电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C8、电容C9、电容C10及二极管D2组成。
其中，所述的一级RC滤波电路由电阻R9和电容C6并联而成，即电阻R9和电容C6均串接在功率放大器P1的负极输入端与输出端之间；所述的二级RC滤波电路则由电阻R10和电容C7并联而成，即电阻R10和电容C7均串接在功率放大器P2的正极输入端与输出端之间。同时，功率放大器P1的负极输入端还与功率放大器P2的正极输入端相连接。
三极管Q5的基极与功率放大器P1的输出端相连接，其集电极经电阻R11后与功率放大器P3的正极输入端相连接，其发射极则与三极管Q6的基极相连接；三极管Q6的集电极经电阻R12后与功率放大器P3的负极输入端相连接，同时，该三极管Q6的集电极还外接+10V电压。
三极管Q7的基极经电阻R14后与功率放大器P2的输出端相连接，其集电极则经电阻R13后与三极管Q6的基极相连接。电容C9则与电阻R14相并联，为确保效果，该电容C9优先采用电解电容来实现。连接时，电容C9的负极与三极管Q7的基极相连接，其正极则与功率放大器P2的输出端相连接。电容C8的正极与功率放大器P3的负极输入端相连接，其负极则与三极管Q6的发射极相连接。同时，该电容C8的负极和三极管Q6的发射极均接地。
电阻R15的一端与三极管Q7的基极相连接，其另一端外接-4V的电压；而电阻R16的一端与三极管Q7的发射极相连接，其另一端则同样外接-4V的电压。电容C10则与电阻R16相并联。同样，所述电容C10和电容C8也均采用电解电容来实现。
所述二极管D2的N极与三极管Q5的集电极相连接，其P极在外接-4V的电压。为确保功率放大器P1和功率放大器P2的正常运行，该电容C6和电容C7均优先采用贴片电容来实现。
所述开关电流源用于向开关功率放大电路和驱动芯片M提供工作电源，其由晶体管Q1，晶体管Q2，晶体管Q3，直流电源S，串接在晶体管Q1的集电极与晶体管Q2的集电极之间的电阻R1，串接在晶体管Q1的发射极与直流电源S的负极之间的RC滤波电路，串接在晶体管Q1的基极与直流电源S的负极之间的电阻R2，与直流电源S相并联的电阻R5，串接在晶体管Q3的发射极与直流电源S的负极之间的电阻R6，串接在晶体管Q3的集电极与晶体管Q2的集电极之间的电阻R4，以及正极与晶体管Q2的集电极相连接、负极与直流电源S的负极相连接的极性电容C2组成。
同时，该晶体管Q2的基极还与晶体管Q1的集电极相连接，晶体管Q3的基极则分别与晶体管Q2的发射极和直流电源S的正极相连接。所述极性电容C2的正极要与功率放大器P1的正极输入端相连接，而极性电容C2的负极则要与功率放大器P2的负极输入端相连接。
所述的RC滤波电路则由电阻R3和电容C1并联而成，即电阻R3和电容C1并联后，其一个公共端与晶体管Q1的发射极相连接、其另一个公共端则与直流电源S的负极相连接。
为确保使用效果，该驱动芯片M优先采用凌力尔特公司生产的高频率N沟道MOSFET栅极驱动芯片，即LTC4440A集成芯片。该驱动芯片能以高达80V的输入电压工作，在高达100V瞬态时可连续工作。
如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims (4)

1.一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统，其特征在于，主要由开关电流源，变压器T，驱动芯片M，串接于驱动芯片M的VCC管脚与BOOST管脚之间的二极管D1，串接于驱动芯片M的BOOST管脚与TG管脚之间的电容C3，串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间的电阻R7，串接于开关电流源与驱动芯片M之间的开关功率放大电路，以及基极与驱动芯片M的TG管脚相连接、集电极顺次经电容C4和电容C5后接地、而发射极接地的晶体管Q4组成；所述开关功率放大电路则由功率放大器P1，功率放大器P2，功率放大器P3，串接在功率放大器P1的输出端与负极输入端之间的电阻R9和电容C6，串接在功率放大器P2的输出端与正极输入端之间的电阻R10和电容C7，基极与功率放大器P1的输出端相连接、集电极经电阻R11后与功率放大器P3的正极输入端相连接的三极管Q5，基极与三极管Q5的发射极相连接、集电极经电阻R12后与功率放大器P3的负极输入端相连接的三极管Q6，基极经电阻R14后与功率放大器P2的输出端相连接、集电极经电阻R13后与三极管Q6的基极相连接的三极管Q7，正极与功率放大器P3的负极输入端相连接、而负极与三极管Q6的发射极相连接并接地的电容C8，与电阻R14相并联的电容C9，一端与三极管Q7的基极相连接、另一端外接-4V电压的电阻R15，一端与三极管Q7的发射极相连接、另一端外接-4V电压的电阻R16，与电阻R16相并联的电容C10，以及N极与三极管Q5的集电极相连接、P极外接-4V电压的二极管D2组成；所述功率放大器P1的负极输入端与功率放大器P2的正极输入端相连接，功率放大器P3的输出端与驱动芯片M的VCC管脚相连接，三极管Q7的集电极与驱动芯片M的INP管脚相连接，而功率放大器P1的正极输入端和功率放大器P2的负极输入端则均与开关电流源相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统，其特征在于，所述变压器T的原边线圈的同名端与电容C4和电容C5的连接点相连接，其非同名端则与晶体管Q4的发射极相连接后接地；同时，晶体管Q4的发射极还与驱动芯片M的TS管脚相连接，所述变压器T的副边线圈上设有抽头Y1和抽头Y2。
3.根据权利要求2所述的一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统，其特征在于，所述的开关电流源由晶体管Q1，晶体管Q2，晶体管Q3，直流电源S，串接在晶体管Q1的集电极与晶体管Q2的集电极之间的电阻R1，串接在晶体管Q1的发射极与直流电源S的负极之间的RC滤波电路，串接在晶体管Q1的基极与直流电源S的负极之间的电阻R2，与直流电源S相并联的电阻R5，串接在晶体管Q3的发射极与直流电源S的负极之间的电阻R6，串接在晶体管Q3的集电极与晶体管Q2的集电极之间的电阻R4，以及正极与晶体管Q2的集电极相连接、负极与直流电源S的负极相连接的极性电容C2组成；所述晶体管Q2的基极还与晶体管Q1的集电极相连接，而晶体管Q3的基极则分别与晶体管Q2的发射极和直流电源S的正极相连接；所述极性电容C2的正极与功率放大器P1的正极输入端相连接，其负极则与功率放大器P2的负极输入端相连接。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种基于开关功率放大电路的栅极驱动系统，其特征在于，所述驱动芯片M为LTC4440A集成芯片。
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