CN105281553A - 一种功率管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种功率管驱动电路，包括：驱动电路、功率电路、以及至少一个泄放电路；所述驱动电路的驱动信号输出端分别与所述功率电路的功率管的栅极和所述泄放电路的第一输入端连接；所述驱动电路的驱动信号参考输出端分别与所述功率电路的功率管的源极和所述泄放电路的输出端连接；所述功率电路的功率管的栅极与所述泄放电路的第二输入端连接，用于在所述泄放电路导通时泄放所述功率管的能量；其中，当所述驱动电路控制所述功率管导通时，所述泄放电路关断，当所述驱动电路控制所述功率管关断时，所述泄放电路导通。本发明实施例提供的功率管驱动电路，驱动电路驱动能力强，配合泄放电路可以迅速关断功率电路的功率管，可靠性高。

Description

一种功率管驱动电路

技术领域

本发明实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种功率管驱动电路。

背景技术

在电源变换器或类似产品中，由于功率管的损耗大部分集中在开关损耗，为了追求更大的效率，就必须要开关管快速地开通与关断，这样就需要较大的驱动能力，即需要较大的驱动电流并能快速地关断功率管。

然而，现有普通的驱动电路驱动能力较小，并且无法快速关断功率管，可靠性低，满足不了应用的需求。

发明内容

本发明实施例提供一种功率管驱动电路，以提高驱动电路的驱动能力和可靠性。

本发明实施例提供了一种功率管驱动电路，包括：

驱动电路、功率电路、以及至少一个泄放电路；

所述驱动电路的驱动信号输出端分别与所述功率电路的功率管的栅极和所述泄放电路的第一输入端连接，用于提供驱动信号控制所述功率管以及所述泄放电路的导通或者关断；

所述驱动电路的驱动信号参考输出端分别与所述功率电路的功率管的源极和所述泄放电路的输出端连接；

所述功率电路的功率管的栅极与所述泄放电路的第二输入端连接，用于在所述泄放电路导通时泄放所述功率管的能量；

其中，当所述驱动电路控制所述功率管导通时，所述泄放电路关断，当所述驱动电路控制所述功率管关断时，所述泄放电路导通。

本发明提供的功率管驱动电路，通过使用驱动电路来驱动功率管的开通和关断，并采用泄放电路来快速泄放功率管关断时的能量，以快速关断功率管，驱动电路和泄放电路有效的配合机制，提高了电路的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种功率管驱动电路的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种功率管驱动电路的结构示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种功率管驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种功率管驱动电路的结构示意图。所述电路可应用于开关电源电路中以驱动功率管的导通和关断。参见图1，该电路包括：

驱动电路10、功率电路20、以及至少一个泄放电路30；

所述驱动电路10的驱动信号输出端分别与所述功率电路20的功率管的栅极和所述泄放电路30的第一输入端连接，用于提供驱动信号控制所述功率管以及所述泄放电路30的导通或者关断；

所述驱动电路10的驱动信号参考输出端分别与所述功率电路20的功率管的源极和所述泄放电路30的输出端连接；

所述功率电路20的功率管的栅极与所述泄放电路30的第二输入端连接，用于在所述泄放电路30导通时泄放所述功率管的能量；

其中，当所述驱动电路10控制所述功率管导通时，所述泄放电路30关断，当所述驱动电路10控制所述功率管关断时，所述泄放电路30导通。

当驱动电路10输出控制信号控制功率电路20的功率管关闭时，功率管栅极上一般会存储一定的能量，例如，功率管的栅极上有电压。此时，可以通过泄放电路30将功率管栅极存储的能量快速泄放，将功率管快速地关断。根据驱动电路10需要的关断的速度，可以设置一个或者多个泄放电路30，在泄放电路30参数相同的情况下，一般泄放电路30设置的越多，在泄放电路30工作时，功率管上的电压下降的越快，功率管关断的速度也越快。当设置有多个泄放电路30时，多个泄放电路30的连接方式相同，可以使多个泄放电路30以并联的形式存在。

本实施例提供的功率管驱动电路，可以通过驱动电路控制功率管的导通和关断，在功率管关断时使用泄放电路将功率管栅极的能量泄放，实现快速关断功率电路的功率管。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的一种功率管驱动电路的结构示意图。本实施例是对上述实施例进行了优化，参见图2，在本实施例中，所述驱动电路10包括：驱动芯片U1，第一三极管Q1，第二三极管Q2，第一二极管D1和电源Vss。其中，所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2为图腾柱连接结构，所述第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的发射极相接，并作为所述驱动电路10的驱动信号输出端；所述驱动芯片U1包括高侧电源端VB、高侧输出端HO、高侧参考地端VS以及至少一个信号输入端，示例性的驱动芯片U1设置了两个信号输入端，分别为信号输入端HIN和信号输入端LIN。所述驱动芯片的信号输入端用于接收上级电路输出信号，如接收上级控制处理器输出的PWM信号。所述驱动芯片U1的高侧输出端VB分别与所述第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极相连；所述驱动芯片U1的高侧参考地端VS与所述第一三极管Q1的发射极相连，作为所述驱动电路10的驱动信号参考输出端；所述驱动芯片U1的高侧电源端VB与所述第二三极管Q2的集电极相连。

需要说明的是，所述驱动芯片U1还包括其他支持其工作的端口，例如低侧电源端VCC，所述低侧电源端VCC与电源VSS以及所述第一二极管D1的阳极相连，所述第一二极管D1的阴极与所述驱动芯片U1的高侧电源端相连VB。

所述泄放电路30包括：第三三极管Q4和至少一个第三电阻R15；所述第三三极管Q4的集电极与所述第三电阻R15的一端相连，所述第三电阻R15的另一端与所述功率管Q3的源极相连，作为所述泄放电路30的输出端；所述第三三级管Q4的基极和发射极分别作为所述泄放电路30的第一输入端和第二输入端。

由于上级电路输出的信号较弱，可经过驱动芯片U1将接收到的上级电路输出的信号放大，并将放大的信号经高侧输出端HO和高侧参考地端LO输出，HO和LO端分别与HIM和LIN端对应。

进一步的，参见图2，功率电路中，功率管Q3的漏极连接一电源V，用于为负载RL提供电源。

具体地，本实施例提供的功率管驱动电路的工作过程如下：当HIN输入高电平时，驱动芯片U1的HO端输出高电平，可使第一三极管Q1截止，第二三极管Q2导通，导通之后高电平信号将输入至功率管Q3的栅极，驱动功率管Q3导通，与此同时，泄放电路的第三三极管Q4基极施加的也是高电平信号，可使第三三极管Q4截止；当HIM输入低电平时，驱动芯片HO端输入低电平，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，将低平信号输出至功率管Q3的栅极，拉低栅极的电位，功率管Q3截止，以此同时，泄放电路第三三极管Q4基极施加的是低电平信号，可使第三三极管Q4导通，第三三极管Q4的发射极与功率管Q3的栅极连接，可以将残留在功率管Q3栅极的能量通过第三电阻R15消耗掉，从而使功率管Q3栅极的电压迅速降低，功率管Q3快速地关断。

另外，由于驱动芯片U1有两路信号输出HO和LO，在本实施例中，只使用了一路输出信号HO作为示意。两路信号输出一般是配合使用的，当使用两路配合使用时，LO作为驱动信号的另一输出端，COM端作为LO输出端的参考地端；低侧电源端VCC与电源Vss连接。

本实施例提供的功率管驱动电路，采用驱动芯片和图腾柱结构连接的第一三级管和第二三极管组成驱动电路来驱动功率管的导通和关断，可以增强驱动电路驱动能力，泄放电路简单可靠，整个电路设计有效降低了功耗。

实施例三

图3是本发明实施例三提供的一种功率管驱动电路的结构示意图。本实施例是对上述实施例进行了优化。

在本实施例中，所述驱动电路10还包括：至少一个第一电容，所述第一电容为自举电容，图3示例性的设置2个自举电容，分别为自举电容C1和C2，所述自举电容C1和C2并联于所述高侧电源端VB与所述高侧参考地端VS之间。

当直接使用驱动芯片U1驱动功率管Q3时，驱动电路10的驱动能力有一定的限制，一般只能输出2A以下的驱动电流。优选的，本实施例，在电路中使用自举电容C1和C2，以增强驱动电路10的驱动能力。如当HO输出高电平，将第二三极管Q2导通，第一三极管Q1截止时，此时，自举电容C1和C2释放自身存储的能量，将能量输入至功率管Q3的栅极，可以使功率管Q3迅速地导通，增强了驱动电路10的驱动能力。

可选的，所述驱动电路10还包括：第一电阻R3和第二电阻R4；所述驱动芯片U1的高侧输出端HO通过所述第一电阻R3分别与所述第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极相连；所述驱动芯片U1的高侧参考地端VS通过所述第二电阻R4与所述第一三极管Q1的基极相连。设置的第一电阻R3和第二电阻R4可以降低第一三级管Q1和第二三极管Q2基极电压，防止损坏第一三极管Q1和第二三极管Q2。

可选的，所述驱动电路10还包括：至少一个第二电容，第二电容主要起滤波作用，示例性的设置两个第二电容C3和C4，所述高端电源端VB通过所述第二电容C3和C4接地。可以滤除电源Vss的干扰信号，保证供电可靠。

可选的，所述功率电路20还包括：第二二极管和至少一个第四电阻，所述第二二极管和所述第四电阻串联；所述驱动电路的驱动信号输出端通过所述第二二极管和所述第四电阻组成的串联电路与所述功率电路的功率管的栅极相连。在本电路中，示例性的使用三个第四电阻R5、R6和R7，第四电阻R5、R6和R7相互并联后与所述第二二极管D2串联，且与所述第二二极管D2的阴极相连，所述驱动电路10的驱动信号输出端与所述第一二极管D2的阳极相连。通过设置第一二极管和至少一个第四电阻可以防止功率管Q3栅极电压反作用于驱动电路10。

可选的，所述功率电路20还包括：稳压二极管D3，所述稳压二极管D3的阳极与所述功率管Q3的源极相连，所述稳压二极管D3的阴极与所述功率管Q3的栅极相连。稳压二极管D3可用于在驱动电路10输出端输出高电平时，稳定高电平电压驱动信号。

可选的，所述功率电路20还包括：第五电阻R9，所述第五电阻R9的一端与所述功率管Q3的栅极相连，所述第五电阻R9的另一端与所述功率管Q3的源极相连。用于在功率管Q3导通时，防止功率管Q3的栅极和源极短路。

可选的，所述功率电路20还包括：第三电容C5和第六电阻R8，所述第三电容C5与所述第六电阻R8组成的串联电路并联于所述功率管Q3的漏极和源极。第三电容C5和第六电阻R8组成的串联电路可以用于吸收动率管Q3在导通或者关断时刻产生的电压尖峰，以防止损坏功率管Q3。

另外，在泄放电路中的第三电阻的个数也可以有多个，由于泄放电路主要是将功率管Q3栅极上的能量消耗掉，泄放电路中的第三电阻会发热，可以根据系统的设计需要，综合考虑电路的面积和功耗，设置多个并联的第三电阻，使泄放电路散热均匀。图3实例性的设置三个泄放电路，即第一泄放电路301，第二泄放电路302，以及第三泄放电路303。其中，第一泄放电路301包括第三三极管Q4，第三电阻R14和R15；第二泄放电路302包括第三三级管Q5，第三电阻R16和R17；第三泄放电路303包括第三三极管Q6，第三电阻R18和R19。

可选的，所述第一泄放电路301还包括电阻R11，所述电阻R11的一端与所述第三三极管Q4的基极相连，所述电阻R11的另一端与所述驱动电路10的驱动信号输出端相连；所述第一泄放电路302还包括电阻R12，所述电阻R12的一端与所述第三三极管Q5的基极相连，所述电阻R12的另一端与所述驱动电路10的驱动信号输出端相连；所述第一泄放电路303还包括电阻R13，所述电阻R13的一端与所述第三三极管Q6的基极相连，所述电阻R13的另一端与所述驱动电路10的驱动信号输出端相连。

本实施例提供的功率管驱动电路，使用自举电容组成电压抬升电路，可以增强驱动电路的驱动能力；在功率电路中使用稳压、滤波等，可以保证驱动电路稳定、可靠地工作；并且优化电路设计，有效解决了电路散热问题，提高了电路的工作效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种功率管驱动电路，其特征在于，包括：

驱动电路、功率电路、以及至少一个泄放电路；

所述驱动电路的驱动信号输出端分别与所述功率电路的功率管的栅极和所述泄放电路的第一输入端连接，用于提供驱动信号控制所述功率管以及所述泄放电路的导通或者关断；

所述驱动电路的驱动信号参考输出端分别与所述功率电路的功率管的源极和所述泄放电路的输出端连接；

所述功率电路的功率管的栅极与所述泄放电路的第二输入端连接，用于在所述泄放电路导通时泄放所述功率管的能量；

其中，当所述驱动电路控制所述功率管导通时，所述泄放电路关断，当所述驱动电路控制所述功率管关断时，所述泄放电路导通。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述驱动电路包括：

驱动芯片，第一三极管，第二三极管，第一二极管和电源；

所述第一三极管和第二三极管为图腾柱连接结构，所述第一三极管的集电极和第二三极管的发射极相接，并作为所述驱动电路的驱动信号输出端；

所述驱动芯片包括高侧电源端、高侧输出端、高侧参考地端、低侧电源端以及至少一个信号输入端，所述驱动芯片的信号输入端用于接收上级电路输出信号，所述驱动芯片的高侧输出端分别与所述第一三极管和第二三极管的基极相连；所述驱动芯片的高侧参考地端与所述第一三极管的发射极相连，作为所述驱动电路的驱动信号参考输出端；所述驱动芯片的高侧电源端与所述第二三极管的集电极相连；所述驱动芯片的低侧电源端与电源以及所述第一二极管的阳极相连，所述第一二极管的阴极与所述驱动芯片的高侧电源端相连。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：至少一个第一电容，所述第一电容并联于所述高侧电源端与所述高侧参考地端。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：第一电阻和第二电阻；

所述驱动芯片的高侧输出端通过所述第一电阻分别与所述第一三极管和第二三极管的基极相连；所述驱动芯片的高侧参考地端通过所述第二电阻与所述第一三极管的基极相连。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：至少一个第二电容，所述高端电源端通过所述第二电容接地。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述泄放电路包括：

第三三极管和至少一个第三电阻，所述第三三极管的集电极与所述第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端与所述功率端的源极相连，作为所述泄放电路的输出端；所述第三三级管的基极和发射极分别作为所述泄放电路的第一输入端和第二输入端。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功率电路还包括：

第二二极管和至少一个第四电阻，所述第二二极管和所述第四电阻串联；所述驱动电路的驱动信号输出端通过所述第二二极管和所述第四电阻组成的串联电路与所述功率电路的功率管的栅极相连。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功率电路还包括：

稳压二极管，所述稳压二极管阳极与所述功率管的源极相连，所述稳压二极管的阴极与所述功率管的栅极相连。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功率电路还包括：

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述功率管的栅极相连，所述第五电阻的另一端与所述功率管的源极相连。

10.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功率电路还包括：

第三电容和第六电阻，所述第三电容与所述第六电阻组成的串联电路并联于所述功率管的漏极和源极。