CN107395183A - 一种脉冲大电流点火开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉冲大电流点火开关电路，点火控制脉冲信号输入至第一三极管的基极，第一三极管的发射极接地，集电极与第三电阻的一端、第二稳压二极管的负极及第二MOS管的栅极共连，第三电阻的另一端、二极管的正极及第三MOS管的漏极共接至正电源端；第二稳压二极管的正极及第二MOS管的源极接地；第二MOS管的漏极与第五电阻的一端、第三稳压二极管的负极及第三MOS管的栅极共接，第五电阻的另一端与二极管的负极及第二电容的一端共接，第二电容的另一端、第三稳压二极管的正极及第三MOS管的源极共接至点火输出端；负载的一端接点火输出端，另一端接地。本发明采用负载接地方式，导通压降低，电源加载的瞬间不会产生误导通。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态功率开关电路，特别是一种低电源电压、脉冲或瞬时大电流的固态点火开关混合集成电路。
背景技术
在控制、驱动等电子、机电等系统中，常用到低压、脉冲或瞬时大电流的固态点火开关混合集成电路。该类点火开关电路受控于点火控制脉冲信号（一般为TTL或CMOS电平脉冲信号），有点火控制脉冲信号输入时，电路中的功率晶体管导通，由电源向负载输出瞬时大电流，完成对负载的驱动，实现点火等功能。
从系统的安全性和可靠性方面考虑，一般要求点火开关电路为负载接地方式，即负载一端接点火开关电路的输出另一端接地。由于PVMOS(P型垂直沟道金属氧化物半导体)晶体管具有电压控制及负栅源电压开启的特性，使得采用PVMOS管作为功率开关的脉冲或瞬时大电流的固态点火开关电路会自然形成负载接地方式，而且电路构成及原理上也较简便易行。
因此，目前大多负载接地方式的点火开关电路都是基于PVMOS管的。但PVMOS管存在导通电阻较大、速度慢（相对于NVMOS管）等不足，致使基于PVMOS管的点火开关电路的通态压降较大。另外，由于PVMOS管的负栅源电压开启特性，易于在电路上电的瞬间栅电容充电过程中产生的栅源间负压差使PVMOS管误导通。
当然，目前也有基于NVMOS（N型垂直沟道金属氧化物半导体）晶体管的点火开关电路，但其要么不是负载接地方式的，要么需要独立于功率电源的偏置或控制电源而不利于混合集成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于NVMOS(N型垂直沟道金属氧化物半导体)晶体管、负载接地方式、输出脉冲或瞬时大电流的点火开关电路，而且该点火开关电路便于采用厚膜混合技术进行小型化集成尤其是多路点火开关电路的一体化集成。
实现本发明目的技术方案：
一种脉冲大电流点火开关电路，其特征是，点火控制脉冲信号输入至第一三极管T1的基极，第一三极管T1的发射极接参考地GND，第一三极管T1的集电极与第三电阻R3的一端、第二稳压二极管D2的负极及第二MOS管T2的栅极共连，第三电阻R3的另一端、二极管D1的正极及第三MOS管T3的漏极共接至正电源端V+；第二稳压二极管D2的正极及第二MOS管T2的源极接参考地GND；第二MOS管T2的漏极与第五电阻R5的一端、第三稳压二极管D3的负极及第三MOS管T3的栅极共接，第五电阻R5的另一端与二极管D1的负极及第二电容C2的一端共接，第二电容C2的另一端、第三稳压二极管D3的正极及第三MOS管T3的源极共接至点火输出端Vo；负载RL的一端接点火输出端Vo，另一端接参考地GND。
第二MOS管T2的栅电容<<第三MOS管T3的栅电容。
点火控制脉冲信号经第一电容C1、第一电阻R1输入至第一三极管T1的基极。
第一三极管T1的基极与发射极之间连接第二电阻R2。
第二稳压二极管D2的两端并联第四电阻R4。
第一三极管T1采用NPN型三极管。
第二MOS管T2采用NMOS管。
第三MOS管T3采用NVMOS管。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
(1)基于NVMOS晶体三极管，负载接地方式。负载接地方式：Vi端输入脉冲高电平时，T1导通，T2截止，T3导通，由于T3为功率NVMOS管，其导通电阻很小，当然导通压降很低，输出电压Vo接近于正电源电压Vo≈V+。这时不再靠正电源电压保持T3栅源压差而是由举升电容C2将图中Vc点电压举升至约2倍的正电源电压来保证足够的栅源压差以维护T3的充分导通。即实现了基于NVMOS管的负载接地方式的点火开关电路。
(2)导通压降低。相同条件（如相同尺寸、相同耐压等）的NVMOS管和PVMOS管相比，充分饱和导通时，NVMOS管导通电阻只有PVMOS管的50%至60%，所以基于NVMOS管的点火开关电路的导通压降相对较低。
(3)电源加载的瞬间不会产生误导通。上电的瞬间，电源首先通过R3向T2的栅电容、通过R5向T3的栅电容同时充电，开始时T2及T3栅源电压均为零，T2和T3都截止。而T2为小功率管，其栅电容远小于T3的栅电容，其栅电压上升速度远快于T3，其导通时间也远小于T3，即T2先于T3导通。T2导通后其漏极电压接近于零电位，由于T2的漏极与T3栅极相连，T3的栅电压被强制拉到零电位，T3维持截止状态。即电源加载时T3不会出现瞬间的误导通。
附图说明
图1是本发明脉冲大电流点火开关电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明脉冲大电流点火开关电路的电路图。包括2只片式多层陶瓷电容C1、C2，5只厚膜电阻R1、R2、R3、R4、R5，1只二极管D1，2只稳压二极管D2、D3，1只NPN型晶体三极管T1，1只NMOS(N沟道金属氧化物半导体)型场效应晶体三极管T2（以下简称NMOS三极管），1只NVMOS型晶体三极管T3（以下简称NVMOS三极管）。RL电阻为负载。
V+为正电源端，GND为正电源及输入控制信号的参考地，Vi为点火控制脉冲信号输入端，Vo为点火输出端。
电容C1的一端接点火控制脉冲信号输入端Vi，电容C1的另一端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2的一端及三极管T1的基极，电阻R2的另一端及三极管T1的发射极接参考地GND，三极管T1的集电极接电阻R3的一端及电阻R4的一端及稳压二极管D2的负极及NMOS三极管T2的栅极，电阻R3的另一端及二极管D1的正极及NVMOS三极管T3的漏极接正电源端V+，电阻R4的另一端及稳压二极管D2的正极及NMOS三极管T2的源极接参考地GND，NMOS三极管T2的漏极接电阻R5的一端及稳压二极管D3的负极及三极管T3的栅极，电阻R5的另一端接二极管D1的负极及电容C2的一端，电容C2的另一端及稳压二极管D3的正极及三极管T3的源极接点火输出端Vo，负载RL的一端接点火输出端Vo，另一端接参考地GND。
正电源加载后，Vi端输入脉冲低电平或没有输入时，T1截止，T2导通，T3截止，负载RL没有电流。Vi端输入脉冲高电平时，T1导通，T2截止，T3导通，电源通过T3向负载RL提供点火电流。T3导通后，正电源的电压几乎全部降在负载RL上，即T3的栅电压会从截止时的零电平上升至接近电源，为了避免T3的栅源电压差会降低以致T3不能充分饱和导通，由电容C2的电压自举作用，将T3的栅电压举升到高于正电源电压来保证足够的栅源压差以维护T3的充分导通。
为了便于利用厚膜混合集成技术进行小型化集成，电容C1、C2采用片式多层陶瓷电容，R1、R2、R3、R4、R5为厚膜电阻，二极管D1、稳压二极管D2和D3、NPN型晶体三极管T1、NMOS型晶体三极管T2、NVMOS型晶体三极管T3均为裸芯片。
本发明脉冲大电流点火开关混合集成电路产品包括多路（4至8路）该点火开关电路。采用混合集成技术进行多路点火开关电路的小型化集成时，电路的参数及元器件的设定：电路的主要参数为点火电流Io、导通压降Vd、脉冲宽度to。可根据这些参数设定电路的主要元器件。
功率NVMOS管T3：漏源额定电压VDS≥1.5V+（V+为电源电压），导通电阻Ron≤0.5Vd/Io, 漏源额定电流ID≥2Io。
负载电阻RL=（V+-Vd）/Io。
电容C1和电阻R1：R1C1≥2to，其中，R1为电阻R1的阻值，C1为电容C1的容值。
二极管D1的反向击穿电压≥V+。
稳压管D2、D3的稳压值（反向击穿电压）为10V至12V，D3的反向漏电流（未稳压前）IR≤10uA。
电容C2的容值与稳压管D3的反向漏电流相关：C2≥2IRto/10V，其中，C2为电容C2的容值。
NMOS管T2及NPN管T1的额定电压≥1.5V+。T2的导通电阻≤0.3V/(V+/R5)。
R4V+/(R4+R3)≥10V（稳压管D2的稳压值，大于10V以保证NMOS管T2充分导通）。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种脉冲大电流点火开关电路，其特征是，点火控制脉冲信号输入至第一三极管T1的基极，第一三极管T1的发射极接参考地GND，第一三极管T1的集电极与第三电阻R3的一端、第二稳压二极管D2的负极及第二MOS管T2的栅极共连，第三电阻R3的另一端、二极管D1的正极及第三MOS管T3的漏极共接至正电源端V+；第二稳压二极管D2的正极及第二MOS管T2的源极接参考地GND；第二MOS管T2的漏极与第五电阻R5的一端、第三稳压二极管D3的负极及第三MOS管T3的栅极共接，第五电阻R5的另一端与二极管D1的负极及第二电容C2的一端共接，第二电容C2的另一端、第三稳压二极管D3的正极及第三MOS管T3的源极共接至点火输出端Vo；负载RL的一端接点火输出端Vo，另一端接参考地GND。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲大电流点火开关电路，其特征是，第二MOS管T2的栅电容<<第三MOS管T3的栅电容。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲大电流点火开关电路，其特征是，点火控制脉冲信号经第一电容C1、第一电阻R1输入至第一三极管T1的基极。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲大电流点火开关电路，其特征是，第一三极管T1的基极与发射极之间连接第二电阻R2。
5.根据权利要求1所述的一种脉冲大电流点火开关电路，其特征是，第二稳压二极管D2的两端并联第四电阻R4。
6.根据权利要求1所述的一种脉冲大电流点火开关电路，其特征是，第一三极管T1采用NPN型三极管。
7.根据权利要求1所述的一种脉冲大电流点火开关电路，其特征是，第二MOS管T2采用NMOS管。
8.根据权利要求1所述的一种脉冲大电流点火开关电路，其特征是，第三MOS管T3采用NVMOS管。
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