CN108696267A - 一种场效应管驱动装置、驱动方法以及供电装置 - Google Patents

Abstract

一种场效应管驱动装置(100)及驱动方法、以及供电装置(10)。所述场效应管驱动装置(100)包括用于产生及输出电压幅值低于场效应管(200)启动电压的第一脉冲信号的单片机(101)，以及连接在所述单片机(101)及场效应管(200)之间，用于根据该第一脉冲信号产生占空比与该第一脉冲信号相同，但电压幅值高于场效应管(200)启动电压的第二脉冲信号，并向所述场效应管(200)输出该第二脉冲信号，使所述场效应管(200)在该第二脉冲信号的驱动下启动工作的信号放大电路(102)。所述供电装置(10)用于在该场效应管驱动装置(100)的控制下产生及输出具有不同占空比的方波信号，以满足不同用户的用电需求。

Description

一种场效应管驱动装置、驱动方法以及供电装置

技术领域

本发明涉及开关控制技术领域，更具体地说，涉及一种场效应管驱动装置、驱动方法以及供电装置。

背景技术

由于MOS管的启动电压大于5V，而单片机的输出电压幅值仅为3.3V或5V，因此，仅仅通过单片机无法对MOS管进行驱动，使MOS管启动工作。

为此，市面上的MOS管驱动电路往往集成电源控制芯片，通过电源控制芯片对MOS管进行驱动。然而，由于电源控制芯片的元器件成本较高，使得MOS管驱动电路的市场价格居高不下，不利于MOS管驱动电路的普及使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有的集成电源控制芯片的MOS管驱动电路的价格居高不下的技术缺陷，提供一种能够利用单片机驱动场效应管工作的电路结构简单，成本低廉的场效应管驱动装置及驱动方法、以及节能效果突出的供电装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种场效应管驱动装置，包括用于产生及输出电压幅值低于场效应管启动电压的第一脉冲信号的单片机；以及连接在所述单片机及场效应管之间，用于接收该第一脉冲信号，根据该第一脉冲信号产生占空比与该第一脉冲信号相同，但电压幅值高于场效应管启动电压的第二脉冲信号，并向所述场效应管输出第二脉冲信号，使所述场效应管在该第二脉冲信号的驱动下启动工作的信号放大电路。

本发明还提出了一种供电装置，包括恒压源、连接在恒压源及负载之间的能量存储及转换装置、以及如上所述的场效应管驱动装置；其中：

所述场效应管用于在所述场效应管驱动装置的驱动下被周期性地导通；

所述能量存储及转换装置用于当所述场效应管被截止时，进入充电状态，并在充电状态下存储所述恒压源输出的电能；

所述能量存储及转换装置还用于当所述场效应管被导通时，进入放电状态，并在放电状态下转换及输出其存储的电能。

本发明场效应管驱动装置、驱动方法以及供电装置具有以下有益效果：

一、本发明提出了一种场效应管驱动装置及驱动方法。本发明场效应管驱动装置在现有MOS管驱动电路的基础上作了重大改进，利用价格低廉的单片机替代价格昂贵的电源控制芯片，并相应地增设电路结构简单，成本低廉的信号放大电路，同样地实现了对场效应管的有效驱动，且省去了价格昂贵的电源控制芯片的使用，大大地减少了场效应管驱动装置的生产成本。

二、本发明还提出了一种包括上述场效应管驱动装置的供电装置。该供电装置能够在该场效应管驱动装置的控制下，对其能量存储及转换操作作出相应调节从而向负载输出具有不同占空比的方波信号，满足不同用户的用电需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明场效应管驱动装置及驱动方法、以及供电装置进行说明，其中：

图1为现有的MOS管驱动电路的电路图；

图2为本发明第一个较佳实施例提供的经改进的场效应管驱动装置的结构框图；

图3为图2所示的场效应管驱动装置中的信号放大电路的结构框图；

图4为图2所示的场效应管驱动装置的电路图；

图5为本发明第二个较佳实施例提供的场效应管驱动方法的流程图；

图6为本发明第三个较佳实施例提供的供电装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

实施例一

本发明针对现有的MOS管驱动电路存在的上述技术缺陷，提供一种能够通过单片机101对场效应管200进行驱动，使场效应管200启动工作的场效应管驱动装置100。

下面将结合附图及具体实施例对本发明场效应管驱动装置100的具体实施进行说明：

如图2所示，该场效应管驱动装置100包括：

用于产生及输出电压幅值低于场效应管200的启动电压的第一脉冲信号的单片机101；以及

连接在该单片机101及场效应管200之间，用于接收该第一脉冲信号，根据该第一脉冲信号被周期性地导通，从而生成占空比与该第一脉冲信号相同，但电压幅值高于场效应管200的启动电压的第二脉冲信号，并向场效应管200输出第二脉冲信号，使所述场效应管200在该第二脉冲信号的驱动下启动工作的信号放大电路102。

简言之，考虑到单片机101产生的第一脉冲信号的电压幅值低于场效应管200启动电压，造成单片机101无法驱动场效应管200的技术事实，本发明场效应管驱动装置100相比现有的场效应管200驱动电路的改进点在于：在单片机101及场效应管200之间增设了经特别设计的信号放大电路102，该信号放大电路102能够在单片机101的控制下，产生及输出占空比与该第一脉冲信号相同，但电压幅值高于场效应管200的启动电压的第二脉冲信号，从而能够成功驱动场效应管200，使场效应管200正常启动工作。

进一步地，如图3所示，该信号放大电路102包括：

直流电源1021，其中，该直流电源1021可输出电压幅值高于该场效应管200的启动电压的直流电压；以及

与该直流电源1021及该单片机101连接的开关子电路1022，其中，该开关子电路1022用于接收该第一脉冲信号，根据该第一脉冲信号被周期性地导通，从而产生及输出占空比与该第一脉冲信号相同，且电压幅值等于该直流电源1021的输出电压幅值的第二脉冲信号。

优选地，该直流电源1021输出的直流电压幅值为12V。

进一步地，如图3所示，该信号放大电路102还包括：

连接在该单片机101及该开关子电路1022之间，用于对该开关子电路1022的输入电流进行限流，进而对该开关子电路1022的导通耗时实施控制的第一限流子电路1023；以及

连接在该开关子电路1022及该场效应管200之间，用于对该场效应管200的输入电流进行限流，进而对该场效应管200的导通耗时实施控制的第二限流子电路1024。

在本发明信号放大装置的电路结构中，第一限流子电路1023的阻值越大，则开关子电路1022的导通耗时越长，第一限流子电路1023的阻值越小，则开关子电路1022的导通耗时越短。因此，可以通过调节或改变第一限流子电路1023的阻值来实现开关子电路1022的导通耗时的控制。

同样地，第二限流子电路1024的阻值越大，则场效应管200的导通耗时越长，第二限流子电路1024的阻值越小，则场效应管200的导通耗时越短。因此，可以通过调节或改变第二限流子电路1024的阻值来实现场效应管200的导通耗时的控制。

进一步地，如图3所示，该信号放大电路102还包括：

与该开关子电路1022及该场效应管200连接，用于该场效应管200被导通时，使该场效应管200接地以释放该场效应管200栅极电容的储能的放电子电路1025。

由于场效应管200存在栅极电容，场效应管200在导通状态下充电并存储电能，因此，在本发明信号放大电路102中另行设计放电子电路1025的好处在于：将场效应管200在导通状态时的栅极电容储能快速释放掉，避免场效应管200始终处于导通状态从而脱离场效应管驱动装置100的控制。

下面将结合附图4，对本发明场效应管驱动装置100的具体电路结构进行说明：

在本发明场效应管驱动装置100的电路结构中，该场效应管200为第一MOS管Q6，该第一限流子电路1023为第一电阻R4，该第二限流子电路1024为第二电阻R6，该开关子电路1022包括第二MOS管Q4、第三MOS管Q5、第一三极管Q3、第二三极管Q1、串联的第三电阻R1及第四电阻R2、以及串联的第五电阻R3及第六电阻R5、以及第七电阻R7；其中：

第一电阻R4一端连接单片机101输出端，第一电阻R4另一端连接第二MOS管Q4的栅极，第二MOS管Q4源极接地，第二MOS管Q4漏极同时连接第三MOS管Q5栅极以及第三电阻R1一端，第三MOS管Q5源极接地，第三MOS管Q5漏极连接第六电阻R5一端，第六电阻R5另一端连接第五电阻R3一端，第五电阻R3另一端连接第一三极管Q3集电极，第一三极管Q3基极连接在第三电阻R1及第四电阻R2之间，第一三极管Q3发射极及第四电阻R2另一端均连接直流电源1021正极，直流电源1021负极接地；

第二三极管Q1基极连接在第六电阻R5及第五电阻R3之间，第二三极管Q1发射极连接第二电阻R6一端，第二三极管Q1集电极连接直流电源1021正极，第二电阻R6另一端连接第一MOS管Q6栅极，第一MOS管Q6源极连接第七电阻R7一端，第七电阻R7另一端接地。

在本发明场效应管驱动装置100的电路结构中，该放电子电路1025为第三三极管Q2，其中：

第三三极管Q2基极连接在第五电阻R3及第六电阻R5之间，第三三极管Q2基极同时连接第二三极管Q1基极，第三三极管Q2发射极同时连接第二三极管Q1发射极以及第二电阻R6一端，第三三极管Q2集电极接地。

基于图4所示的场效应管驱动装置100的具体电路结构，对本发明场效应管驱动装置100的工作原理具体描述如下：

单片机101产生及输出电压幅值(比如，3.3V)低于场效应管200启动电压的第一脉冲信号，也即，该单片机101交替地输出高电平信号及低电平信号。

当该单片机101输出高电平信号时，则第二MOS管Q4栅极为高电平，第二MOS管Q4源极接地，第二MOS管Q4导通，由此使得第一三极管Q3基极通过第三电阻R1及第二MOS管Q4接地，第一三极管Q3基极为低电平，第一三极管Q3发射极接入直流电源1021正极，第一三极管Q3导通，另由于第二MOS管Q4导通，第三MOS管Q5栅极经第二MOS管Q4接地，第三MOS管Q5源极接地，使得第三MOS管Q5被截止，则第一三极管Q3经第五电阻R3向第二三极管Q1基极输出高电平，而第二三极管Q1发射极为低电平，则第二三极管Q1导通，第二三极管Q1经第二电阻R6向第一MOS管Q6栅极输出高电平，第一MOS管Q6源极接地，使得第一MOS管Q6被导通。当第一MOS管Q6进入导通状态时，一方面，直流电源1021通过开关子电路1022向第一MOS管Q6输出12V的直流电压，对第一MOS管Q6进行充电，第一MOS管Q6栅极电容存储电能。与此同时，由于第三三极管Q2发射极为高电平，第三三极管Q2基极为低电平，第三三极管Q2被导通，第一MOS管Q6栅极经第二电阻R6，第三三极管Q2接地，第一MOS管Q6栅极存储的电能能够被快速释放掉，从而避免第一MOS管Q6因自带电荷而始终处于导通状态而脱离单片机101的控制的情况。

反之，当该单片机101输出低电平信号时，第二MOS管Q4栅极为低电平，第二MOS管Q4源极接地，则第二MOS管Q4截止，直流电源1021经第四电阻R2向第一三极管Q3栅极输出高电平信号，以及通过第四电阻R2及第三电阻R1向第三MOS管Q5栅极输出高电平信号，则第一三极管Q3基极为高电平，第一三极管Q3发射极为高电平，则第一三极管Q3截止，又由于第三MOS管Q5栅极为高电平，第三MOS管Q5源极接地，则第三MOS管Q5被导通，并由此使得第二三极管Q1基极接地，而第二三极管Q1发射极为低电平，则第二三极管Q1截止，此时，信号放大电路102无信号输出，由此使得，第一MOS管Q6栅极为低电平，又因第一MOS管Q6源极接地，则第一MOS管Q6被截止。

简言之，该信号放大电路102接收该单片机101输出的第一脉冲信号，并在该第一脉冲信号的高电平周期产生及输出电压幅值高于第一MOS管Q6的启动电压的高电平信号以对第一MOS管Q6进行驱动，使第一MOS管Q6进入导通状态；另由于在该第一脉冲信号的低电平周期，该信号放大电路102与该第一MOS管Q6之间的信号传输通道被截断，故该信号放大电路102在该第一脉冲信号的低电平周期无信号输出，使得第一MOS管Q6被截止。

本发明提供了一种能够通过单片机101对场效应管进行驱动的场效应管驱动装置100，该场效应管驱动装置100能够借助于该单片机101及该信号放大电路102的协同工作，产生及输出电压幅值高于第一MOS管Q6的启动电压的第二脉冲信号，对第一MOS管Q6进行驱动，使第一MOS管Q6正常启动工作并根据该第二脉冲信号被周期性地导通。

实施例二

基于上述场效应管驱动装置100，本发明还对应地提出了一种场效应管驱动方法，如图5所示，该方法包括如下步骤：

S1、通过单片机101产生及输出电压幅值低于场效应管200的启动电压的第一脉冲信号；

S2、通过信号放大电路102接收第一脉冲信号，根据该第一脉冲信号产生及输出占空比与该第一脉冲信号相同，但电压幅值高于场效应管200的启动电压的第二脉冲信号，使该场效应管200在第二脉冲信号的驱动下启动工作。

本发明实施例二提出的场效应管驱动方法与本发明实施例一的场效应管驱动装置100在具体实施及工作原理上基本相同，此处不再赘述。

实施例三

基于上述场效应管驱动装置100及驱动方法，本发明还提出了一种节能效果突出的供电装置10。请参见图6，该供电装置10包括恒压源400、连接在恒压源400及负载500之间的能量存储及转换装置300、以及如实施例一所述的场效应管驱动装置100；其中：

该场效应管200用于在该场效应管驱动装置100发出的第一脉冲信号的驱动下被周期性地导通；

该能量存储及转换装置300用于当该场效应管200被截止时，进入充电状态，并在充电状态下存储对该恒压源400输出的电能；

该能量存储及转换装置300还用于当该场效应管200被导通时，进入放电状态，并在放电状态下转换及输出其存储的电能，以向负载500输出占空比与该第一脉冲信号的占空比相同的方波信号。

进一步地，该场效应管驱动装置100中的该单片机101还用于接收从外部输入的脉宽调节控制指令，产生及输出占空比经调整的第一脉冲信号；

该能量存储及转换装置300还用于根据该占空比经调整的第一脉冲信号对其能量存储及转换操作进行相应调节，使其输出的方波信号的占空比与该占空比经调整的第一脉冲信号的占空比保持相同。

因此，本发明供电装置操作人员可通过调节该单片机101输出的第一脉冲信号的占空比来相应地控制该变压器TX1输出及供于负载500的方波信号的占空比，从而满足不同用户的用电需求。

具体地，在本发明供电装置10的电路结构中，该场效应管200为第一MOS管Q6；

该能量存储及转换装置300优选为变压器TX1；

该恒压源400负极接地，该变压器TX1原边绕组P1连接在该恒压源400正极以及第一MOS管Q6漏极之间，该变压器TX1副边绕组S1连接负载500。

综上所述，本发明提出了一种场效应管驱动装置100及驱动方法。本发明场效应管驱动装置100在现有MOS管驱动电路的基础上作了重大改进，利用价格低廉的单片机101替代价格昂贵的电源控制芯片，并相应地增设电路结构简单，成本低廉的信号放大电路102，同样地实现了对场效应管200的有效驱动，且省去了价格昂贵的电源控制芯片的使用，大大地减少了场效应管驱动装置100的生产成本。

本发明还提出了一种包括上述场效应管驱动装置100的供电装置10。在该供电装置10运行过程中，该能量存储及转换装置300可在该场效应管驱动装置100的控制下，对其能量存储及转换操作作出相应调节，从而向负载500输出具有不同占空比的方波信号，从而满足不同用户的用电需求。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可作出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种场效应管驱动装置(100)，其特征在于，包括：

用于产生及输出电压幅值低于场效应管(200)启动电压的第一脉冲信号的单片机(101)；以及

连接在所述单片机(101)及场效应管(200)之间，用于接收该第一脉冲信号，根据该第一脉冲信号产生占空比与该第一脉冲信号相同，但电压幅值高于场效应管(200)启动电压的第二脉冲信号，并向所述场效应管(200)输出第二脉冲信号，使所述场效应管(200)在该第二脉冲信号的驱动下启动工作的信号放大电路(102)。

2.根据权利要求1所述的场效应管驱动装置(100)，其特征在于，所述信号放大电路(102)包括：

直流电源(1021)，其中，所述直流电源(1021)输出直流电压幅值高于所述场效应管(200)启动电压；以及

与所述直流电源(1021)及所述单片机(101)连接的开关子电路(1022)，其中，所述开关子电路(1022)用于接收该第一脉冲信号，根据该第一脉冲信号被周期性地导通，从而产生及输出占空比与该第一脉冲信号相同，且电压幅值等于所述直流电源(1021)输出直流电压幅值的第二脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的场效应管驱动装置(100)，其特征在于，所述信号放大装置还包括：

连接在所述单片机(101)及所述开关子电路(1022)之间，用于对所述开关子电路(1022)的输入电流进行限流的第一限流子电路(1023)；以及

连接在所述开关子电路(1022)及所述场效应管(200)之间，用于对所述场效应管(200)的输入电流进行限流的第二限流子电路(1024)。

4.根据权利要求3所述的场效应管驱动装置(100)，其特征在于：所述信号放大装置还包括：

与所述开关子电路(1022)及所述场效应管(200)连接，用于当所述场效应管(200)被导通时，使所述场效应管(200)接地以释放所述场效应管(200)栅极电容的储能的放电子电路(1025)。

5.根据权利要求3所述的场效应管驱动装置(100)，其特征在于：所述场效应管(200)为第一MOS管(Q6)，所述第一限流子电路(1023)为第一电阻(R4)，所述第二限流子电路(1024)为第二电阻(R6)，所述开关子电路(1022)包括第二MOS管(Q4)、第三MOS管(Q5)、第一三极管(Q3)、第二三极管(Q1)、串联的第三电阻(R1)及第四电阻(R2)、串联的第五电阻(R3)及第六电阻(R5)、以及第七电阻(R7)；其中：

第一电阻(R4)一端连接单片机(101)输出端，第一电阻(R4)另一端连接第二MOS管(Q4)栅极，第二MOS管(Q4)源极接地，第二MOS管(Q4)漏极同时连接第三MOS管(Q5)栅极以及第三电阻(R1)一端，第三MOS管(Q5)源极接地，第三MOS管(Q5)漏极连接第六电阻(R5)一端，第六电阻(R5)另一端连接第五电阻(R3)一端，第五电阻(R3)另一端连接第一三极管(Q3)集电极，第一三极管(Q3)基极连接在第三电阻(R1)及第四电阻(R2)之间，第一三极管(Q3)发射极及第四电阻(R2)另一端均连接直流电源(1021)正极，直流电源(1021)负极接地；

第二三极管Q1基极连接在第六电阻(R5)及第五电阻(R3)之间，第二三极管(Q1)发射极连接第二电阻(R6)一端，第二三极管(Q1)集电极连接直流电源(1021)正极，第二电阻(R6)另一端连接第一MOS管(Q6)栅极，第一MOS管(Q6)源极连接第七电阻(R7)一端，第七电阻(R7)另一端接地。

6.根据权利要求5所述的场效应管驱动装置(100)，其特征在于：所述放电子电路(1025)为第三三极管(Q2)，其中：

第三三极管(Q2)基极连接在第五电阻(R3)及第六电阻(R5)之间，第三三极管(Q2)基极同时连接第二三极管(Q1)基极，第三三极管(Q2)发射极同时连接第二三极管(Q1)发射极以及第二电阻(R6)一端，第三三极管(Q2)集电极接地。

7.一种场效应管驱动方法，所述场效应管驱动方法基于如权利要求1-6中任一所述的场效应管驱动装置(100)，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

通过单片机(101)产生及输出电压幅值低于场效应管(200)启动电压的第一脉冲信号；

通过信号放大电路(102)接收第一脉冲信号，根据该第一脉冲信号被周期性地导通，从而产生及输出占空比与该第一脉冲信号相同，但电压幅值高于所述场效应管(200)启动电压的第二脉冲信号，使所述场效应管(200)在第二脉冲信号的驱动下启动工作。

8.一种供电装置(10)，包括恒压源(400)、以及连接在恒压源(400)及负载(500)之间的能量存储及转换装置(300)，其特征在于，还包括如权利要求1-6中任一所述的场效应管驱动装置(100)；其中：

所述场效应管(200)用于在所述场效应管驱动装置(100)的驱动下被周期性地导通；

所述能量存储及转换装置(300)用于当所述场效应管(200)被截止时，进入充电状态，并在充电状态下存储所述恒压源(400)输出的电能；

所述能量存储及转换装置(300)还用于当所述场效应管(200)被导通时，进入放电状态，并在放电状态下转换及输出其存储的电能。

9.根据权利要求8所述的供电装置(10)，其特征在于：

所述单片机(101)还用于接收从外部输入的脉宽调节控制指令，产生及输出占空比经调整的第一脉冲信号；

所述能量存储及转换装置(300)还用于根据该占空比经调整的第一脉冲信号对其能量存储及转换操作过程作出相应调节，使其输出的方波信号的占空比与该占空比经调整的第一脉冲信号的占空比保持相同。

10.根据权利要求8所述的供电装置(10)，其特征在于：

所述场效应管(200)为第一MOS管(Q6)；

所述能量存储及转换装置(300)为变压器(TX1)；

所述恒压源(400)负极接地，所述变压器(TX1)原边绕组(P1)连接在所述恒压源(400)正极及所述第一MOS管(Q6)漏极之间，所述变压器(TX1)副边绕组S1连接负载(500)。