CN109361382B - 一种场效应管驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种场效应管驱动电路，包括由三极管Q1和三极管Q2组成的图腾柱结构，电阻R1和电阻R2；PWM发生器通过电阻R1连接到图腾柱结构的输入端，图腾柱结构的输出端连接到场效应管Q3的栅极，场效应管Q3的源极接地，漏极通过变压器T1接母线电压VBUS，图腾柱结构上连接有外加电压信号VIN,其特征在于，还包括第一分压电路、第二分压电路、过压保护电路和光电耦合管P1；该场效应管驱动电路具有以下优势：第一，没有采用成本较高的电压采样芯片以及MCU和DSP控制芯片进行栅极驱动保护。第二，不依赖程序检测，不依赖大量三极管所需的繁琐控制，降低保护失效的风险。第三，电路简单实用，通用性较强并兼顾了过压和欠压的双重保护。

Description

一种场效应管驱动电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种场效应管驱动电路。
背景技术
目前，最常用的过压、欠压保护技术主要采用以下几种思路。一是采用运算放大器或者比较器作为控制环节的中心，将监测点电压与TL431基准电压进行比较，从而实现对监测点电压的检测及控制。广州金升阳科技有限公司在2015年申请了发明专利《过、欠压保护控制电路》就是利用两只运算放大器分别对采样点的过压和欠压进行采样检测，依据输入信号的高低与基准信号对比，从而输出相应的逻辑电平控制后级的保护三极管的通断，实现对目标点信号的保护。2018年洛阳隆盛科技有限公司申请发明专利《一种带滞回的过欠压保护电路》是采用运算速度相对更快的比较器作为保护电路的控制中心。二是采用DSP、MCU作为控制中心，通过设计出可靠的逻辑控制程序，实现对采样点信号的采集、比较以及控制和保护。2014年北京动力源科技股份有限公司申请发明专利《一种驱动保护电路》，它是以一款DSP为核心，控制驱动控制电路。驱动控制电路检测驱动电路信号的短路与过压。当发生故障时，控制驱动电路及时动作快速断开驱动电路达到驱动保护功能。三是采用大量的NPN或者PNP相结合，通过高低电平对每一只三极管基极或者集电极和发射极进行控制达到对目标点电压的检测和控制。
对于以上方法，其弊病在于，其一，针对使用运算放大器及比较器的设计，设计相对复杂，成本较高，而且利用PCB布局空间较大。其二，CPU控制相对纯电路控制，不仅成本高而且需要人为设计逻辑程序，同时引入过多的元器件，增加故障点，减低了保护电路的可靠性。其三，大量使用三极管使得原理更加复杂，控制更加繁琐，可靠性也较低。
如图1为常用的N沟道MOSFET管驱动电路。Q1、Q2组成图腾柱结构，加强前后级隔离。PWM发生器发出PWM原始脉冲信号波形，经过电阻R1驱动图腾柱。由PWM的高低电平驱动Q1与Q2的分别导通，从而发出一串幅值为VIN的PWM驱动信号驱动MOSFET管的栅极。当VIN过高或者过低时，PWM驱动信号的幅值相应变化，从而影响MOSFET管的导通性能。当超过MOSFET管栅极允许的极限电压范围时，则造成MOSFET管损坏，对电路造成工作不正常。
发明内容
本发明的目的是提供一种驱动保护电路场效应管驱动电路。
为此，本发明技术方案如下：
一种场效应管驱动电路，包括由三极管Q1和三极管Q2组成的图腾柱结构，电阻R1和电阻R2；PWM发生器通过电阻R1连接到图腾柱结构的输入端，图腾柱结构的输出端连接到场效应管Q3的栅极，场效应管Q3的源极接地，漏极通过变压器T1接母线电压VBUS，图腾柱结构上连接有外加电压信号VIN,其特征在于，还包括第一分压电路、第二分压电路、过压保护电路和光电耦合管P1；
第一分压电路设置在外加电压信号VIN与GND之间，包括依次串联在一起的二极管D1、电阻R6和电阻R7；二极管D1的正极接外加电压信号VIN，负极接电阻R6，电阻R6和电阻R7之间的线路上形成有分压点A；
第二分压电路设置在母线电压VBUS与GND之间，包括依次串联在一起的电阻R3、电阻R4和电阻R5，电阻R3的一端接母线电压VBUS，另一端接电阻R4，电阻R4和电阻R5之间的线路上形成有分压点B；
过压保护电路包括稳压管ZD1、稳压管ZD2、稳压管ZD3和三极管Q4，三极管Q4的基极依次通过稳压管ZD3、稳压管ZD2和稳压管ZD1连接到电阻R6和电阻R7之间的线路上，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极接场效应管Q3的栅极；
光电耦合管P1包括发光二极管和光敏三极管；发光二极管的阳极连接到分压点B，发光二极管的阴极连接到分压点A，光敏三极管的集电极接PWM原始脉冲信号，光敏三极管的发射极接GND。
进一步的，所述的电阻R7的两端并联有电容C1。
进一步的，所述的电阻R5的两端并联有稳压管ZD4，稳压管ZD4的正极接地。
与现有技术相比，该场效应管驱动电路具有以下优势：第一，没有采用成本较高的电压采样芯片以及MCU和DSP控制芯片进行栅极驱动保护。第二，不依赖程序检测，不依赖大量三极管所需的繁琐控制，降低保护失效的风险。第三，电路简单实用，通用性较强并兼顾了过压和欠压的双重保护。
附图说明
图1为目前常用的场效应管驱动电路的电路图。
图2为本发明提供的场效应管驱动电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
一种场效应管驱动电路，如图2所示，包括由三极管Q1和三极管Q2组成的图腾柱结构，电阻R1和电阻R2；PWM发生器通过电阻R1连接到图腾柱结构的输入端，图腾柱结构的输出端连接到场效应管Q3的栅极，场效应管Q3的源极接地，漏极通过变压器T1接母线电压VBUS，图腾柱结构上连接有外加电压信号VIN，其特征在于，还包括第一分压电路、第二分压电路、过压保护电路和光电耦合管P1；
第一分压电路设置在外加电压信号VIN与GND之间，包括依次串联在一起的二极管D1、电阻R6和电阻R7；二极管D1的正极接外加电压信号VIN，负极接电阻R6，电阻R6和电阻R7之间的线路上形成有分压点A；
第二分压电路设置在母线电压VBUS与GND之间，包括依次串联在一起的电阻R3、电阻R4和电阻R5，电阻R3的一端接母线电压VBUS，另一端接电阻R4，电阻R4和电阻R5之间的线路上形成有分压点B；
过压保护电路包括稳压管ZD1、稳压管ZD2、稳压管ZD3和三极管Q4，三极管Q4的基极依次通过稳压管ZD3、稳压管ZD2和稳压管ZD1连接到电阻R6和电阻R7之间的线路上，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极接场效应管Q3的栅极；
光电耦合管P1包括发光二极管和光敏三极管；发光二极管的阳极连接到分压点B，发光二极管的阴极连接到分压点A，光敏三极管的集电极接PWM原始脉冲信号，光敏三极管的发射极接GND。
所述的电阻R7的两端并联有电容C1。
所述的电阻R5的两端并联有稳压管ZD4，稳压管ZD4的正极接地。
所述电阻R5的阻值大小为1KΩ，所述电阻R6的阻值大小为2KΩ。
本发明提供的场效应管驱动电路的工作原理如下：
当VIN电压过高，分压点A的电压同时升高，当A点电压超过0.7v时，三极管Q4导通；此时，场效应管Q3栅极的驱动电流迅速被拉低，实现了对场效应管Q3的栅极过压保护；由电阻R3、电阻R4和电阻R5组成的另一组分压电路与母线电压VBUS相连接，同时与线性光耦中发光二极管的阴极相连接。令分压点B的电压UB与分压点A的电压UA相等，同时在电阻R5处并联一只稳压管ZD4；当分压点A的电压降低到门限值时，线性光电耦合管P1内部发光二极管导通，NPN型光敏三极管P1导通，此时，场效应管Q3栅极的驱动电流迅速被拉低，实现了对场效应管Q3的栅极欠压保护，受限于VIN电压的大小及稳压电路中稳压管的规格以及电路能效要求，可以根据实际需要决定串联稳压管的数量。
按照规格书中场效应管(MOSFET管)的栅极最低导通阈值电压及最高耐电压值来调整稳压管ZD1、稳压管ZD2、稳压管ZD3和稳压管ZD4的稳压值，也可以根据实际需求调整稳压管的稳压值。通过调整分压点A的电压确定是否将2/3倍驱动脉冲峰值电压调整为1/2倍、3/5倍或者其他，可以增加保护精度，扩大或缩小保护范围。

Claims (1)

1.一种场效应管驱动电路，包括由三极管Q1和三极管Q2组成的图腾柱结构，电阻R1和电阻R2；PWM发生器通过电阻R1连接到图腾柱结构的输入端，图腾柱结构的输出端连接到场效应管Q3的栅极，场效应管Q3的源极接地，漏极通过变压器T1接母线电压VBUS，图腾柱结构上连接有外加电压信号VIN，其特征在于，还包括第一分压电路、第二分压电路、过压保护电路和光电耦合管P1；
第一分压电路设置在外加电压信号VIN与GND之间，包括依次串联在一起的二极管D1、电阻R6和电阻R7；二极管D1的正极接外加电压信号VIN，负极接电阻R6，电阻R6和电阻R7之间的线路上形成有分压点A；
第二分压电路设置在母线电压VBUS与GND之间，包括依次串联在一起的电阻R3、电阻R4和电阻R5，电阻R3的一端接母线电压VBUS，另一端接电阻R4，电阻R4和电阻R5之间的线路上形成有分压点B；
过压保护电路包括稳压管ZD1、稳压管ZD2、稳压管ZD3和三极管Q4，三极管Q4的基极依次通过稳压管ZD3、稳压管ZD2和稳压管ZD1连接到电阻R6和电阻R7之间的线路上，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极接场效应管Q3的栅极；
光电耦合管P1包括发光二极管和光敏三极管；发光二极管的阳极连接到分压点B，发光二极管的阴极连接到分压点A，光敏三极管的集电极接PWM原始脉冲信号，光敏三极管的发射极接GND；
所述的电阻R7的两端并联有电容C1；
所述的电阻R5的两端并联有稳压管ZD4，稳压管ZD4的正极接地；
所述电阻R5的阻值大小为1KΩ，所述电阻R6的阻值大小为2KΩ。
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