CN109687858B - 一种卫星用高电压端pmos驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种卫星用高电压端PMOS驱动电路，包括输入驱动信号匹配和隔离单元、驱动信号增强单元、驱动信号限制和匹配单元、驱动目标单元；输入驱动信号匹配和隔离单元接受信号输入，实现输入信号与PMOS驱动电路的信号匹配和隔离，兼容多种信号输入；驱动信号增强单元实现弱信号高电平增强电压和电流驱动能力，低电平增强倒灌能力，达到快速充放电的效果；驱动信号限制和匹配单元连接驱动信号增强单元和驱动目标单元，实现驱动信号与驱动目标单元的匹配和对其进行保护；驱动目标单元连接主电路的输入和输出，实现主电路供配电控制或电源变换，其中，驱动目标单元采用PMOS管作为驱动主电路工作的开关管。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种卫星用电源系统高电压端PMOS驱动电路，可用于卫星功率调节、直流电源变换电路、供配电等设计。
背景技术
电源系统是卫星的重要组成部分，为满足卫星用电设备的需求，电源系统一般都需要进行电源变换或供配电控制，此时都需要使用NMOS、PMOS等开关元器件作为开关管，由于应用场合不同，对开关管的要求也不同。作为降压升压等电源变换的开关管，要求高频开通和关断；作为供配电控制，则主要要求直流导通和关断可靠。
在电源系统中，由于NMOS能实现更小损耗，降压变换电源一般使用NMOS作为开关管，但NMOS管由于栅极需要比漏极更高电压才能驱动NMOS导通，使用在电路的高电压端作为开关管时，驱动电路复杂，在卫星资源有限的情况下实现困难。而现在卫星电源系统上PMOS作为高电压端配电开关管，一般驱动电路能实现的驱动PMOS开关频率小，难适用于降压变换电源的高频率开关要求。高频率开关应用和直流开关应用往往设计两种不同的驱动电路，驱动电路不能通用。
因此开发一种兼容性高的新型高电压端PMOS驱动电路具有重要意义。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了提供一种卫星用高电压端PMOS驱动电路，使用PMOS作为高电压端开关管，驱动电路能实现输入弱的驱动信号，驱动主电路工作在高电压大电流的PMOS开关管，达到快速开通或关断的功能，使主电路的高功率能源实现变换不同电压输出。本发明具体通过如下技术方案实现：
一种卫星用高电压端PMOS驱动电路，包括输入驱动信号匹配和隔离单元、驱动信号增强单元、驱动信号限制和匹配单元、驱动目标单元；输入驱动信号匹配和隔离单元接受信号输入，实现输入信号与所述PMOS驱动电路的信号匹配和隔离，兼容多种信号输入；驱动信号增强单元连接所述输入驱动信号匹配和隔离单元与驱动信号限制和匹配单元，所述驱动信号增强单元实现弱信号高电平增强电压和电流驱动能力，低电平增强倒灌能力，达到快速充放电的效果；驱动信号限制和匹配单元连接驱动信号增强单元和驱动目标单元，实现驱动信号与驱动目标单元的匹配和对其进行保护；驱动目标单元连接主电路的输入和输出，实现主电路供配电控制或电源变换，其中，所述驱动目标单元采用PMOS管作为驱动主电路工作的开关管。
作为本发明的进一步改进，所述输入驱动信号匹配和隔离单元包括电阻R2、电阻R4、电阻R5和NPN三极管Q4；电阻R4一端接信号输入，R4的另一端接Q4的基极；电阻R2一端连接电源VCC，R2的另一端接Q4的集电极；电阻R5的一端接地，R5的另一端接的基极，Q4的发射极接地。
作为本发明的进一步改进，所述输入信号为芯片IO口输出的弱电平信号，电阻R4的阻值根据输入信号调整，起到限制输入电流效果。
作为本发明的进一步改进，所述NPN三极管Q4用场效应管替代。
作为本发明的进一步改进，所述驱动信号增强单元包括NPN三极管Q2和PNP三极管Q3，Q2的集电极接电源VCC，Q2的发射极接Q3的发射极，Q3的集电极接地，Q2的基极、Q3的基极分别与Q4的集电极连接；高电平信号时Q2导通、Q3截止，电源VCC连接到驱动信号限制和匹配单元，让电源VCC提供更高电压和电流的输出能力；低电平信号时Q2截止、Q3导通，电源VCC与驱动信号限制和匹配单元断开，且驱动信号限制和匹配单元连接到地，驱动信号限制和匹配单元电流经Q3倒灌到地，实现快速放电。
作为本发明的进一步改进，所述驱动信号限制和匹配单元包括电阻R3、电容C1、电阻R1和稳压二极管D1；电阻R3一端连接驱动信号增强单元的输出，电阻R3的另一端接电容C1的一端，用于限制驱动能力，匹配驱动目标单元的需求；电容C1用于隔离直流信号；电阻R1和稳压二极管D1并联，一端连接主电路输入，另一端连接C1的另一端；C1的另一端与所述驱动目标单元的驱动端相连；电阻R1和稳压二极管D1用于限制驱动电流和电压，保护驱动目标单元。
作为本发明的进一步改进，稳压二极管D1使用瞬态抑制二极管替代。
作为本发明的进一步改进，在无直流信号或需要保留直流信号的情况下取消电容C1。
作为本发明的进一步改进，所述驱动目标单元包含PMOS管Q1，PMOS管Q1的栅极连接驱动信号限制和匹配单元，PMOS管Q1的源极连接主电路输入，PMOS管Q1的漏极连接主电路输出。
本发明的有益效果是：本发明电路结构简单，兼容性强，可应用范围广。能应用于降压变换拓扑、升压变换拓扑、供配电控制等具有高电压端PMOS的场合。使用弱信号就能驱动高功率的电源变换电路。
附图说明
图1是本发明的PMOS驱动电路的功能结构框图；
图2是本发明的PMOS驱动电路的一个具体实施电路图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的PMOS驱动电路包括输入驱动信号匹配和隔离单元、驱动信号增强单元、驱动信号限制和匹配单元和驱动目标单元。输入驱动信号匹配和隔离单元接受信号输入，实现输入信号与本发明电路的信号匹配和隔离，兼容多种信号输入；驱动信号增强单元实现弱信号高电平增强电压和电流驱动能力，低电平增强倒灌能力，达到快速充放电的效果；驱动信号限制和匹配单元连接驱动信号增强单元和驱动目标单元，实现驱动信号与驱动目标单元的匹配和对其进行保护；驱动目标单元连接主电路的输入和输出，实现主电路供配电控制或电源变换。
参考图2，输入驱动信号匹配和隔离单元包含电阻R2、电阻R4、电阻R5和NPN三极管Q4。电阻R4一端接信号输入，输入信号产生可以是芯片IO口输出的弱电平信号，电阻R4的阻值根据输入信号调整，起到限制输入电流效果。NPN三极管Q4实现输入驱动信号放大，NPN三极管Q4也可用场效应管等开关型元器件替代。电阻R2一端连接电源VCC，输入驱动信号匹配和隔离单元与后面的驱动信号增强单元使用相同的电源VCC实现两部分电路的电平匹配。同时NPN三极管Q4能起一定隔离作用，减少驱动电路和被驱动目标单元对输入影响。
驱动信号增强单元包含NPN三极管Q2和PNP三极管Q3，NPN三极管Q2的集电极接电源VCC，高电平信号NPN三极管Q2导通，PNP三极管Q3截止，电源VCC连接到驱动信号限制和匹配单元，让电源VCC提供更高电压和电流的输出能力；低电平信号NPN三极管Q2截止，PNP三极管Q3导通，电源VCC与驱动信号限制和匹配单元断开，且驱动信号限制和匹配单元连接到地，驱动信号限制和匹配单元电流经PNP三极管Q3倒灌到地，实现快速放电。驱动信号增强单元使用此种图腾柱推挽技术，极大增加驱动目标单元的开通和关断速度，可适用高要求的脉冲工作场合。
驱动信号限制和匹配单元包含电阻R3、电容C1、电阻R1和稳压二极管D1。电阻R3一端连接驱动信号增强单元，用于限制驱动能力，匹配驱动目标单元的需求。电容C1用于隔离直流信号，此电容在无直流信号或需要保留直流信号的情况可取消。电阻R1和稳压二极管D1并联，一端连接主电路输入，一端连接驱动目标单元的驱动端，用于限制驱动电流和电压，保护驱动目标单元。稳压二极管D1使用瞬态抑制二极管等具有稳压功能的二极管替代。
驱动目标单元包含PMOS管Q1，PMOS管Q1的栅极连接驱动信号限制和匹配单元，PMOS管Q1的源极连接主电路输入，PMOS管Q1的漏极连接主电路输出。
本发明能兼容不同电平信号输入，对直流和高速脉冲信号都能进行有效增强输出。使用本发明的PMOS驱动电路，在降压变换、升压变换等电源变换电路中能有效使用PMOS替代高压断NMOS管作为开关管，实现高可靠、结构简单的电路设计。
在卫星应用中，信号输入可以由星载计算机或电源系统的主控芯片提供，主电路输入可以是太阳电池阵输入，主电路输出可以接母线或能源存储设备。此种连接可实现太阳电池阵的输入能源管理和变换，满足卫星的需求。当然，不仅限于卫星电路领域，此电路也可用于配电开关、直流电源变换等应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种卫星用高电压端PMOS驱动电路，其特征在于：所述PMOS驱动电路包括输入驱动信号匹配和隔离单元、驱动信号增强单元、驱动信号限制和匹配单元、驱动目标单元；输入驱动信号匹配和隔离单元接受信号输入，实现输入信号与所述PMOS驱动电路的信号匹配和隔离，兼容多种信号输入；驱动信号增强单元连接所述输入驱动信号匹配和隔离单元与驱动信号限制和匹配单元，所述驱动信号增强单元实现弱信号高电平增强电压和电流驱动能力，低电平增强倒灌能力，达到快速放电的效果；驱动信号限制和匹配单元连接驱动信号增强单元和驱动目标单元，实现驱动信号与驱动目标单元的匹配和对其进行保护；驱动目标单元连接主电路的输入和输出，实现主电路供配电控制或电源变换，其中，所述驱动目标单元采用PMOS管作为驱动主电路工作的开关管；所述输入驱动信号匹配和隔离单元包括电阻R2、电阻R4、电阻R5和NPN三极管Q4；电阻R4一端接信号输入，R4的另一端接Q4的基极；电阻R2一端连接电源VCC，R2的另一端接Q4的集电极；电阻R5的一端接地，R5的另一端接的基极，Q4的发射极接地；所述驱动信号增强单元包括NPN三极管Q2和PNP三极管Q3，Q2的集电极接电源VCC，Q2的发射极接Q3的发射极，Q3的集电极接地，Q2的基极、Q3的基极分别与Q4的集电极连接；高电平信号时Q2导通、Q3截止，电源VCC连接到驱动信号限制和匹配单元，让电源VCC提供更高电压和电流的输出能力；低电平信号时Q2截止、Q3导通，电源VCC与驱动信号限制和匹配单元断开，且驱动信号限制和匹配单元连接到地，驱动信号限制和匹配单元电流经Q3倒灌到地，实现快速放电，所述驱动目标单元包含PMOS管Q1，PMOS管Q1的栅极连接驱动信号限制和匹配单元，PMOS管Q1的源极连接主电路输入，PMOS管Q1的漏极连接主电路输出；所述驱动信号限制和匹配单元包括电阻R3、电容C1、电阻R1和稳压二极管D1；电阻R3一端连接驱动信号增强单元的输出，电阻R3的另一端接电容C1的一端，用于限制驱动能力，匹配驱动目标单元的需求；电容C1用于隔离直流信号；电阻R1和稳压二极管D1并联，一端连接主电路输入，另一端连接C1的另一端；C1的另一端与所述驱动目标单元的驱动端相连；电阻R1和稳压二极管D1用于限制驱动电流和电压，保护驱动目标单元。
2.根据权利要求1所述的PMOS驱动电路，其特征在于：所述输入信号为芯片IO口输出的弱电平信号。
3.根据权利要求1所述的PMOS驱动电路，其特征在于：所述电阻R4的阻值根据输入信号调整，起到限制输入电流效果。
4.根据权利要求1所述的PMOS驱动电路，其特征在于：所述NPN三极管Q4用场效应管替代。
5.根据权利要求1所述的PMOS驱动电路，其特征在于：所述稳压二极管D1使用瞬态抑制二极管替代。
6.根据权利要求1所述的PMOS驱动电路，其特征在于：在无直流信号或需要保留直流信号的情况下取消电容C1。
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