CN110011650A - 应用于马达驱动的pmos管开关电路 - Google Patents

应用于马达驱动的pmos管开关电路 Download PDF

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CN110011650A
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杨润明
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Abstract

本发明公开了一种应用于马达驱动的PMOS管开关电路，包括电阻R1、R2、R3、稳压二极管Z1、三极管T1、T2、T3；电阻R1、稳压二极管Z1和三极管T1的集电极连接VDD，电阻R1和稳压二极管Z1连接三极管T1的基极，电阻R1的另一端还连接电阻R2，电阻R2的另一端连接三极管T2的集电极，三极管T2的基极经电阻R3接PWM信号，三极管T2的发射极和T3的集电极接地，三极管T3的基极连接三极管T1的基极，三极管T3的发射极和三极管T1的发射极连接，输出Gate‑PMOS信号。本发明能使PMOS管快速开启和关断，减少PMOS因极间电容引起的开关延期时间，消除MOS管开关时产生的米勒效应。

Description

应用于马达驱动的PMOS管开关电路
技术领域
本发明涉及一种应用于马达驱动的PMOS管开关电路。
背景技术
如图1所示，现在市场上的马达驱动电路，PMOS管直接使用电阻分压的模式来控制PMOS管的开关。如图2所示，MOS管的三个极(漏极-D，栅极-G，源极-S)之间都存在极间电容效应，此为MOS管的等效电路模型图，MOS管 GS极之间的信号变化时，因极间电容效应，导致信号缓慢延迟。PMOS管的特性曲线如附图3所示，MOS管工作时存在三个工作区域，分别是：夹断区，可变电阻区，恒流区。当VGS信号变化时，MOS管的工作状态从夹断区→可变电阻区→恒流区，或者是恒流区→可变电阻区→夹断区。VGS信号延迟时间越长，工作在可变电阻区的时间就越久，当MOS管工作在可变电阻区时，MOS管的自身功耗非常大。
图1中，2个分压电阻的阻值越大，PMOS管的G极信号延迟越长；2个分压电阻阻值越小，2个分压电阻自身消耗功率越大，非常容易损坏分压电阻。
VDD电压变化，则VGS高电平电压发生变化，马达中线圈自感电压比较高时，容易因VGS过高造成PMOS管损坏。
当MOS在开关时普遍会遇到的一个问题即寄生米勒电容开通期间的米勒平台。米勒效应在MOS管驱动的应用中影响是很明显的。栅极G与漏极D之间的耦合，在MOS管开关期间会产生一个很高的瞬态dv/dt，这样会引发Vgs电压升高而导通，这是一个潜在的风险。
发明内容
为了解决上述技术缺陷，本发明提出一种应用于马达驱动的PMOS管开关电路。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种应用于马达驱动的PMOS管开关电路，包括电阻R1、R2、R3、稳压二极管Z1、三极管T1、T2、T3；所述电阻R1、稳压二极管Z1和三极管T1的集电极连接VDD，电阻R1和稳压二极管Z1连接三极管T1的基极，所述电阻 R1的另一端还连接电阻R2，所述电阻R2的另一端连接三极管T2的集电极，三极管T2的基极经电阻R3接PWM信号，三极管T2的发射极和T3的集电极接地，三极管T3的基极连接三极管T1的基极，三极管T3的发射极和三极管 T1的发射极连接，输出Gate-PMOS信号。
优选的，当PWM信号为高电平时，三极管T2导通，三极管T3迅速开启，对PMOS的Cgs放电，并把PMOS管的VGS钳制在VGS＝VDD*R1/(R1+R2)并小于等于VZ1，PMOS管导通。
优选的，当PWM信号为低电平时，三极管T2截止，三极管T1对PMOS 管极间电容Cgs充电，PMOS管关断。
优选的，PMOS管的VGS小于等于VZ1。
本发明的有益效果在于：
1、三极管T2、T3对PMOS管充放电，实现PMOS管快速开启和关断；
2、由电阻R1与三极管T2组成的电路对PMOS的G极电压在PMOS关断时进行钳制，实现了消除米勒效应；
3、Z1为稳压管，三极管T2的Vcb电压不会超过Z1的稳压值，那么不管 VDD怎么变化，PMOS管的VGS最大不会超过Z1的稳压值，消除了MOS管的米勒效应造成的不良影响。
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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为现有技术中PMOS管开关电路的电路图；
图2为PMOS管的等效电路模型图；
图3为PMOS管的特性曲线图；
图4为本发明一种应用于马达驱动的PMOS管开关电路的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
如图4所示，本发明提出了一种应用于马达驱动的PMOS管开关电路，能使PMOS管快速开启和关断，减少PMOS因极间电容引起的开关延期时间，消除MOS管开关时产生的米勒效应，包括电阻R1、R2、R3、稳压二极管Z1、三极管T1、T2、T3；电阻R1、稳压二极管Z1和三极管T1的集电极连接VDD，电阻R1和稳压二极管Z1连接三极管T1的基极，电阻R1的另一端还连接电阻R2，电阻R2的另一端连接三极管T2的集电极，三极管T2的基极经电阻R3接 PWM信号，三极管T2的发射极和T3的集电极接地，三极管T3的基极连接三极管T1的基极，三极管T3的发射极和三极管T1的发射极连接，输出Gate-PMOS 信号。
当PWM信号为高电平时，三极管T2导通，三极管T3迅速开启，对PMOS 的Cgs以大电流快速放电，减少放电时间，并把PMOS管的VGS钳制在 VGS＝VDD*R1/(R1+R2)并小于等于VZ1，PMOS管导通。而常规驱动电路对 PMOS的Cgs的放电时间由附图1中的R5与PMOS的Cgs的大小决定，电容放电时间计算公式：Vt＝V0-(V0-Vu)*[1-exp(-t/RC)]。由计算公式可以看出，R5和Cgs越大，放电时间越长。公式中各符号的说明如下：V0为电容上的初始电压值；
Vu为电容充满终止电压值；
Vt为任意时刻t，电容上的电压值。
exp()表示以e为底的指数；
R为R5的阻值；
C为PMOS的Cgs值。
当PWM信号为低电平时，三极管T2截止，三极管T1对PMOS管极间电容Cgs充电，PMOS管关断。而常规驱动电路对PMOS的Cgs的充电时间由附图2中的R4与PMOS的Cgs的大小决定，电容充电时间计算公式： Vt＝V0+(Vu-V0)*[1-exp(-t/RC)]。由计算公式可以看出，R4和Cgs 越大，充电时间越长。
该公式中各符号的说明如下：
V0为电容上的初始电压值；
Vu为电容充满终止电压值；
Vt为任意时刻t，电容上的电压值。
exp()表示以e为底的指数；
R为R4的阻值；
C为PMOS的Cgs值。
当PMOS管关断时，同侧NMOS管开启，由于米勒效应，PMOS管的VGS 会变化，极易引起PMOS管导通，在本方案中，当PWM信号为低电平时，T2 截止，T1的基极电压始终等于VDD，直接把PMOS的G极电压钳制在VDD-Vbe，完全消除了MOS管的米勒效应造成的不良影响。
本发明的有益效果在于：
1.PMOS管开启时，本方案以三极管T3对PMOS管的Cgs快速放电，实现了快速开启目的。PMOS管关断时，本方案以三极管T2对PMOS管的Cgs快速充电，实现了快速关断目的。本方案缩短了PMOS管的导通和截止的延迟时间，缩短了PMOS管工作在可变电阻区的时间，减小PMOS管的开关损耗功率。
2.由电阻R1与电阻T2组成的电路对PMOS的G极电压在PMOS关断时进行钳制，实现了消除米勒效应。
3.由于电阻R1、R2，稳压二极管Z1、三极管T1通过的电流非常小，三极管T2、T3只有对电容瞬间充电和放电时电流大，其余时间流通电流也非常小，所以对元件封装不像常规电路要求严格。
4.本发明中，Z1为稳压管，三极管T2的Vcb电压不会超过Z1的稳压值，那么不管VDD怎么变化，PMOS的VGS最大不会超过Z1的稳压值。消除了 VDD电压波动造成VGS超出PMOS的极间电压承受范围而导致PMOS损坏的隐患。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种应用于马达驱动的PMOS管开关电路，其特征在于：包括电阻R1、R2、R3、稳压二极管Z1、三极管T1、T2、T3；所述电阻R1、稳压二极管Z1和三极管T1的集电极连接VDD，电阻R1和稳压二极管Z1连接三极管T1的基极，所述电阻R1的另一端还连接电阻R2，所述电阻R2的另一端连接三极管T2的集电极，三极管T2的基极经电阻R3接PWM信号，三极管T2的发射极和T3的集电极接地，三极管T3的基极连接三极管T1的基极，三极管T3的发射极和三极管T1的发射极连接，输出Gate-PMOS信号。
2.根据权利要求1所述的应用于马达驱动的PMOS管开关电路，其特征在于：当PWM信号为高电平时，三极管T2导通，三极管T3迅速开启，对PMOS的Cgs放电，并把PMOS管的VGS钳制在VGS＝VDD*R1/(R1+R2)并小于等于VZ1，PMOS管导通。
3.根据权利要求1或2所述的应用于马达驱动的PMOS管开关电路，其特征在于：当PWM信号为低电平时，三极管T2截止，三极管T1对PMOS管极间电容Cgs充电，PMOS管关断。
4.根据权利要求3所述的应用于马达驱动的PMOS管开关电路，其特征在于：PMOS管的VGS小于等于VZ1。
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