CN110798199B - Mos管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MOS管驱动电路，该MOS管驱动电路与MOS管连接，该MOS管驱动电路包括：驱动功率电源、电平转换模块及推挽模块；驱动功率电源分别与电平转换模块及推挽模块连接，为电平转换模块提供待转换电压，为推挽模块提供工作电压；电平转换模块对驱动功率电源提供的待转换电压进行转换，并向推挽模块输出门电压；推挽模块接收门电压，并结合驱动功率电源提供的工作电压对MOS管的栅极推挽输出控制电压。本发明的MOS管驱动电路实现了低压电池侧高边应用中对MOS管的开通和关断的控制，避免了使用结构复杂、成本高的隔离型驱动芯片，精简了驱动电路的结构，并降低了驱动电路的成本。

Description

MOS管驱动电路

技术领域

本发明涉及MOS管驱动技术领域，尤其是涉及一种MOS管驱动电路。

背景技术

随着汽车电子的发展，对汽车电子可靠性，安全性要求越来越高，因此通常在低压电池侧要求加入防止低压电池侧内短路的保护电路，这必然会引入功率MOS管作为故障发生时的切断产品与低压电池侧连接的安全开关，如图1所示。传统的开关管设计中通常选用P沟通增强型MOS管，其驱动电源通常使用低压侧电池电压，这种做法的优点是设计简单，成本较低，但是其缺点也比较明显：

1)、P沟通增强型MOS管可供选择的类型较少，在元器件选型时会面临诸多限制；

2)、P沟通增强型MOS管导通电阻相较N沟通增强型MOS管导通电阻较大，会带来较大的热损耗；

3)、驱动电源使用低压电池侧电压，由于电池电压波动范围较大，通常为6V－16V，在低电压时，会导致P沟道增强型MOS管的导通电阻进一步增大，进一步增加热损耗

为了解决上述所列的问题，合理的方案是使用N沟道增强型MOS管，这样可以有效地拓宽元器件选型的范围，同时由于N沟道增强型MOS管的导通电阻相对较低，等效的可以降低系统的热损耗；但是N沟道增强型MOS管放置在高边应用时，其驱动电路的设计会变得相对复杂，传统的方案是使用隔离类型或者自举型的驱动芯片来实现对高边N沟道增强型的MOS管的驱动，这会带来较大的成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MOS管驱动电路，以解决现有的低压电池侧高边应用MOS管驱动电路结构复杂、成本高的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种MOS管驱动电路，与MOS管连接，所述MOS管驱动电路包括：驱动功率电源、电平转换模块及推挽模块；

所述驱动功率电源分别与所述电平转换模块及推挽模块连接，为所述电平转换模块提供待转换电压，为所述推挽模块提供工作电压；

所述电平转换模块对所述待转换电压进行转换，并向所述推挽模块输出门电压；

所述推挽模块接收所述门电压，并结合所述工作电压对所述MOS管的栅极推挽输出控制电压。

可选的，所述驱动功率电源为单独的辅助电源。

可选的，所述电平转换模块包括负反馈恒流源单元及电压输出单元，所述电压输出单元的输入端与所述驱动功率电源连接，所述电压输出单元的输出端与所述推挽模块的输入端连接，所述电压输出单元的控制端与所述负反馈恒流源单元连接，通过所述负反馈恒流源单元的驱动信号调节控制所述电压输出单元中输出端的门电压。

可选的，所述负反馈恒流源单元包括驱动信号电源、第一三极管及第一电阻，所述驱动信号电源施加在所述第一三极管上，所述驱动信号电源的一端与所述第一三极管的控制端连接，所述驱动信号电源的另一端接地；且所述第一三极管的输出端在串联所述第一电阻后与所述驱动信号电源的接地端连接。

可选的，所述负反馈恒流源单元还包括第二电阻，所述第二电阻串联在所述驱动信号电源的非接地端与所述第一三极管的控制端之间。

可选的，所述负反馈恒流源单元还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一三极管的控制端连接，所述第三电阻的另一端与所述驱动信号电源的接地端连接。

可选的，所述电压输出单元包括第二三极管、电容、第四电阻及第五电阻，所述第一三极管的输入端与所述第二三极管的控制端连接；所述驱动功率电源的一端与所述第二三极管的输入端连接，所述驱动功率电源的另一端接地；所述第二三极管的输出端在串联所述第四电阻后与所述驱动功率电源的接地端连接；所述电容的一端与所述驱动信号电源的接地端连接，所述电容的另一端与所述驱动功率电源的接地端连接；所述第五电阻与所述电容并联。

可选的，所述电压输出单元还包括第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第二三极管的输入端连接，所述第六电阻的另一端与所述第二三极管的控制端连接。

可选的，所述推挽模块包括第三三极管及第四三极管，所述第三三极管的控制端及所述第四三极管的控制端同时与所述第二三极管的输出端连接，作为所述推挽模块的输入端；所述第三三极管的输出端与所述第四三极管的输入端连接，作为所述推挽模块的输出端；所述第三三极管的输入端与所述驱动功率电源的非接地端连接，所述第四三极管的输出端与所述驱动功率电源的接地端连接。

可选的，所述推挽模块还包括第七电阻，所述第七电阻串联在所述推挽模块的输出端与所述MOS管的栅极之间，所述MOS管的源极与所述驱动功率电源的接地端连接。

在本发明所提供的MOS管驱动电路中，仅仅简单地通过电平转换模块和推挽模块就实现了MOS管的开通和关断的控制，避免了使用结构复杂的隔离型驱动芯片，有效地精简了驱动电路的结构，并降低了驱动电路的成本。

附图说明

图1为切断产品与低压电池侧连接的安全开关示意图；

图2为本发明的MOS管驱动电路的电路结构示意图；

图3为本发明的MOS管驱动电路在第一个脉冲启动过程的电平转换电路示意图；

图4为本发明的MOS管驱动电路在MOS管开启后的电平转换电路结构示意图；

其中，DCDC-直流/直流电压转换器，D-MOS管的漏极(电流输入端)，G-MOS管的栅极(控制端)，S-MOS管的源极(电流输出端)，1-电平转换模块，11-负反馈恒流源单元，12-电压输出单元，2-推挽模块，C1-电容，GND1-驱动信号电源的接地端，GND2-驱动功率电源的接地端，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，R7-第七电阻，T1-第一三极管，T2-第二三极管，T3-第三三极管，T4-第四三极管，Vcc-驱动功率电源，Vdd-驱动信号电源。

具体实施方式

如在前述背景技术中所提及的，在实际生产生活中多使用N沟道增强型的MOS管作为低压电池侧高边应用的短路保护开关，但是N沟道增强型的MOS管放置在高边应用时，其驱动电路的设计会变得相对复杂，传统的方案是使用隔离类型或者自举型的驱动芯片来实现对高边N沟道增强型的MOS管的驱动,这无疑会增加成本。基于此，本发明提出一种较为简单的适用于N沟道增强型MOS管高边应用的驱动电路方案。

如图2所示，并结合图1，本发明提供了一种MOS管驱动电路，与MOS管连接，所述MOS管驱动电路包括：驱动功率电源Vcc、电平转换模块1及推挽模块2；

驱动功率电源Vcc分别与电平转换模块1及推挽模块2连接，驱动功率电源Vcc为电平转换模块1提供待转换电压，驱动功率电源Vcc为推挽模块2提供工作电压；

电平转换模块1对驱动功率电源Vcc提供的待转换电压进行转换，并向推挽模块2输出门电压；

推挽模块2接收所述门电压，并结合驱动功率电源Vcc提供的工作电压对所述MOS管的栅极G推挽输出控制电压。

本发明通过简单的电平转换模块和推挽模块就实现了图1应用中对高边N沟道增强型MOS管的开通和关断的控制，避免了使用隔离型驱动芯片，有效地精简了驱动电路的结构，并降低了驱动电路的成本。

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图2所示，本发明提供了一种MOS管驱动电路，与MOS管连接，所述MOS管驱动电路包括：驱动功率电源Vcc、电平转换模块1及推挽模块2；

驱动功率电源Vcc分别与电平转换模块1及推挽模块2连接，驱动功率电源Vcc为电平转换模块1提供待转换电压，驱动功率电源Vcc为推挽模块2提供工作电压；

电平转换模块1对驱动功率电源Vcc提供的待转换电压进行转换，并向推挽模块2输出门电压；

推挽模块2接收所述门电压，并结合驱动功率电源Vcc提供的工作电压对所述MOS管的栅极G推挽输出控制电压。

其中，驱动功率电源Vcc由单独的辅助电源所产生，具有电压稳定的特性，能提供稳定的电压VCC，用来作为MOS管开通和关断的驱动功率电源。

具体的，如图2所示，电平转换模块1包括负反馈恒流源单元11及电压输出单元12，电压输出单元12的输入端与驱动功率电源Vcc连接，电压输出单元12的输出端与推挽模块2的输入端连接，电压输出单元12的控制端与负反馈恒流源单元11连接，通过负反馈恒流源单元11的驱动信号控制调节电压输出单元12中输出端的门电压。

进一步的，如图2所示，负反馈恒流源单元11包括驱动信号电源Vdd、第一三极管T1及第一电阻R1，驱动信号电源Vdd施加在第一三极管T1上，其一端与第一三极管T1的控制端连接，驱动信号电源Vdd的另一端接地(GND1)；第一三极管T1的输出端在串联有第一电阻R1之后与驱动信号电源Vdd的接地(GND1)端连接，由于第一电阻R1的存在，形成了一个负反馈电路，从而第一三极管T1只能工作在线性区，并同时形成了一个近似恒流源电路，此恒流电源流经第一电阻R1，此电流可用公式表示为：

IR1＝IBET1+ICET1

其中，IR1为流经第一电阻R1的电流，IBET1为流过第一三极管T1的BE结电流，ICET1为流经第一三极管T1的CE结电流。

由于第一三极管T1工作在线性放大区，因此流过第一三极管T1的BE结电流近似为0mA，这意味着流过第一电阻R1的恒流源基本全部流经第一三极管T1的CE结。

可选的，负反馈恒流源单元11还包括第二电阻R2，第二电阻R2串联在驱动信号电源Vdd的非接地端与第一三极管T1的控制端之间。

可选的，负反馈恒流源单元11还包括第三电阻R3，第三电阻R3的一端与第一三极管T1的控制端连接，第三电阻R3的另一端与驱动信号电源Vdd的接地(GND1)端连接。

进一步的，电压输出单元12包括第二三极管T2、电容C1、第四电阻R4及第五电阻R5，如图2所示，第一三极管T1的输入端与第二三极管T2的控制端连接；驱动功率电源Vcc的一端与第二三极管T2的输入端连接，驱动功率电源Vcc的另一端接地(GND2)；第二三极管T2的输出端在串联有第四电阻R4之后与驱动功率电源Vcc的接地(GND2)端连接；电容C1的一端与驱动信号电源Vdd的接地(GND1)端连接，电容C1的另一端与驱动功率电源Vcc的接地(GND2)端连接；同时，第五电阻R5与电容C1并联。

可选的，电压输出单元12还包括第六电阻R6，第六电阻R6的一端与第二三极管T2的输入端连接，第六电阻R6的另一端与第二三极管T2的控制端连接。

由上述分析可知，第二三极管T2的输入端的即为电压输出单元12的输入端，第二三极管T2的输出端即为电压输出单元12的输出端，第二三极管T2的控制端即为电压输出单元12的控制端。

进一步的，推挽模块2包括第三三极管T3及第四三极管T4，如图2所示，第三三极管T3的控制端及第四三极管T4的控制端同时与第二三极管T2的输出端连接，作为推挽模块2的输入端，并与所述MOS管的栅极G连接；第三三极管T3的输出端与第四三极管T4的输入端连接，作为推挽模块2的输出端；第三三极管T3的输入端与驱动功率电源Vcc的非接地端连接，第四三极管T4的输出端与驱动功率电源Vcc的接地(GND2)端连接。

可选的，推挽模块2还包括第七电阻R7，第七电阻R7串联在推挽模块2的输出端与所述MOS管的栅极G之间；同时，如图2所示，所述MOS管的源极S与驱动功率电源Vcc的接地端(GND2)连接。

整个MOS驱动电路的工作原理如下：

当驱动信号电源Vdd的第一个脉冲触发时，启动所述MOS管开通，在电平转换模块1中，虽然驱动信号电源Vdd的参考地GND1与驱动功率电源Vcc的参考地GND2不是同一个电压参考点，但是由于电容C1及其旁路电阻第五电阻R5的存在，在驱动信号电源Vdd的第一个脉冲触发时刻，恒流源IR1会流经如图3中虚线所示的路径，这意味着恒流源IR1的存在，让第二三极管T2开通，通过合理选择第四电阻R4使第二三极管T2工作在深度饱和区：在驱动信号电源Vdd的电平为高时，第四电阻R4上的电压近似为驱动功率电源Vcc的电源电压VCC；在驱动信号电源Vdd的电平为低(GND1)时，第四电阻R4上的电压近似为GND2的电压。

可见，电平转换模块1可以将驱动功率电源Vcc提供的待转换电压VCC在第四电阻R4上进行转换，通过调节驱动信号电源Vdd的驱动信号(电平)的大小，使得第四电阻R4上的电压Vr6(即门电压)在VCC和GND2之间来回转换，后极的推挽模块2接收门电压Vr6，并结合驱动功率电源Vcc提供的工作电压对所述MOS管的控制端G推挽输出控制电压，即可实现驱动信号电源Vdd的驱动信号对所述MOS管开通和关断的控制。

在所述MOS管开通之后，电平转换模块1需要能够持续工作，以维持所述MOS管的开通状态，其工作原理如下：参考图4，并结合图1，由于所述MOS管一旦开通，驱动信号电源Vdd的参考地GND1和驱动功率电源Vcc的参考地GND2之间的电压即为低压侧电池电压Vbat，此时，恒流源IR1流经的路径如图4中虚线所示，这意味着恒流源IR1的存在，让第二三极管T2开通，并且通过合理选择第四电阻R4使第二三极管T2工作在深度饱和区。

因此，本发明提供的MOS驱动电路通过电平转换模块1和推挽模块2就能稳定实现如图1中所示的低压电池侧高边应用中的N沟道增强型MOS管的开通和关断的控制。

综上所述，在本发明实施例所提供的MOS驱动电路中，通过简单的电平转换模块和推挽模块就实现了低压电池侧高边应用中对MOS管的开通和关断的控制，避免了使用结构复杂、成本高的隔离型驱动芯片，有效地精简了驱动电路的结构，并降低了驱动电路的成本。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种MOS管驱动电路，与MOS管连接，所述MOS管为NMOS管，其特征在于，所述MOS管驱动电路包括：驱动功率电源、电平转换模块及推挽模块；

所述驱动功率电源分别与所述电平转换模块及推挽模块连接，为所述电平转换模块提供待转换电压，同时为所述推挽模块提供工作电压；

所述电平转换模块对所述待转换电压进行转换，并向所述推挽模块输出门电压；

所述推挽模块接收所述门电压，并结合所述工作电压对所述MOS管的栅极推挽输出控制电压；

其中，所述电平转换模块包括负反馈恒流源单元及电压输出单元，所述负反馈恒流源单元包括驱动信号电源、第一三极管及第一电阻，所述驱动信号电源施加在所述第一三极管上，所述驱动信号电源的一端与所述第一三极管的控制端连接，所述驱动信号电源的另一端接地；且所述第一三极管的输出端在串联所述第一电阻后与所述驱动信号电源的接地端连接；所述电压输出单元包括第二三极管、电容、第四电阻及第五电阻，所述第一三极管的输入端与所述第二三极管的控制端连接；所述驱动功率电源的一端与所述第二三极管的输入端连接，所述驱动功率电源的另一端接地；所述第二三极管的输出端在串联所述第四电阻后与所述驱动功率电源的接地端连接；所述电容的一端与所述驱动信号电源的接地端连接，所述电容的另一端与所述驱动功率电源的接地端连接；所述第五电阻与所述电容并联；

所述推挽模块包括第三三极管及第四三极管，所述第三三极管的控制端及所述第四三极管的控制端同时与所述第二三极管的输出端连接，作为所述推挽模块的输入端；所述第三三极管的输出端与所述第四三极管的输入端连接，作为所述推挽模块的输出端；所述第三三极管的输入端与所述驱动功率电源的非接地端连接，所述第四三极管的输出端与所述驱动功率电源的接地端连接。

2.如权利要求1所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述驱动功率电源为单独的辅助电源。

3.如权利要求1所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述负反馈恒流源单元还包括第二电阻，所述第二电阻串联在所述驱动信号电源的非接地端与所述第一三极管的控制端之间。

4.如权利要求1所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述负反馈恒流源单元还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一三极管的控制端连接，所述第三电阻的另一端与所述驱动信号电源的接地端连接。

5.如权利要求1所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述电压输出单元还包括第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第二三极管的输入端连接，所述第六电阻的另一端与所述第二三极管的控制端连接。

6.如权利要求1所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述推挽模块还包括第七电阻，所述第七电阻串联在所述推挽模块的输出端与所述MOS管的栅极之间，所述MOS管的源极与所述驱动功率电源的接地端连接。