CN110958001A - 一种场效应功率管开通电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种场效应功率管开通电路。该电路在现有的场效应功率管驱动电路中增设辅助驱动通道。在场效应功率管开通过程中的特定阶段，开通所述辅助驱动通道进行换流，以加快门极电压的上升速度，进而加快场效应功率管的开通，同时避免场效应功率管开通过程中提高等效漏感上激发的感生电压。通过本发明提供的场效应功率管开通电路，可以在不影响电路本身的电磁兼容特性的前提下，加快场效应功率管的开通，降低场效应功率管开通过程中产生的功耗。

Description

一种场效应功率管开通电路
技术领域
本发明提供一种改进的场效应功率管开通电路，具体涉及场效应功率管的驱动电路领域。通过本发明提供的技术方案可以在实现加快场效应功率管的开通的同时，避免提高在场效应功率管等效漏感上激发的感生电压，降低场效应功率管开通过程中产生的功耗。
背景技术
现有的MOS功率管开通电路如图1所示，其中、U1为驱动电压，R1为驱动电阻， Cgs为MOS功率管S1的门极电容(栅极与源极之间的等效电容)，Lk为线路中的等效漏感。对应的MOS功率管的开通过程如图2所示，分为t0-t1、t1-t2、t2-t3、 t3-t4四个阶段。其中、t0-t1阶段MOS功率管的门极电压小于MOS功率管导通的临界电压Vth，MOS功率管S1尚未开始导通，此时不产生功率损耗。t1-t2这个阶段 MOS功率管的门极电压处于Vth与米勒平台电压值之间，此时流经MOS功率管S1的电流呈类指数曲线增长，从而在功率管S1漏极的等效电感上激发出漏极感生电压，将影响电路的电磁兼容特性，限制电路的应用范围。在t2-t3这个阶段MOS 功率管的门极电压等于米勒平台电压值，此时流经功率管S1的电流处于稳定状态，不会激发漏极感生电压；此时、门极电容Cgs(MOS管的栅极与源极之间的等效电容)不再充电，充电电流转而流向MOS管的栅极与漏极之间的等效电容Cgd，直到Cgd上的电压为漏极偏置电压Vin后进入到t3-t4阶段。在t2-t3这个阶段流经 S1的电流与S1两端电压互相交叠而产生功耗。在t3-t4阶段门极电容Cgs再次被充电，门极电压继续升高直到MOS功率管S1完全开通。整个开通阶段耗时为t4-t0，时长为微秒级。综合图1、图2可知，Cgs的电压升高到预定电压值(此时功率管 S1对应的电压值为0)的快慢决定了MOS功率管的开通速度。
现有技术的缺点在于通过调整R1的阻值，加快了功率器件开通的整个过程 (t0-t4)。在功率器件开通的起始阶段(t1-t2)，流经S1的电流i是变化的，根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
过快的开通速度会在漏感Lk上激发出感生电压，感生电压会影响电路的电磁兼容特性，限制电路的应用范围。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺点，本发明提供一种场效应(MOS)功率管开通电路，该电路能够加快场效应功率管的开通、降低场效应功率管开通过程中产生的功耗，同时避免提高在场效应功率管等效漏感上激发的感生电压。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种场效应(MOS)功率管开通电路，所述电路包括：MOS功率管、驱动电阻以及辅助开通电路；其中、所述MOS功率管的漏极和源极处于相应的偏置状态使所述MOS功率管能够处于完全开通状态；所述驱动电阻的一端连接MOS功率管的栅极，另一端连接驱动电压；所述辅助开通电路并联在驱动电阻的两端，并在驱动电压上升到该MOS功率管门极电压变化阶段的米勒平台电压值时导通，导通后的辅助开通电路的阻抗小于所述驱动电阻的阻值，使得驱动电流换流至所述辅助开通电路，实现增大驱动电流，加快了门极电压上升的速度，进而加快了MOS功率管的完全开通。
由图1、图2可知，MOS功率管开通阶段产生的损耗中，一部分来自于t2-t3 阶段，由流经MOS功率管的电流与所述MOS功率管漏源两极之间的电压互相交叠而产生，而在此期间流经MOS功率管的电流已经稳定，不会在漏感Lk上激发感生电压。本发明通过在t2-t3这个阶段增大充电电流、缩短t2-t3的时间，减小了交叠时间，从而降低了MOS功率管开通过程中产生的损耗。
相应地，本发明还提供一种场效应(MOS)功率管开通方法，该方法具体实现为: 增设辅助开通电路，并将所述辅助开通电路并联在MOS功率管栅极上连接的驱动电阻的两端，驱动电压通过该驱动电阻接入到MOS功率管栅极；当驱动电压上升该MOS功率管门极电压变化阶段的米勒平台电压值时，所述辅助开通电路导通；导通后的所述辅助开通电路的阻抗小于所述驱动电阻的阻抗、使驱动电压产生的充电电流经由所述辅助开通电路输入到MOS功率管的栅极进行充电，加快门极电压的变化，加速所述MOS功率管的导通。
附图说明
图1为现有的MOS功率管开通电路；
图2为对应于图1所示的现有的MOS功率管开通过程示意图；
图3为本发明提供的场效应功率管开通电路的第一个实施例示意图；
图4为本发明提供的场效应功率管开通电路的第二个实施例示意图。
具体实施方式
以下将通过特定的具体实例说明本发明的实施方式。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明公开的技术方案所有的实施方式。相反、它们仅用于帮助本领域技术人员了解本发明的实质。
参考图3，本发明提供一种场效应(MOS)功率管开通电路，该电路包括：MOS 功率管S1、驱动电阻R1以及由晶体管三极管Q1、比较器Com1、上拉电阻R2以及15V的上拉电压组成的辅助开通电路；其中、所述MOS功率管S1的漏极和源极处于相应的偏置状态使所述MOS功率管S1能够处于完全开通状态；驱动电阻R1的一端连接MOS功率管S1的栅极以及晶体管Q1的射极，另一端连接驱动电压U1以及晶体管Q1的集电极；比较器Com1的输出端连接晶体管Q1的基极以及上拉电阻R2的一端，上拉电阻R2的另一端连接预设的15V上拉电压；比较器Com1的正向输入端接驱动电压U1的采样电压，反向输入端接参考电压，其中所述参考电压设置为所述MOS功率管S1门极电压变化阶段的米勒平台电压值。
结合图2、图3，当U1小于所述MOS功率管S1门极电压变化阶段的米勒平台电压值时、比较器Com1输出低电平。此时、晶体管Q1不导通，15V上拉电压作用于上拉电阻R2产生的电流将灌入比较器Com1内部电路；充电电流流经驱动电阻R1对门极电容Cgs进行充电。当U2上升到高于述MOS功率管S1门极电压变化阶段的米勒平台电压值时，晶体管Q1将以纳秒级的速度导通，15V上拉电压作用于上拉电阻R2产生的电流流入到晶体Q1的基极。由于导通的晶体管Q1 的阻抗值远小于所述驱动电阻R1的阻抗，驱动电压U1产生的充电电流增大，并且绝大部分流经晶体管Q1到所述MOS功率管S1的栅极进行充电。由于此时处于 MOS功率管开通过程的t2-t3阶段，一方面、增大的充电电流将使得门极电压加速上升，缩短阶段t2-t3的时间，提高MOS功率管S1的开通速度并降低阶段t2-t3 产生的功耗；另一方面、流经MOS功率管S1的电流已经稳定，所以不会在漏极电感Lk上激发感应电压。在所述MOS功率管S1开通的t3-t4阶段时，本发明依然可继续加快开通过程，实现MOS功率管S1的彻底开通。
图4为本发明提供的场效应功率管开通电路另一个实施例的示意图。如图4 所示，该场效应功率管开通电路包括：MOS功率管S1、驱动电阻R1以及由晶体管三极管Q1、稳压管Z1组成的辅助开通电路；其中、所述MOS功率管S1的漏极和源极处于相应的偏置状态使所述MOS功率管S1能够工作于功率放大状态；驱动电阻R1的一端连接MOS功率管S1的栅极以及晶体管Q1的射极，另一端连接驱动电压U1以及晶体管Q1的集电极；稳压管Z1的正极连接晶体管Q1的基极，负极连接驱动电压U1，稳压管的稳压值设为所述MOS功率管门极电压变化阶段的米勒平台电压值。该场效应功率管开通电路的工作过程与第一实施例中的场效应功率管开通电路类似，这里不再赘述。
通过本发明提供的MOS功率管开通电路能够实现MOS功率管的快速开通，降低开通过程中产生的功耗；同时、避免进一步在MOS功率管的漏极等效电感上激发感生电压,产生电磁兼容的问题。
虽然已结合多个实施方案和实施方式描述了本发明，但是本发明不限于此，而是涵盖落入所附权利要求的范围内的各种明显的修改和等同布置。尽管本发明的特征在权利要求书中以某些组合来表达，但是预期这些特征以任何组合和顺序来布置。

Claims (4)

1.一种场效应(MOS)功率管开通电路，该电路包括：MOS功率管S1、驱动电阻R1以及辅助开通电路；其中、所述MOS功率管S1的漏极和源极处于相应的偏置状态使所述MOS功率管S1能够处于完全开通状态，驱动电阻R1的一端连接MOS功率管S1的栅极，另一端连接驱动电压U1；所述辅助开通电路并联在驱动电阻R1的两端，并在驱动电压U1上升到该MOS功率管S1门极电压变化阶段的米勒平台电压值时导通，导通后的所述辅助开通电路的阻抗小于所述驱动电阻R1的阻抗、使驱动电压U1产生的充电电流经由所述辅助开通电路输入到MOS功率管的栅极进行充电，加快门极电压的变化，加速所述MOS功率管S1的导通。
2.如权利要求1所述的场效应(MOS)功率管开通电路，其中、所述辅助开通电路包括：晶体三极管Q1，比较器Com1以及上拉电阻R2；其中晶体三极管Q1的射极连接MOS功率管S1的栅极，晶体三极管Q1的集电极连接驱动电压U1,与驱动电阻R1并联；比较器Com1的输出端连接晶体三极管Q1的基极以及上拉电阻R2的一端，上拉电阻R2的另一端连接预设的上拉电压；比较器Com1的正向输入端接驱动电压U1的采样电压，反向输入端接参考电压，其中所述参考电压设为所述MOS功率管门极电压变化阶段的米勒平台电压值。
3.如权利要求1所述的场效应(MOS)功率管开通电路，其中、所述辅助开通电路包括：晶体三极管Q1，稳压管Z1；其中晶体三极管Q1的射极接MOS功率管S1的栅极，晶体三极管Q1的集电极连接驱动电压U1,与驱动电阻R1并联；稳压管Z1的正极连接晶体三极管Q1的基极，负极连接驱动电压U1，稳压管的稳压值设为所述MOS功率管门极电压变化阶段的米勒平台电压值。
4.一种场效应(MOS)功率管开通方法，该方法具体实现为:增设辅助开通电路，并将所述辅助开通电路并联在MOS功率管栅极上连接的驱动电阻的两端，驱动电压通过该驱动电阻接入到MOS功率管栅极；当驱动电压上升该MOS功率管门极电压变化阶段的米勒平台电压值时，所述辅助开通电路导通；导通后的所述辅助开通电路的阻抗小于所述驱动电阻的阻抗、使驱动电压产生的充电电流经由所述辅助开通电路输入到MOS功率管的栅极进行充电，加快门极电压的变化，加速所述MOS功率管的导通。
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