CN112134552A - 一种nmos高侧驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种NMOS高侧驱动电路，特别是涉及一种含有微控制器的、用于直流电源开、关控制的NMOS高侧驱动电路。包括微控制器电路、光电隔离电路、升压驱动电路、NMOS管、辅助电源电路、被控直流电源和被控负载或用电装置。在这种控制中NMOS管相当于电源开关，NMOS管饱和导通相当于开关闭合，NMOS管截止相当于开关断开，而一般NMOS管饱和导通需要栅极电位高于源极电位4V甚至10V以上，现有技术一般需要使用专用驱动芯片或升压变压器提供这个驱动电压，本发明利用系统本身含有的微控制器及常见电阻、电容等低成本元器件产生NMOS高侧驱动所需的驱动电压。这种NMOS高侧驱动电路具有电路简单、易于实现的特点，可以降低电路设计的复杂度，提升产品的性价比。

Description

一种NMOS高侧驱动电路
技术领域
本发明涉及一种NMOS高侧驱动电路，特别是涉及一种含有微控制器的直流电源开、关控制的NMOS高侧驱动电路。
背景技术
在含有微控制器的电子装置中，经常需要通过按键操作对被控系统供电的直流电源进行开、关控制。为实现对被控系统供电的直流电源进行开、关控制常采用NMOS管的漏极接电源、源极接被控系统供电端的电路结构，即所谓的NMOS高侧驱动电路。在这种控制中NMOS管相当于电源开关，NMOS管饱和导通相当于开关闭合，NMOS管截止相当于开关断开，而一般NMOS管饱和导通需要栅极电位高于源极电位4V甚至10V以上，在NMOS高侧驱动电路中NMOS管饱和导通相当于源极电压等于漏极电压等于电源电压，因此NMOS高侧驱动需要一个高于被控电源电压4V甚至10V以上直流驱动电压。在这种直流电源的开、关控制中，需要NMOS管在较长时间内保持饱和导通状态，在此期间其栅极电压要一直保持高于被控电源电压4V甚至10V以上，因此不能采用电容自举升压的方式提供该驱动电压。现有用于系统直流电源开、关控制的NMOS高侧驱动电路的直流驱动电压多采用专用NMOS高侧驱动集成电路或使用升压变压器产生，现有技术方案增加了电路设计的复杂性，提高了系统设计成本。
发明内容
本发明目的是利用电子装置本身含有的微控制器及常见低成本元器件产生NMOS高侧驱动所需的高于被控系统电源电压4V甚至10V以上的驱动电压，以期降低电路设计的复杂度，提升产品的性价比。
为实现本发明目的采用的技术方案是：
一种NMOS高侧驱动电路，包括微控制器电路、光电隔离电路、升压驱动电路、NMOS管、辅助电源电路、被控直流电源和被控负载或用电装置。所述的微控制器电路和升压驱动电路输入、辅助电源电路、被控直流电源及被控负载或用电装置通过光电隔离电路进行隔离，所述微控制器电路产生一定频率的方波，该方波经所述光电隔离电路送入所述升压驱动电路进行整流升压。所述升压驱动电路的输出端是“浮地”的，升压驱动电路的两个输出端直接接到所述NMOS管的栅极和源极，作为NMOS管的驱动电压。所述NMOS管的漏极接所述被控直流电源，所述NMOS管的源极接所述被控负载或用电装置的直流供电电源的正极性端。所述辅助电源电路为升压驱动电路提供电源，辅助电源电路的输入由被控直流电源提供。
本发明的有益效果是：利用电子装置自身的微控制器及低成本的电阻、电容元件，提供NMOS高端驱动所需的高电压，简化了电路设计，提高了产品性价比。
附图说明
附图1是本发明一种NMOS高侧驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图详细说明实施方式。
一种NMOS高侧驱动电路包括微控制器电路、光电隔离电路、升压驱动电路、NMOS管、辅助电源电路、被控直流电源和被控负载或用电装置。
如附图所示，在该实施例中被控直流电源VDD为24V，辅助电源电路由三端稳压器IC3，输入滤波电容C3、C4，输出滤波电容C1、C2构成，其中三端稳压器为LM7809。辅助电源电路的9V输出给升压驱动电路供电。工作原理如下：
微控制器电路中的微控制器IC1在需要NMOS管导通时产生方波输出，在需要NMOS管截止时停止方波输出并使产生方波输出的引脚输出低电平。
进一步的，微控制器产生的方波经光电隔离电路后转换成幅值是辅助电源电路输出电压的方波，再把该方波送入升压驱动电路的输入端。光电隔离电路包括电阻R1、三极管Q1、光电耦合器IC2、电阻R2和电阻R3。其中，微控制器输出限流电阻R1一端连接微控制器I/O引脚，另一端连接NPN型三极管Q1基极，NPN型三极管Q1的发射极接微控制器电路的电源地、集电极接光电耦合器输入端发光二极管的阴极端，光电耦合器输入端发光二极管的阳极端连接限流电阻R2的一端、限流电阻R2的另一端接到微控制器供电电源的正极，光电耦合器输出端晶体管的发射极接被控直流电源的负极接地端，光电耦合器输出端晶体管的集电极连到负载电阻R3的一端和升压驱动电路的输入端，负载电阻R3的另一端接到辅助电源输出的正极端。
进一步的，升压驱动电路包括四个二极管D1~D4和五个无极性电容C5~C9，其中，电容C5的一端和电容C6一端接在一起作为升压驱动电路的一个输入端，升压驱动电路的另一个输入端接被控直流电源的负极接地端，电容C5的另一端、二极管D1的阴极和二极管D2的阳极连接在一起，电容C7的一端、二极管D2的阴极和二极管D3的阳极连接在一起，电容C6的另一端、二极管D3的阴极和二极管D4的阳极连接在一起，二极管D1的阳极、电容C7的另一端、电容C8的一端和电容C9的一端连接在一起作为升压驱动电路的负极输出端连接到NMOS管的源极，电容C9的另一端接被控直流电源的负极接地端，电容C8的另一端和二极管D4的阴极连接在一起作为升压驱动电路的正极输出端连接到NMOS管的栅极。特别指出的是上面所述升压驱动电路的输出取自电容C8的两端，是“浮地”的，直接连接于NMOS管的栅极和源极之间。
进一步的，NMOS管的栅极和源极之间接有为实现快速关断NMOS管的泄放电阻R4，其阻值为100kΩ。
进一步的，被控负载或用电装置连接在NMOS管的源极和被控直流电源的负极接地端之间。
在本实施例中，辅助电源电路可以保证升压驱动电路输出的电压既能使NMOS管饱和导通而又不会损坏NMOS管；光电隔离电路可以防止高电压损坏微控制器，同时又提高了微控制器的抗干扰能力。
上述实施方式仅为本发明的优选的一种实施方式，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种NMOS高侧驱动电路，包括微控制器电路、光电隔离电路、升压驱动电路、NMOS管、辅助电源电路、被控直流电源和被控负载或用电装置；其特征在于：所述的微控制器电路和升压驱动电路、辅助电源电路、被控直流电源、被控负载或用电装置各自使用两个独立电源，通过光电隔离电路进行隔离，所述微控制器电路产生一定频率的方波，该方波经所述光电隔离电路送入所述升压驱动电路进行整流升压，所述升压驱动电路的输出是“浮地”的，直接连接于NMOS管的栅极和源极之间，作为所述NMOS管的栅极和源极的驱动电压，所述NMOS管的漏极接所述的被控直流电源，所述NMOS管的源极接所述被控负载或用电装置的电源正极性端，所述辅助电源电路的输入由所述被控直流电源提供，所述辅助电源电路为所述升压驱动电路提供电源。
2.根据权利要求1所述的NMOS高侧驱动电路，其特征在于：所述的微控制器电路包括一个微控制器。
3.进一步的，根据权利要求2所述的微控制器，其特征在于：所述微控制器的一个I/O引脚能产生1KHz以上的方波。
4.进一步的，根据权利要求3所述的微控制器的一个I/O引脚，其特征在于：所述微控制器的一个I/O引脚在需要NMOS管导通时产生方波输出，在需要NMOS管截止时所述微控制器的一个I/O引脚停止方波输出。
5.进一步的，根据权利要求3和权利要求4所述的微控制器的一个I/O引脚，其特征在于：所述微控制器的一个I/O引脚在需要NMOS管截止时输出低电平。
6.根据权利要求1所述的NMOS高侧驱动电路，其特征在于：所述的光电隔离电路包括微控制器输出限流电阻（R1）、NPN型三极管（Q1）、光电耦合器（IC2）、光电耦合器输入端的限流电阻（R2）和光电耦合器输出端的负载电阻（R3）；其中，微控制器输出限流电阻（R1）一端连接微控制器的一个I/O引脚，另一端连NPN型三极管（Q1）基极，NPN型三极管（Q1）的发射极接微控制器的电源地、集电极接光电耦合器输入端发光二极管的阴极端，光电耦合器输入端发光二极管的阳极端连限流电阻（R2）的一端、限流电阻（R2）的另一端接到微控制器供电电源的正极，光电耦合器输出端晶体管的发射极接被控直流电源的负极接地端，光电耦合器输出端晶体管的集电极连到负载电阻（R3）的一端和升压驱动电路的输入端，负载电阻（R3）的另一端接到辅助电源输出的正极端。
7.根据权利要求1所述的NMOS高侧驱动电路，其特征在于：所述的升压驱动电路包括四个二极管（D1~D4）和五个无极性电容（C5~C9）；其中，电容（C5）的一端和电容（C6）一端接在一起作为升压驱动电路的一个输入端，升压驱动电路的另一个输入端接被控直流电源的负极接地端，电容（C5）的另一端、二极管（D1）的阴极和二极管（D2）的阳极连接在一起，电容（C7）的一端、二极管（D2）的阴极和二极管（D3）的阳极连接在一起，电容（C6）的另一端、二极管（D3）的阴极和二极管（D4）的阳极连接在一起，二极管（D1）的阳极、电容（C7）的另一端、电容（C8）的一端和电容（C9）的一端连接在一起作为升压驱动电路的负极输出端接NMOS管的源极，电容（C9）的另一端接被控直流电源的负极接地端，电容（C8）的另一端和二极管（D4）的阴极连接在一起作为升压驱动电路的正极输出端接NMOS管的栅极。
8.进一步的，根据权利要求1和权利要求6所述的升压驱动电路，其特征在于：升压驱动电路的输出取自电容（C8）的两端，是“浮地”的，直接连接于NMOS管的栅极和源极之间。
9.根据权利要求1所述的NMOS高侧驱动电路，其特征在于：所述NMOS管的栅极和源极之间接有100kΩ的电阻（R4）。
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