CN113922639A - 一种开关管驱动电路、方法以及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关管驱动电路、方法以及开关电源，开关管驱动电路包括：开关管驱动模块与驱动信号转换模块；驱动信号转换模块与电压源连接，用于将输入的驱动信号的电压幅度转换至电压源的供电电压的幅度；开关管驱动模块分别与电压源、驱动信号转换模块以及开关管连接，用于根据转换电压幅度后的驱动信号驱动开关管。本发明通过驱动信号转换模块将输入的电压幅度较低的驱动信号与电压源提供的供电电压进行转换后输出至开关管驱动模块，其后开关管驱动模块通过该供电电压作为驱动电压用以驱动开关管，当选用高压开关管同时搭配低电压输出的控制器时，也可以使得开关管饱和导通，使得开关管驱动电路既具有电压放大能力又具有电流放大能力。

Description

一种开关管驱动电路、方法以及开关电源

技术领域

本发明涉及驱动电路技术领域，尤其涉及的是一种开关管驱动电路、方法以及开关电源。

背景技术

在开关电源设计时,需要控制芯片对开关管进行驱动,从而实现输出电压或电流参数的稳定。目前市面上主流芯片的GATE脚输出主要有两类，即高电压(幅度12-18V)与低电压(幅度4.7-8V)。其中，当被控制电源是高电压变换器时,需要用到耐压值较高的MOSFET(需要较高的驱动电压才能使其饱和,漏极与源极导通时的电阻最小)。当被控制电源是低电压变换器时,只需要用到耐压值较低的MOSFET(较低的驱动电压即可饱和导通,可通过大电流,但MOSFET的GS极间电容比较大,从电容能量损耗公式P＝1/2CU2F可以分析得出,降低驱动电压可以减少控制芯片自身功耗,从而提高最大驱动频率适应更多的应用)。

然而，当电源变换器的电压处于高低间隔较小，只能选用高压MOSFET同时搭配低电压输出的控制器时,则会导致MOSFET得不到饱和导通。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种开关管驱动电路、方法以及开关电源，以解决当电源变换器的电压处于高低间隔较小只能选用高压MOSFET同时搭配低电压输出的控制器时所导致的MOSFET得不到饱和导通的问题。

本发明的技术方案如下：

一种开关管驱动电路，用于驱动开关管，其包括：开关管驱动模块与驱动信号转换模块；

所述驱动信号转换模块与电压源连接，用于将输入的驱动信号的电压幅度转换至所述电压源的供电电压幅度；

所述开关管驱动模块分别与所述电压源、所述驱动信号转换模块以及所述开关管连接，用于根据转换电压幅度后的驱动信号驱动所述开关管。

本发明的进一步设置，所述驱动信号转换模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管以及第二三极管；其中，

所述第一电阻的一端与用于提供驱动信号的信号源连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端以及所述第一三极管的基极连接；

所述第二电阻的另一端接地；

所述第一三极管的集电极分别与所述第三电阻的一端以及所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极接地；

所述第三电阻的另一端连接所述电压源；

所述第二三极管的集电极分别与所述电压源以及所述开关管驱动模块连接，所述第二三极管的发射极接地。

本发明的进一步设置，所述开关管驱动模块包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三三极管以及第四三极管；其中，

所述第五电阻的一端分别与所述驱动信号转换模块以及所述电压源连接，所述第五电阻的另一端分别与所述第三三极管的基极以及所述第四三极管的基极连接；

所述第三三极管的漏极与所述第六电阻的一端连接，所述第三三极管的发射极分别与所述第四三极管的漏极以及所述第七电阻的一端连接；

所述第四三极管的发射极接地；所述第六电阻的另一端与所述电压源连接；所述第七电阻的另一端与所述开关管的栅极连接。

本发明的进一步设置，所述第三三极管为NPN型三极管，所述第四三极管为PNP型三极管。

本发明的进一步设置，所述第一三极管与所述第二三极管均为NPN型三极管。

本发明的进一步设置，所述开关管驱动模块还包括：第八电阻、第九电阻与第十电阻；其中，所述第八电阻的一端分别与所述第七电阻的另一端以及所述开关管的栅极连接，所述第八电阻的另一端与所述第九电阻连接；所述第九电阻的另一端接地；所述第十电阻的一端与所述开关管的源极连接，所述第十电阻的另一端接地。

本发明的进一步设置，所述供电电压为12-18V。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种开关管驱动方法，采用如上述所述的开关管驱动电路，其包括：

驱动信号转换模块接收电压幅度较低的驱动信号并将所述驱动信号的电压的幅度转换为电压源提供的供电电压的幅度并输出至开关管驱动模块；

所述开关管驱动模块根据转换电压幅度后的驱动信号对开关管进行驱动。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种开关电源，其包括如上述所述的开关管驱动电路。

本发明所提供的一种开关管驱动电路、方法以及开关电源，其中，开关管驱动电路用于驱动开关管，其包括：开关管驱动模块与驱动信号转换模块；所述驱动信号转换模块与电压源连接，用于将输入的驱动信号的电压幅度转换至所述电压源的供电电压幅度；所述开关管驱动模块分别与所述电压源、所述驱动信号转换模块以及所述开关管连接，用于根据转换电压幅度后的驱动信号驱动所述开关管。本发明通过驱动信号转换模块将输入的电压幅度较低的驱动信号与电压源提供的供电电压进行转换后输出至开关管驱动模块，其后开关管驱动模块通过该供电电压作为驱动电压用以驱动开关管，当电源变换器的电压处于高低间隔较小且只能选用高压MOSFET同时搭配低电压输出的控制器时，也可以使得开关管饱和导通，使得本发明提供的开关管驱动电路既具有电压放大能力又具有电流放大能力。

附图说明

为了更清楚的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示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明中开关管驱动电路的原理框图。

图2是本发明中开关管驱动电路的电路原理图。

图3本发明中开关管驱动方法的流程示意图。

附图中各标记：100、驱动信号转换模块；200、开关管驱动模块；300、电压源。

具体实施方式

本发明提供一种开关管驱动电路、方法以及开关电源，能够在电源变换器的电压处于高低间隔较小且只能选用高压MOSFET同时搭配低电压输出的控制器时，也可以使得开关管饱和导通，使得本发明提供的开关管驱动电路既具有电压放大能力又具有电流放大能力。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请同时参阅图1至图2，本发明提供了一种开关管驱动电路的较佳实施例。

如图1所示，本发明所提供的一种开关管驱动电路，用于驱动开关管，该开关管驱动电路包括：驱动信号转换模块100与开关管驱动模块200。其中，所述驱动信号转换模块100与电压源300连接，用于将输入的驱动信号的电压幅度转换至所述电压源300的供电电压幅度，所述开关管驱动模块200分别与所述电压源300、所述驱动信号转换模块100以及所述开关管连接，用于根据转换电压幅度后的驱动信号驱动所述开关管。

具体地，所述驱动信号为电压幅度较低的驱动电压，所述电压源300提供的供电电压大于输入的驱动电压，一般为12-18V，例如，在本实施例中可以是12V。当驱动信号转换模块100接收到所述驱动信号时，通过将输入的电压幅度较低的驱动信号与电压源300提供的供电电压进行转换后输出至开关管驱动模块200，其后开关管驱动模块200通过该供电电压作为驱动电压用以驱动开关管，当电源变换器的电压处于高低间隔较小且只能选用高压MOSFET同时搭配低电压输出的控制器时，也可以使得开关管饱和导通，使得本发明提供的开关管驱动电路既具有电压放大能力又具有电流放大能力，且逻辑不会失真。

请参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述驱动信号转换模块100包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一三极管Q1以及第二三极管Q2。其中，所述第一电阻R1的一端与用于提供驱动信号的信号源连接，所述第一电阻R1的另一端分别与所述第二电阻R2的一端以及所述第一三极管Q1的基极连接；所述第二电阻R2的另一端接地；所述第一三极管Q1的集电极分别与所述第三电阻R3的一端以及所述第二三极管Q2的基极连接，所述第一三极管Q1的发射极接地；所述第三电阻R3的另一端连接所述电压源300；所述第二三极管Q2的集电极分别与所述电压源300以及所述开关管驱动模块200连接，所述第二三极管Q2的发射极接地。

具体地，所述信号源用于生成驱动信号，所述信号源可以是电源控制芯片，所述驱动信号由电源控制芯片的驱动脚输出，并经所述第一电阻R1输入。在一些实施例中，所述第一三极管Q1与所述第二三极管Q2均为NPN型三极管。当所述驱动信号为高电平时，通过所述第一电阻R1使得所述第一三极管Q1饱和导通，使得所述第二三极管Q2的基极电平被拉低，以使所述第二三极管Q2处于截止状态，从而将驱动信号的电压幅度置换为电压源300提供的供电电压的幅度，即驱动信号被放大了，其后所述开关管驱动模块200通过该供电电压作为驱动电压用以驱动开关管Q5，以使得开关管Q5得以饱和导通。

请继续参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述开关管驱动模块200包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三三极管Q3以及第四三极管Q4。其中，所述第五电阻R5的一端分别与所述驱动信号转换模块100以及所述电压源300连接，所述第五电阻R5的另一端分别与所述第三三极管Q3的基极以及所述第四三极管Q4的基极连接；所述第三三极管Q3的漏极与所述第六电阻R6的一端连接，所述第三三极管Q3的发射极分别与所述第四三极管Q4的漏极以及所述第七电阻R7的一端连接；所述第四三极管Q4的发射极接地；所述第六电阻R6的另一端与所述电压源300连接；所述第七电阻R7的另一端与所述开关管Q5的栅极连接。

具体地，所述第三三极管Q3与所述第四三极管Q4为互补三极管，所述第三三极管Q3与所述第四三极管Q4在所述驱动信号下互补导通。其中，所述第三三极管Q3为NPN型三极管，所述第四三极管Q4为PNP型三极管。因所述第三三极管Q3的集电极与所述供电电压VCC连接，当所述第三三极管Q3导通，所述第四三极管Q4截止时，所述第三三极管Q3的发射极输出高电平。由于所述第四三极管Q4的集电极与地连接，当所述第三三极管Q3截止，所述第四三极管Q4饱和导通时，所述第四三极管Q4的发射极输出低电平。

那么，当所述驱动信号为高电平且电压被放大至供电电压后的驱动信号通过所述第五电阻R5时，所述第三三极管Q3导通，所述第四三极管Q4处于截止状态，所述驱动信号的电压减去所述第三三极管Q3BE极之间的电压即可驱动开关管Q5，以使开关管Q5饱和导通。

当所述驱动信号为低电平时，所述第一三极管Q1截止，供电电压VCC通过所述第三电阻R3使得所述第二三极管Q2饱和导通，以使所述第四三极管Q4饱和导通，此时所述第三三极管Q3处于截止状态，存于所述开关管Q5GS极之间的电容的电荷也被放掉，从而使得所述开关管Q5截止。

请继续参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述开关管驱动模块200还包括：第八电阻R8、第九电阻R9与第十电阻R10；其中，所述第八电阻R8的一端分别与所述第七电阻R7的另一端以及所述开关管Q5的栅极连接，所述第八电阻R8的另一端与所述第九电阻R9连接；所述第九电阻R9的另一端接地；所述第十电阻R10的一端与所述开关管Q5的源极连接，所述第十电阻R10的另一端接地。

具体地，输入的驱动信号为低电平时，所述第三三极管Q3截止，所述第四三极管Q4饱和导通，所述开关管Q5GS极之间的电容的电荷通过所述第八电阻R8、第九电阻R9与第十电阻R10构成的回路放掉。

请参阅图3，在一些实施例中，本发明还提供了一种开关管驱动方法，采用如上述所述的开关管驱动电路，其包括步骤：

S100、驱动信号转换模块接收电压幅度较低的驱动信号并将所述驱动信号的电压的幅度转换为电压源提供的供电电压的幅度并输出至开关管驱动模块；具体地如一种开关管驱动电路的实施例所述，在此不再赘述。

S200、所述开关管驱动模块根据转换电压幅度后的驱动信号对开关管进行驱动。具体地如一种开关管驱动电路的实施例所述，在此不再赘述。

在一些实施例中，本发明还提供了一种开关电源，其包括如上述所述的开关管驱动电路。具体地如一种开关管驱动电路的实施例所述，在此不再赘述。

综上所述，本发明所提供的一种开关管驱动电路、方法以及开关电源，其中，开关管驱动电路用于驱动开关管，其包括：开关管驱动模块与驱动信号转换模块；所述驱动信号转换模块与电压源连接，用于将输入的驱动信号的电压幅度转换至所述电压源的供电电压的幅度；所述开关管驱动模块分别与所述电压源、所述驱动信号转换模块以及所述开关管连接，用于根据转换电压幅度后的驱动信号驱动所述开关管。本发明通过驱动信号转换模块将输入的电压幅度较低的驱动信号与电压源提供的供电电压进行转换后输出至开关管驱动模块，其后开关管驱动模块通过该供电电压作为驱动电压用以驱动开关管，当电源变换器的电压处于高低间隔较小且只能选用高压MOSFET同时搭配低电压输出的控制器时，也可以使得开关管饱和导通，使得本发明提供的开关管驱动电路既具有电压放大能力又具有电流放大能力，且逻辑不会失真。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种开关管驱动电路，用于驱动开关管，其特征在于，包括：开关管驱动模块与驱动信号转换模块；

所述驱动信号转换模块与电压源连接，用于将输入的驱动信号的电压幅度转换至所述电压源的供电电压的幅度；

所述开关管驱动模块分别与所述电压源、所述驱动信号转换模块以及所述开关管连接，用于根据转换电压幅度后的驱动信号驱动所述开关管。

2.根据权利要求1所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述驱动信号转换模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管以及第二三极管；其中，

所述第一电阻的一端与用于提供驱动信号的信号源连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端以及所述第一三极管的基极连接；

所述第二电阻的另一端接地；

所述第一三极管的集电极分别与所述第三电阻的一端以及所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极接地；

所述第三电阻的另一端连接所述电压源；

所述第二三极管的集电极分别与所述电压源以及所述开关管驱动模块连接，所述第二三极管的发射极接地。

3.根据权利要求1所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述开关管驱动模块包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三三极管以及第四三极管；其中，

所述第五电阻的一端分别与所述驱动信号转换模块以及所述电压源连接，所述第五电阻的另一端分别与所述第三三极管的基极以及所述第四三极管的基极连接；

所述第三三极管的漏极与所述第六电阻的一端连接，所述第三三极管的发射极分别与所述第四三极管的漏极以及所述第七电阻的一端连接；

所述第四三极管的发射极接地；所述第六电阻的另一端与所述电压源连接；所述第七电阻的另一端与所述开关管的栅极连接。

4.根据权利要求3所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述第三三极管为NPN型三极管，所述第四三极管为PNP型三极管。

5.根据权利要求2所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述第一三极管与所述第二三极管均为NPN型三极管。

6.根据权利要求3所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述开关管驱动模块还包括：第八电阻、第九电阻与第十电阻；其中，所述第八电阻的一端分别与所述第七电阻的另一端以及所述开关管的栅极连接，所述第八电阻的另一端与所述第九电阻连接；所述第九电阻的另一端接地；所述第十电阻的一端与所述开关管的源极连接，所述第十电阻的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述供电电压为12-18V。

8.一种开关管驱动方法，采用如权利要求1-7任一项所述的开关管驱动电路，其特征在于，包括：

驱动信号转换模块接收电压幅度较低的驱动信号并将所述驱动信号的电压的幅度转换为电压源提供的供电电压的幅度并输出至开关管驱动模块；

所述开关管驱动模块根据转换电压幅度后的驱动信号对开关管进行驱动。

9.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的开关管驱动电路。

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