CN117318451A - 一种半桥驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种半桥驱动电路，涉及开关电源技术领域，解决了全桥电路工作在降压模式或升压模式时，上管单元无法长时间工作在导通状态的问题。具体方案包括：驱动电路，用于驱动上管单元和下管单元交替导通产生方波信号；自举电路，以在下管单元导通期间充电，同时为下管单元供电；充电控制电路，包括第一电容、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻，第一电容与自举电路连接，第一电容还分别与第一三极管和第二三极管连接，第一电阻与第二电阻连接，第二三极管与半桥电路连接，充电控制电路，用于利用上管单元和下管单元的导通状态下，第一电容的第一电压变化，第一电阻和第二电阻的分压变化，在下管单元关断状态下，使上管单元一直导通。

Description

一种半桥驱动电路

技术领域

本申请涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种半桥驱动电路。

背景技术

在全桥电路中，当输入电压高于输出电压时，需要电路工作在降压模式；电路在降压模式工作时，需要电路的左半桥工作在正常的脉冲宽度调制状态，右半桥的上管单元工作在导通状态，右半桥的下管单元工作在关闭状态。当输入电压小于输出电压时，需要电路工作在升压模式；电路在升压模式工作时，需要电路的右半桥工作在正常的脉冲宽度调制状态，左半桥的上管单元工作在导通状态，左半桥的下管单元工作在关闭状态。现有的全桥电路工作在降压模式或升压模式时，若下管单元长期处于关闭状态，则上管单元无法长时间工作在导通状态。

发明内容

本申请提供一种半桥驱动电路，解决了全桥电路工作在降压模式或升压模式时，上管单元无法长时间工作在导通状态的问题。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

本申请实施例提供了一种半桥驱动电路，包括

半桥电路，包括上管单元和下管单元；

驱动电路，分别与所述上管单元和所述下管单元连接，用于驱动所述上管单元和所述下管单元交替导通产生方波信号；

自举电路，分别与所述上管单元连接、所述下管单元连接以及电源连接，用于在所述下管单元导通期间为所述上管单元充电，同时为所述下管单元供电；

充电控制电路，包括第一电容、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻，所述第一电容与所述自举电路连接，所述第一电容还分别与所述第一三极管和所述第二三极管连接，所述第一电阻与所述第二电阻连接，所述第二三极管与所述半桥电路连接，所述充电控制电路，用于利用所述上管单元和所述下管单元的导通状态下，所述第一电容的第一电压变化，所述第一电阻和所述第二电阻的分压变化，以在所述下管单元关断状态下，使所述上管单元一直导通。

在一个实施例中，所述自举电路包括与所述电源依次串联的自举二极管和自举电容；

所述充电控制电路还包括：第一功率管、第二功率管、第一电容、三极管以及控制单元；

所述第一电容的正极与所述自举二极管的负极连接，所述自举二极管的负极还与所述自举电容的正极连接；

所述第二功率管与所述第一电容的负极连接，所述第二功率管用于在导通时通过所述电源为所述第一电容充电；

所述第一功率管通过所述三极管与所述第一电容的负极和所述自举电容的负极连接，用于控制所述三极管导通，以使所述第一电容为所述自举电容充电；

所述控制单元与所述第一功率管和所述第二功率管连接，用于周期性的控制所述第一功率管和所述第二功率管的导通，其中，所述第一功率管导通时，所述第二功率管关闭；所述第二功率管导通时，所述第一功率管关闭。

在一个实施例中，所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管；

所述第一三极管的基极与所述控制单元连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的集电极连接，所述第二三极管的集电极还与所述自举电容连接；

所述第二三极管的基极与所述控制单元连接，所述第二三极管的发射极分别与所述上管单元的栅极和所述下管单元的漏极连接。

在一个实施例中，所述充电控制电路还包括：第三电阻、第四电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第三电阻分别与所述第二电阻和所述第六电阻连接，所述第四电阻与所述第三电阻和所述第六电阻均连接，所述第四电阻还与所述第二三极管连接。

在一个实施例中，所述上管单元包括第三功率管，所述下管单元包括第四功率管；

所述第三功率管和所述第四功率管均为N沟道场效应管；

所述第三功率管的栅极与所述驱动电路连接，所述第三功率管的漏极接地，所述第三功率管的源极与所述第四功率管的漏极以及所述自举电容的负极连接；

所述第四功率管的栅极与所述驱动电路连接，所述第四功率管的源极接地。

在一个实施例中，所述上管单元还包括第三二极管、第五电阻、第八电阻、第二电容以及第三电容；

所述第三二极管的负极与所述驱动电路连接，所述第三二极管的正极与所述第三功率管的栅极连接；

所述第八电阻并联在所述第三二极管两端，所述第五电阻串联在所述第一二极管的正极与所述第三功率管的栅极之间；

所述第二电容与所述第三电容并联后串联在所述第三功率管的漏极。

在一个实施例中，所述下管单元包括第四二极管、第十电阻和第十一电阻；

所述第四二极管的负极与所述驱动电路连接，所述第四二极管的正极与所述第四功率管的栅极连接；

所述第十一电阻并联在所述第四二极管两端，所述第十电阻串联在所述第四二极管的正极与所述第四功率管的栅极之间。

在一个实施例中，所述驱动电路为半桥驱动芯片，包括高侧门极驱动输出端、高压侧浮动射极输出端以及低侧门极驱动输出端；

所述高侧门极驱动输出端与所述第三功率管的栅极连接，所述低侧门极驱动输出端与所述第四功率管的栅极连接，所述高压侧浮动射极输出端与所述第三功率管的源极以及所述第四功率管的漏极连接。

在一个实施例中，所述半桥驱动电路还包括第九电阻以及第五二极管；

所述第五二极管的正极接地，所述第五二极管的负极与所述高压侧浮动射极输出端连接；

所述第九电阻的一端与所述高压侧浮动射极输出端以及所述第五二极管的负极连接，所述第九电阻的另一端与所述自举电容的负极连接。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的半桥驱动电路，该半桥驱动电路包括：半桥电路，半桥电路包括上管单元和下管单元；驱动电路，分别与上管单元和下管单元连接，用于驱动上管单元和下管单元交替导通产生方波信号；自举电路，分别与上管单元连接、下管单元连接以及电源连接，用于在下管单元导通期间为上管单元充电，同时为下管单元供电；充电控制电路，包括第一电容、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻，第一电容与自举电路连接，第一电容还分别与第一三极管和第二三极管连接，第一电阻与第二电阻连接，第二三极管与半桥电路连接，充电控制电路，用于利用上管单元和下管单元的导通状态下，第一电容的第一电压变化，第一电阻和第二电阻的分压变化，以在下管单元关断状态下，使上管单元一直导通，这样解决了下管长关状态下，上管无法长时间保持导通的问题。极大地提高优化了上管的开关波形，提高了开关电源的转换效率，简化了软件控制算法。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种半桥驱动电路的整体电路图。

部件和附图标记说明：1、半桥电路、11、上管单元；12、下管单元；2、驱动电路；3、自举电路；4、充电控制电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

另外，“基于”或“根据”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”或“根据”一个或多个条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出的值。

图1为本发明实施例提供的一种半桥驱动电路的整体电路图。

如图1所示，半桥驱动电路包括半桥电路1、驱动电路2、自举电路3以及充电控制电路4。

半桥电路1，包括上管单元11和下管单元12；

驱动电路2，分别与所述上管单元11和所述下管单元12连接，用于驱动所述上管单元11和所述下管单元12交替导通产生方波信号；

自举电路3，分别与所述上管单元11和所述下管单元12连接，用于与电源连接，以在所述下管单元12导通期间充电，同时为所述下管单元12供电；

充电控制电路4，包括第一电容、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻，所述第一电容与所述自举电路3连接，所述第一电容还分别与所述第一三极管和所述第二三极管连接，所述第一电阻与所述第二电阻连接，所述第二三极管与所述半桥电路1连接，所述充电控制电路4，用于利用所述上管单元11和所述下管单元12的导通状态下，所述第一电容的第一电压变化，所述第一电阻和所述第二电阻的分压变化，以在所述下管单元12关断状态下，使所述上管单元11一直导通。

本申请实施例提供的半桥驱动电路2，该半桥驱动电路2包括：半桥电路1，半桥电路1包括上管单元11和下管单元12；驱动电路2，分别与上管单元11和下管单元12连接，用于驱动上管单元11和下管单元12交替导通产生方波信号；自举电路3，分别与上管单元11连接、下管单元12连接以及电源连接，用于在下管单元12导通期间为上管单元11充电，同时为下管单元12供电；充电控制电路4，包括第一电容、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻，第一电容与自举电路3连接，第一电容还分别与第一三极管和第二三极管连接，第一电阻与第二电阻连接，第二三极管与半桥电路1连接，充电控制电路4，用于利用上管单元11和下管单元12的导通状态下，第一电容的第一电压变化，第一电阻和第二电阻的分压变化，以在下管单元12关断状态下，使上管单元11一直导通，这样解决了下管长关状态下，上管无法长时间保持导通的问题。极大地提高优化了上管的开关波形，提高了开关电源的转换效率，简化了软件控制算法。

结合图1，本申请实施例提供的半桥驱动电路2，当下管单元12关断，上管Q3常开状态下时，自举电容C6上的电压会慢慢下降，而且由于此时下管Q4是关断状态，电源12V无法给自举电容C6充电，C6上的电压会越来越低，当低到R1与R2的分压值小于0.6V时，Q2会导通，Q1关闭，12V给C1充电，当充到R1与R2的分压值大于0.6V时，Q2就断开，停止充电，此时，Q2导通，C1上的压降比C6高，C1就会给C6充电，C1给C6充电的同时，C6上的电压会越来越低，当低到R1与R2的分压值小于0.6V时，Q2又会导通，这样就会进入充放电的循环状态，始终保持上管Q3保持在导通状态。R1，R2，R3，R4，R6，R7，Q1，Q2，C1组成了充电控制电路4，实现了下桥关断，上桥长导通的功能，解决了下管长关状态下，上管无法长时间保持导通的问题。极大地提高优化了上管的开关波形，提高了开关电源的转换效率，简化了软件控制算法。

可选的，自举电路3包括与所述电源依次串联的自举二极管和自举电容；

所述充电控制电路4包括：第一功率管、第二功率管、第一电容、三极管以及控制单元；所述第一电容的正极与所述自举二极管的负极连接，所述自举二极管的负极还与所述自举电容的正极连接；所述第二功率管与所述第一电容的负极连接，所述第二功率管用于在导通时通过所述电源为所述第一电容充电；所述第一功率管通过所述三极管与所述第一电容的负极和所述自举电容的负极连接，用于控制所述三极管导通，以使所述第一电容为所述自举电容充电；

所述控制单元与所述第一功率管和所述第二功率管连接，用于周期性的控制所述第一功率管和所述第二功率管的导通，其中，所述第一功率管导通时，所述第二功率管关闭；所述第二功率管导通时，所述第一功率管关闭。

可选的，所述第一功率管的基极与所述控制单元连接，所述第一功率管的发射极接地，所述第一功率管的集电极与所述第二功率管的集电极连接，所述第二功率管的集电极还与所述自举电容连接；所述第二功率管的基极与所述控制单元连接，所述第二功率管的发射极分别与所述上管单元11的栅极和所述下管单元12的漏极连接。

可选的，所述充电控制电路4还包括：第三电阻、第四电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第三电阻分别与所述第二电阻和所述第六电阻连接，所述第四电阻与所述第三电阻和所述第六电阻均连接，所述第四电阻还与第二三极管连接。

可选的，所述上管单元11包括第三功率管，所述下管单元12包括第四功率管；

所述第三功率管和所述第四功率管均为N沟道场效应管；

所述第三功率管的栅极与所述驱动电路连接，所述第三功率管的漏极接地，所述第三功率管的源极与所述第四功率管的漏极以及所述自举电容的负极连接；

所述第四功率管的栅极与所述驱动电路连接，所述第四功率管的源极接地。

其中，所述上管单元11还包括第三二极管、第五电阻、第八电阻、第二电容以及第三电容；

所述第三二极管的负极与所述驱动电路连接，所述第三二极管的正极与所述第三功率管的栅极连接；

所述第八电阻并联在所述第三二极管两端，所述第五电阻串联在所述第一二极管的正极与所述第三功率管的栅极之间；

所述第二电容与所述第三电容并联后串联在所述第三功率管的漏极。

所述下管单元12包括第四二极管、第十电阻和第十一电阻；

所述第四二极管的负极与所述驱动电路连接，所述第四二极管的正极与所述第四功率管的栅极连接；

所述第十一电阻并联在所述第四二极管两端，所述第十电阻串联在所述第四二极管的正极与所述第四功率管的栅极之间。

所述驱动电路2为半桥驱动芯片，包括高侧门极驱动输出端、高压侧浮动射极输出端以及低侧门极驱动输出端；

所述高侧门极驱动输出端与所述第三功率管的栅极连接，所述低侧门极驱动输出端与所述第四功率管的栅极连接，所述高压侧浮动射极输出端与所述第三功率管的源极以及所述第四功率管的漏极连接。

所述半桥驱动电路2还包括第九电阻以及第五二极管；

所述第五二极管的正极接地，所述第五二极管的负极与所述高压侧浮动射极输出端连接；

所述第九电阻的一端与所述高压侧浮动射极输出端以及所述第五二极管的负极连接，所述第九电阻的另一端与所述自举电容的负极连接。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种半桥驱动电路，其特征在于，所述半桥驱动电路包括：

半桥电路，包括上管单元和下管单元；

驱动电路，分别与所述上管单元和所述下管单元连接，用于驱动所述上管单元和所述下管单元交替导通产生方波信号；

自举电路，分别与所述上管单元连接、所述下管单元连接以及电源连接，用于在所述下管单元导通期间充电，同时为所述下管单元供电；

充电控制电路，包括第一电容、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻，所述第一电容与所述自举电路连接，所述第一电容还分别与所述第一三极管和所述第二三极管连接，所述第一电阻与所述第二电阻连接，所述第二三极管与所述半桥电路连接，所述充电控制电路，用于利用所述上管单元和所述下管单元的导通状态下，所述第一电容的第一电压变化，所述第一电阻和所述第二电阻的分压变化，以在所述下管单元关断状态下，使所述上管单元一直导通。

2.根据权利要求1所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述自举电路包括与所述电源依次串联的自举二极管和自举电容；

所述充电控制电路还包括：第一功率管、第二功率管、第一电容、三极管以及控制单元；

所述第一电容的正极与所述自举二极管的负极连接，所述自举二极管的负极还与所述自举电容的正极连接；

所述第二功率管与所述第一电容的负极连接，所述第二功率管用于在导通时通过所述电源为所述第一电容充电；

所述第一功率管通过所述三极管与所述第一电容的负极和所述自举电容的负极连接，用于控制所述三极管导通，以使所述第一电容为所述自举电容充电；

所述控制单元与所述第一功率管和所述第二功率管连接，用于周期性的控制所述第一功率管和所述第二功率管的导通，其中，所述第一功率管导通时，所述第二功率管关闭，所述第二功率管导通时，所述第一功率管关闭。

3.根据权利要求2所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述第一功率管的基极与所述控制单元连接，所述第一功率管的发射极接地，所述第一功率管的集电极与所述第二功率管的集电极连接，所述第二功率管的集电极还与所述自举电容连接；

所述第二功率管的基极与所述控制单元连接，所述第二功率管的发射极分别与所述上管单元的栅极和所述下管单元的漏极连接。

4.根据权利要求3所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述充电控制电路还包括：第三电阻、第四电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第三电阻分别与所述第二电阻和所述第六电阻连接，所述第四电阻与所述第三电阻和所述第六电阻均连接，所述第四电阻还与所述第二三极管连接。

5.根据权利要求4所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述上管单元包括第三功率管，所述下管单元包括第四功率管；

所述第三功率管和所述第四功率管均为N沟道场效应管；

所述第三功率管的栅极与所述驱动电路连接，所述第三功率管的漏极接地，所述第三功率管的源极与所述第四功率管的漏极以及所述自举电容的负极连接；

所述第四功率管的栅极与所述驱动电路连接，所述第四功率管的源极接地。

6.根据权利要求5所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述上管单元还包括第三二极管、第五电阻、第八电阻、第二电容以及第三电容；

所述第三二极管的负极与所述驱动电路连接，所述第三二极管的正极与所述第三功率管的栅极连接；

所述第八电阻并联在所述第三二极管两端，所述第五电阻串联在所述第三二极管的正极与所述第三功率管的栅极之间；

所述第二电容与所述第三电容并联后串联在所述第三功率管的漏极。

7.根据权利要求5所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述下管单元包括第四二极管、第十电阻和第十一电阻；

所述第四二极管的负极与所述驱动电路连接，所述第四二极管的正极与所述第四功率管的栅极连接；

所述第十一电阻并联在所述第四二极管两端，所述第十电阻串联在所述第四二极管的正极与所述第四功率管的栅极之间。

8.根据权利要求5所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述驱动电路为半桥驱动芯片，包括高侧门极驱动输出端、高压侧浮动射极输出端以及低侧门极驱动输出端；

所述高侧门极驱动输出端与所述第三功率管的栅极连接，所述低侧门极驱动输出端与所述第四功率管的栅极连接，所述高压侧浮动射极输出端与所述第三功率管的源极以及所述第四功率管的漏极连接。

9.根据权利要求8所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述半桥驱动电路还包括第九电阻以及第五二极管；

所述第五二极管的正极接地，所述第五二极管的负极与所述高压侧浮动射极输出端连接；

所述第九电阻的一端与所述高压侧浮动射极输出端以及所述第五二极管的负极连接，所述第九电阻的另一端与所述自举电容的负极连接。