CN117318451B - 一种半桥驱动电路 - Google Patents

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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1，包括上管单元11和下管单元12；
驱动电路2，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产生方波信号；
自举电路3，分别与所述上管单元11、所述下管单元12以及电源连接，用于在所述下管单元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C1、第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二三极管Q2、第四电阻R4、第六电阻R6和第七电阻R7；
所述第一三极管Q1的集电极接地、所述第一三极管Q1的发射极与所述第二三极管Q2的集电极连接，所述第一三级管Q1的基极与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一三极管Q1的集电极连接，所述第一电阻R1的第一端还与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端分别与所述第一电容C1的第一端和所述第三电阻R3的第一端连接，所述第一电容C1的第二端与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第六电阻R6的第一连接，所述第七电阻R7的第一端与所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第二三极管Q2的基极与所述第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第三电阻R3的第二端连接，所述第六电阻R6的第二端和所述第七电阻R7的第二端均与所述半桥电路1连接；
所述上管单元11关断，所述上管单元11常开时，所述电源无法给所述自举电路3充电，所述自举电路3的电压在所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的分压值大于预设阈值，以使所述第一三极管Q1导通，所述第三电阻R3和所述第六电阻R6的分压值大于预设阈值，所述第二三极管Q2关断，所述第一三极管Q1导通给所述第一电容C1充电，所述自举电路3的电压下降，并在下降至所述预设阈值时，所述第二三极管Q2导通，所述第一三极管Q1关闭，所述第一电容C1给所述自举电路3充电，并在所述自举电路3的电压所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的分压值大于所述预设阈值，所述第一三极管Q1导通，所述第二三极管Q2关断，进入充放电循环状态，以使所述上管单元11保持在导通状态。
在一个实施例中，所述自举电路3包括：第一二极管D1和第六电容C6；
所述第一二极管D1的正极与所述电源连接，所述第一二极管D1的负极与所述第六电容C6的第一端连接，所述第六电容C6的第二端与所述半桥驱动电路2连接，所述第六电容C6的第一端还与所述第一电容C1的第一端连接。
在一个实施例中，所述上管单元11包括第二二极管D2、第八电阻R8、第五电阻R5、第一MOS管Q3、第二电容C2和第三电容C3；
所述第八电阻R8与所述第二二极管D2并联，所述第二二极管D2的正极还与所述第五电阻R5的第一端连接，所述第五电阻R5的第二端与所述第一MOS管Q3的栅极连接；
所述第一MOS管Q3的漏极、所述第二电容C2的第一端、所述第三电容C2的第一端均与直流电源连接，所述第二电容C2的第二端和所述第三电容C3的第二端均接地；
所述第一MOS管Q3的源极与所述下管单元12连接；
所述第六电容C6的第二端、所述第六电阻R6的第二端、所述第七电阻R7的第二端均与所述第一MOS管Q3的源极连接。
在一个实施例中，所述下管单元12包括第三二极管Q4、第十一电阻R11、第十电阻R10、第二MOS管Q4和第十二电阻R12；
所述第三二极管Q4与所述第十一电阻R11并联，所述第三二极管Q4的负极还与所述驱动电路2连接，所述第三二极管Q4的正极还与所述第十电阻R10的第一端连接；
所述第十电阻R10的第二端与所述第二MOS管Q4的栅极连接，所述第二MOS管Q4的漏极与所述第一MOS管Q3的源极连接，所述第二MOS管Q4的源极与所述第十二电阻R12的第一端连接，所述第十二电阻R12的第二端接地。
在一个实施例中，所述半桥驱动电路还包括：第九电阻R9，所述第九电阻R9的第一端与所述驱动电路2连接，所述第九电阻R9的第二端与所述第一MOS管Q3的源极连接。
在一个实施例中，所述半桥驱动电路还包括：第四电容C4和第五电容C5；
所述第四电容C4与所述第五电容C5并联，所述第四电容C4的第一端还接地，所述第四电容C4的第二端还与所述电源连接。
在一个实施例中，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。
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1，包括上管单元11和下管单元12；驱动电路2，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产生方波信号；自举电路3，分别与上管单元11、下管单元12以及电源连接，用于在下管单元12导通期间充电，同时为下管单元12供电；充电控制电路4，包括第一电容C1、第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二三极管Q2、第四电阻R4、第六电阻R6和第七电阻R7；第一三极管Q1的集电极接地、第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的集电极连接，第一三级管Q1的基极与第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第一三极管Q1的集电极连接，第一电阻R1的第一端还与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端分别与第一电容C1的第一端和第三电阻R3的第一端连接，第一电容C1的第二端与第一三极管Q1的发射极连接，第三电阻R3的第二端与第六电阻R6的第一连接，第七电阻R7的第一端与第二三极管Q2的发射极连接，第二三极管Q2的基极与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与第三电阻R3的第二端连接，第六电阻R6的第二端和第七电阻R7的第二端均与半桥电路1连接；上管单元11关断，上管单元11常开时，电源无法给自举电路3充电，自举电路3的电压在第一电阻R1和第二电阻R2的分压值大于预设阈值，以使第一三极管Q1导通，第三电阻R3和第六电阻R6的分压值大于预设阈值，第二三极管Q2关断，第一三极管Q1导通给第一电容C1充电，自举电路3的电压下降，并在下降至预设阈值时，第二三极管Q2导通，第一三极管Q1关闭，第一电容C1给自举电路3充电，并在自举电路3的电压第一电阻R1和第二电阻R2的分压值大于预设阈值，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2关断，进入充放电循环状态，以使上管单元11保持在导通状态。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，本申请提供的半桥驱动电路包括：半桥电路1，包括上管单元11和下管单元12；驱动电路2，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产生方波信号；自举电路3，分别与所述上管单元11、所述下管单元12以及电源连接，用于在所述下管单元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C1、第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二三极管Q2、第四电阻R4、第六电阻R6和第七电阻R7。
其中，所述第一三极管Q1的集电极接地、所述第一三极管Q1的发射极与所述第二三极管Q2的集电极连接，所述第一三级管Q1的基极与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一三极管Q1的集电极连接，所述第一电阻R1的第一端还与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端分别与所述第一电容C1的第一端和所述第三电阻R3的第一端连接，所述第一电容C1的第二端与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第六电阻R6的第一连接，所述第七电阻R7的第一端与所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第二三极管Q2的基极与所述第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第三电阻R3的第二端连接，所述第六电阻R6的第二端和所述第七电阻R7的第二端均与所述半桥电路1连接。
所述上管单元11关断，所述上管单元11常开时，所述电源无法给所述自举电路3充电，所述自举电路3的电压在所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的分压值大于预设阈值，以使所述第一三极管Q1导通，所述第三电阻R3和所述第六电阻R6的分压值大于预设阈值，所述第二三极管Q2关断，所述第一三极管Q1导通给所述第一电容C1充电，所述自举电路3的电压下降，并在下降至所述预设阈值时，所述第二三极管Q2导通，所述第一三极管Q1关闭，所述第一电容C1给所述自举电路3充电，并在所述自举电路3的电压所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的分压值大于所述预设阈值，所述第一三极管Q1导通，所述第二三极管Q2关断，进入充放电循环状态，以使所述上管单元11保持在导通状态。
具体的，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，此时C6上的电压比较高，R1与R2的分压值大于0.6V，Q1导通，R3，R5的分压值大于0.6V，Q2关断；
所以Q1导通给C1充电。C6上的电压慢慢下降，下降到R3与R5的分压值小于0.6V，Q2导通，Q1关闭， C1上的压降比C6高，C1就会给C6充电，充完电后 C6上的电压变高，Q2就会关断，Q1开通，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。
可选的，所述自举电路3包括：第一二极管D1和第六电容C6；所述第一二极管D1的正极与所述电源连接，所述第一二极管D1的负极与所述第六电容C6的第一端连接，所述第六电容C6的第二端与所述半桥驱动电路2连接，所述第六电容C6的第一端还与所述第一电容C1的第一端连接。
可选的，所述上管单元11包括第二二极管D2、第八电阻R8、第五电阻R5、第一MOS管Q3、第二电容C2和第三电容C3；
所述第八电阻R8与所述第二二极管D2并联，所述第二二极管D2的正极还与所述第五电阻R5的第一端连接，所述第五电阻R5的第二端与所述第一MOS管Q3的栅极连接；
所述第一MOS管Q3的漏极、所述第二电容C2的第一端、所述第三电容C2的第一端均与直流电源连接，所述第二电容C2的第二端和所述第三电容C3的第二端均接地；
所述第一MOS管Q3的源极与所述下管单元12连接；
所述第六电容C6的第二端、所述第六电阻R6的第二端、所述第七电阻R7的第二端均与所述第一MOS管Q3的源极连接。
可选的，所述下管单元12包括第三二极管Q4、第十一电阻R11、第十电阻R10、第二MOS管Q4和第十二电阻R12；
所述第三二极管Q4与所述第十一电阻R11并联，所述第三二极管Q4的负极还与所述驱动电路2连接，所述第三二极管Q4的正极还与所述第十电阻R10的第一端连接；
所述第十电阻R10的第二端与所述第二MOS管Q4的栅极连接，所述第二MOS管Q4的漏极与所述第一MOS管Q3的源极连接，所述第二MOS管Q4的源极与所述第十二电阻R12的第一端连接，所述第十二电阻R12的第二端接地。
可选的，所述半桥驱动电路还包括：第九电阻R9，所述第九电阻R9的第一端与所述驱动电路2连接，所述第九电阻R9的第二端与所述第一MOS管Q3的源极连接。
可选的，所述半桥驱动电路还包括：第四电容C4和第五电容C5；
所述第四电容C4与所述第五电容C5并联，所述第四电容C4的第一端还接地，所述第四电容C4的第二端还与所述电源连接。
可选的，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。
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 (7)

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1，包括上管单元11和下管单元12；
驱动电路2，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产生方波信号；
自举电路3，分别与所述上管单元11、所述下管单元12以及电源连接，用于在所述下管单元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C1、第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二三极管Q2、第四电阻R4、第六电阻R6和第七电阻R7；
所述第一三极管Q1的发射极接地、所述第一三极管Q1的集电极与所述第二三极管Q2的集电极连接，所述第一三极管Q1的基极与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第一电阻R1的第一端还与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端分别与所述第一电容C1的第一端和所述第三电阻R3的第一端连接，所述第一电容C1的第二端与所述第一三极管Q1的集电极连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第六电阻R6的第一连接，所述第七电阻R7的第一端与所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第二三极管Q2的基极与所述第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第三电阻R3的第二端连接，所述第六电阻R6的第二端和所述第七电阻R7的第二端均与所述半桥电路1连接；
所述上管单元11关断，所述上管单元11常开时，所述电源无法给所述自举电路3充电，所述自举电路3的电压在所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的分压值大于预设阈值，以使所述第一三极管Q1导通，所述第三电阻R3和所述第六电阻R6的分压值大于预设阈值，所述第二三极管Q2关断，所述第一三极管Q1导通给所述第一电容C1充电，所述自举电路3的电压下降，并在下降至所述预设阈值时，所述第二三极管Q2导通，所述第一三极管Q1关闭，所述第一电容C1给所述自举电路3充电，并在所述自举电路3的电压所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的分压值大于所述预设阈值，所述第一三极管Q1导通，所述第二三极管Q2关断，进入充放电循环状态，以使所述上管单元11保持在导通状态。
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3包括：第一二极管D1和第六电容C6；
所述第一二极管D1的正极与所述电源连接，所述第一二极管D1的负极与所述第六电容C6的第一端连接，所述第六电容C6的第二端与所述半桥驱动电路2连接，所述第六电容C6的第一端还与所述第一电容C1的第一端连接。
3.根据权利要求2所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述上管单元11包括第二二极管D2、第八电阻R8、第五电阻R5、第一MOS管Q3、第二电容C2和第三电容C3；
所述第八电阻R8与所述第二二极管D2并联，所述第二二极管D2的正极还与所述第五电阻R5的第一端连接，所述第五电阻R5的第二端与所述第一MOS管Q3的栅极连接；
所述第一MOS管Q3的漏极、所述第二电容C2的第一端、所述第三电容C3的第一端均与直流电源连接，所述第二电容C2的第二端和所述第三电容C3的第二端均接地；
所述第一MOS管Q3的源极与所述下管单元12连接；
所述第六电容C6的第二端、所述第六电阻R6的第二端、所述第七电阻R7的第二端均与所述第一MOS管Q3的源极连接。
4.根据权利要求3所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述下管单元12包括第三二极管D3、第十一电阻R11、第十电阻R10、第二MOS管Q4和第十二电阻R12；
所述第三二极管D3与所述第十一电阻R11并联，所述第三二极管D3的负极还与所述驱动电路2连接，所述第三二极管D3的正极还与所述第十电阻R10的第一端连接；
所述第十电阻R10的第二端与所述第二MOS管Q4的栅极连接，所述第二MOS管Q4的漏极与所述第一MOS管Q3的源极连接，所述第二MOS管Q4的源极与所述第十二电阻R12的第一端连接，所述第十二电阻R12的第二端接地。
5.根据权利要求4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R9，所述第九电阻R9的第一端与所述驱动电路2连接，所述第九电阻R9的第二端与所述第一MOS管Q3的源极连接。
6.根据权利要求5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：第四电容C4和第五电容C5；
所述第四电容C4与所述第五电容C5并联，所述第四电容C4的第一端还接地，所述第四电容C4的第二端还与所述电源连接。
7.根据权利要求6所述的半桥驱动电路，其特征在于，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。
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