CN201608647U - 正激变换器用同步mosfet栅极电压钳位驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种正激变换器用同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路，它包括MOS场效晶体管，基准电压建立电路与第二电阻并联后连接在该MOS场效晶体管的漏极与栅极之间，该MOS场效晶体管的漏极、该基准电压建立电路和该第二电阻的公共点引出作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输入端子，该MOS场效晶体管的源极作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输出端子，该MOS场效晶体管的栅极、该基准电压建立电路和该第二电阻的公共点与一稳压二极管的输出端连接，该稳压二极管的输入端作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的公共端子。本实用新型对同步MOSFET栅极进行电压钳位，保护其栅极不被击穿。

Description

正激变换器用同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路
技术领域
本实用新型涉及一种电子驱动电路，具体地说，是涉及一种应用于正激变换器的同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路。
背景技术
传统的DC/DC或者AC/DC变换器普遍使用二极管作为整流器件，但是，在输入低压大电流的应用中，二极管整流的效率比较低，发热量极高，需要很大的散热体积，无法满足高功率密度电源的要求。
随着电子技术的发展，同步整流技术出现，它可以显著提高变换器的整流效率，其中，如图1所示，自驱动同步整流方式的正激变换器具有电路结构简单、可靠性高等优点，在输入低压大电流应用中被广泛使用。但是，其在输入电压宽范围以及输出更高电压情况下，由于其使用的是简单的自驱动同步整流方式，变压器次级侧输出电压直接作为同步MOSFET的驱动信号，因此，对于MOSFET栅极的驱动电压存在超过同步MOSFET栅极的最高承受电压的情形。为了保护同步MOSFET栅极不被击穿，已有的方法是使用复杂的控制电路或者辅助绕组为同步MOSFET提供驱动，虽然这种方法有效保护了同步MOSFET的栅极，但是其增加了额外复杂的电路或者使变压器变得更加复杂，增加了成本，降低了变换器的可靠性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种正激变换器用同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路，该电路简单，具有对正激变换器中的同步MOSFET栅极电压进行钳位的功能。
为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种正激变换器用同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路，用于对正激变换器中变压器次级侧的一同步MOSFET的栅极电压进行钳位，其特征在于：它包括一MOS场效晶体管，一基准电压建立电路与一第二电阻并联后连接在该MOS场效晶体管的漏极与栅极之间，该基准电压建立电路由一电容与一第一电阻串联构成，该MOS场效晶体管的漏极、该基准电压建立电路和该第二电阻的公共点引出作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输入端子，该输入端子用于与该同步MOSFET的栅极所对应的变压器次级侧输出端子连接，该MOS场效晶体管的源极作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输出端子，该输出端子用于与该同步MOSFET的栅极连接，该MOS场效晶体管的栅极、该基准电压建立电路和该第二电阻的公共点与一稳压二极管的输出端连接，该稳压二极管的输入端作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的公共端子，该公共端子用于与该同步MOSFET的源极连接。
实际应用中，所述MOS场效晶体管的源极与漏极之间可连接一二极管，该二极管的输入端与所述MOS场效晶体管的源极连接，该二极管的输入端与所述MOS场效晶体管的源极的公共点引出作为所述同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输出端子，该二极管的输出端、所述MOS场效晶体管的漏极、所述基准电压建立电路和所述第二电阻的公共点引出作为所述同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输入端子。
所述MOS场效晶体管为N沟道型MOS场效晶体管。
本实用新型具有优点：
本实用新型成本低，结构简单，功率损耗小，可靠性高，特别适用于输入电压宽范围和输出电压大于5V的正激变换器使用。
本实用新型为正激变换器中的同步MOSFET的栅极进行电压钳位，防止过高的驱动电压损坏同步MOSFET，保护同步MOSFET的栅极不被击穿。除了具有同步MOSFET栅极电压钳位功能，本实用新型不会影响同步MOSFET的导通、关断速度以及时序，对同步MOSFET的导通和关断速度与已有正激变换器的自驱动同步整流方式相当。
附图说明
图1是已有的正激变换器的电路原理示意图；
图2是本实用新型的电路原理图；
图3是应用本实用新型的正激变换器的电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细描述。
如图3所示，正激变换器包括变压器T201、开关MOSFET Q201、同步MOSFET，其中同步MOSFET包括同步整流MOSFET Q202和同步续流MOSFET Q203。变压器T201的初级侧绕组通过开关MOSFET Q201连接到DC输入端。为了防止变压器T201次级侧输出的高电压将同步MOSFET的栅极击穿，可在该同步MOSFET的栅极增加本实用新型同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路100，以对该同步MOSFET的栅极进行保护。
如图2，本实用新型正激变换器用同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路用于对正激变换器中变压器T201次级侧的一同步MOSFET(同步整流MOSFETQ202或同步续流MOSFET Q203)的栅极电压进行钳位，它包括一MOS场效晶体管Q401，该MOS场效晶体管Q401可为N沟道型MOS场效晶体管。一基准电压建立电路与一第二电阻R402并联后连接在该MOS场效晶体管Q401的漏极与栅极之间，该基准电压建立电路由一电容C401与一第一电阻R401串联构成，该MOS场效晶体管Q401的漏极、该基准电压建立电路和该第二电阻R402的公共点引出作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路100的输入端子101，该输入端子101用于与该同步MOSFET的栅极所对应的变压器次级侧输出端子连接(例如，同步整流MOSFET Q202的栅极与A点相对应，同步续流MOSFET Q203的栅极与B点相对应)，该MOS场效晶体管Q401的源极作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路100的输出端子102，该输出端子102用于与该同步MOSFET的栅极连接，该MOS场效晶体管Q401的栅极、该基准电压建立电路和该第二电阻R402的公共点与一稳压二极管DZ401的输出端连接，该稳压二极管DZ401的输入端作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路100的公共端子103，该公共端子103用于与该同步MOSFET的源极连接。
如图2，MOS场效晶体管Q401的源极与漏极之间可连接一二极管D401，该二极管D401的输入端与MOS场效晶体管Q401的源极连接，该二极管D401的输入端与MOS场效晶体管Q401的源极的公共点引出作为同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路100的输出端子102，该二极管D401的输出端、MOS场效晶体管Q401的漏极、基准电压建立电路和第二电阻R402的公共点引出作为同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路100的输入端子101。
在实际应用中，为了防止同步MOSFET的栅极被变压器T201次级侧输出的高电压击穿，可在同步整流MOSFET Q202和同步续流MOSFET Q203的栅极分别设置本实用新型，如图3所示。当然，一般窄范围输入电压、5V以下输出电压的正激变换器不会出现同步MOSFET栅极电压超过MOSFET栅极最高可承受电压的情况。但是，当正激变换器为输入电压宽范围或输出电压大于5V时，正激变换器中的同步MOSFET的栅极就有可能被击穿，这时可测量每一同步MOSFET的栅极电压。若测量到的同步MOSFET的栅极电压超过该同步MOSFET栅极最高可承受电压，那么，该同步MOSFET的栅极就应设置本实用新型来保护栅极，相反，若测量到的同步MOSFET的栅极电压没有超过该同步MOSFET栅极最高可承受电压，则可不设置本实用新型。
以同步整流MOSFET Q202设置本实用新型为例，来说明本实用新型的工作原理。当A点电压高于同步整流MOSFET Q202栅极电压时，即输入端子101为高电平时，电容C401和第一电阻R401为MOS场效晶体管Q401和稳压二极管DZ401迅速建立起基准电压(电容C401为加速电容，可迅速建立基准电压，提高同步整流MOSFET Q202的导通速度)，同时第二电阻R402为MOS场效晶体管Q401和稳压二极管DZ401提供稳态的偏置电流，MOS场效晶体管Q401导通，输出端子102的电压等于VDZ401-Vgs，其中VDZ401为稳压二极管DZ401的电压，Vgs为MOS场效晶体管Q401源极与栅极之间的电压。这样，不管输入端子101的电压多大(输入端子101的电压高于稳压二极管DZ401的电压)，输出端子102的电压始终被钳位在VDZ401-Vgs，也就是将输入同步整流MOSFET Q202栅极的电压钳位在了一个设定电压值上，使同步整流MOSFET Q202迅速导通且保护其栅极不被击穿。当A点电压为高电平但低于稳压二极管DZ401的稳压电压时，即输入端子101的电压低于稳压二极管DZ401的稳压电压时，输出端子102的电压等于输入端子101的电压-Vgs-Ib*R402，其中Ib为MOS场效晶体管Q401的栅极和稳压二极管DZ401的偏置电流，Vgs为MOS场效应晶体管Q401的栅极与源极之间的电压，Ib非常小，R402非常大，因此输出端子102的电压只会比输入端子101的电压略微降低，近似跟随输入端子101的电压，不会对输入端子101的电压造成较大的衰减，同步整流MOSFET Q202迅速导通。当A点电压为低电平时，即输入端子101为低电平时，同步整流MOSFET Q202的栅极电荷通过二极管D401快速释放(若本实用新型没有设置二极管D401，则同步整流MOSFET Q202的栅极电荷通过MOS场效晶体管Q401的体二极管快速释放)，从而快速关断同步整流MOSFET Q202。由于本实用新型中所产生的压降很小，驱动同步整流MOSFET Q202的延时很短，因此不会影响正激变换器的同步整流效率，与已有正激变换器的同步整流效率相当。
本实用新型成本低，结构简单，功率损耗小，可靠性高，特别适用于输入电压宽范围和输出电压大于5V的正激变换器使用。本实用新型为正激变换器中的同步MOSFET的栅极进行电压钳位，防止过高的驱动电压损坏同步MOSFET，保护同步MOSFET的栅极不被击穿。除了具有同步MOSFET栅极电压钳位功能，本实用新型不会影响同步MOSFET的导通、关断速度以及时序，对同步MOSFET的导通和关断速度与已有正激变换器的自驱动同步整流方式相当。
以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (3)

1.一种正激变换器用同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路，用于对正激变换器中变压器次级侧的一同步MOSFET的栅极电压进行钳位，其特征在于：它包括一MOS场效晶体管，一基准电压建立电路与一第二电阻并联后连接在该MOS场效晶体管的漏极与栅极之间，该基准电压建立电路由一电容与一第一电阻串联构成，该MOS场效晶体管的漏极、该基准电压建立电路和该第二电阻的公共点引出作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输入端子，该输入端子用于与该同步MOSFET的栅极所对应的变压器次级侧输出端子连接，该MOS场效晶体管的源极作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输出端子，该输出端子用于与该同步MOSFET的栅极连接，该MOS场效晶体管的栅极、该基准电压建立电路和该第二电阻的公共点与一稳压二极管的输出端连接，该稳压二极管的输入端作为该同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的公共端子，该公共端子用于与该同步MOSFET的源极连接。
2.根据权利要求1所述的同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路，其特征在于：所述MOS场效晶体管的源极与漏极之间连接一二极管，该二极管的输入端与所述MOS场效晶体管的源极连接，该二极管的输入端与所述MOS场效晶体管的源极的公共点引出作为所述同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输出端子，该二极管的输出端、所述MOS场效晶体管的漏极、所述基准电压建立电路和所述第二电阻的公共点引出作为所述同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路的输入端子。
3.根据权利要求1或2所述的同步MOSFET栅极电压钳位驱动电路，其特征在于：所述MOS场效晶体管为N沟道型MOS场效晶体管。
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