CN202094794U - 一种自举型门极驱动控制电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种自举型门极驱动控制电路。本实用新型的自举型门极驱动控制电路由自举型门极驱动电路、信号调制电路、驱动控制电路构成。工作时，信号调制电路首先对电流或者电压进行采样调制，然后输出调制信号给驱动控制电路，驱动控制电路根据调制信号使能或者关断上位管的门极驱动，并且不影响下位管工作。

Description

一种自举型门极驱动控制电路
技术领域
本实用新型涉及一种电能变换装置，特别涉及一种应用于同步整流电路的自举型门极驱动控制电路。 
背景技术
目前整流方案有两种类型，一种是二极管整流，另一种是同步整流。二极管整流通过二极管导通，同步整流使用门极驱动信号控制同步整流管的开通和关断，同步整流管一般使用MOSFET。在低压大电流场合，二极管正向压降一般无法进一步减小，故损耗较大；同步整流管的导通电阻较小，从而损耗较小。因此使用同步整流管功耗较小，从而具有更高的转换效率。同步整流管在工作区间有导通损耗、驱动损耗、开关损耗、体内二极管损耗，在重载时，负载电流较大，由此造成的导通损耗占很大一部分。轻载时，负载电流小，由同步整流管开通和关断造成的开关损耗、驱动损耗居于主导地位。同步整流相对于二极管节约的能量很少，甚至高于二极管损耗，在这种情况下需要停止同步整流，利用体二极管进行二极管整流。而且体二极管可以切断轻载时的负向无功电流通路，电感损耗和驱动损耗将显著减小，轻载效率会得到明显提升。N 沟道MOSFET开关管的导通条件是门极电压比源极电压高，当整流管为上位管时，一般采用自举电路为它提供驱动电压。图1为一已有技术中的自举型门极驱动电路，上位管和下位管公用一个脉宽调制波发生模块，于是不能通过关断脉宽调制波的方法关断上位管。因而需要有一种自举型门极驱动控制电路，在轻载时关断上位管的驱动输出，停止同步整流利用体二极管进行二极管整流，提高轻载时变换器的工作效率，同时不影响下位管的工作状态。 
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种自举型门极驱动控制电路。 
本实用新型的自举型门极驱动控制电路包括： 
一信号调制电路、一驱动控制电路、一自举型门极驱动电路，其连接方式为所述信号调制电路的输出端与所述驱动控制电路的输入端相连，所述驱动控制电路的输出端与所述自举型门极驱动电路的输入端相连，所述信号调制电路接受电信号，并根据此输出调制信号，所述驱动控制电路，接受所述调制信号，并根据此使能或者关断所述自举型门极驱动电路的上位管驱动。
优选的自举型门极驱动控制电路，还包括一具有上位管和下位管的开关管电路，其中所述上位管和所述下位管串联，所述上位管的门极与所述自举型门极驱动电路的上位管驱动连接，所述下位管的门极与所述自举型门极驱动电路的下位管驱动连接，所述自举电容的一端连接在。 
优选的信号调制电路包括：采样电路和比较判断电路，所述采样电路采样电信号并输出采样值至所述比较判断电路，所述比较判断电路将采样值与参考值比较并输出调制信号至所述驱动控制电路，其中所述电信号是电流或者电压。 
优选的驱动控制电路包括：MOSFET、PNP晶体管、限流电阻，其连接方式为所述MOSFET的门极接受所述调制信号，所述MOSFET的漏极与所述限流电阻的一端相连，所述限流电阻的另一端与所述PNP晶体管的基极连接，所述MOSFET的源极与电源负极连接，所述PNP晶体管的发射极和电源正极连接，所述PNP晶体管的集电极与所述自举型门极驱动电路的输入端连接，所述PNP晶体管的集电极作为所述驱动控制电路的输出端。 
优选的所述MOSFET接受信号调制电路的输出信号，当信号调制电路的输出信号为低电平时，MOSFET关断，使PNP晶体管关断；当信号调制电路的输出信号为高电平时，MOSFET导通，使PNP晶体管导通。 
优选的所述自举型门极驱动电路包含一自举二极管和一自举电容，所述自举二极管的阳极作为所述自举型门极驱动电路的输入端，与所述PNP晶体管的集电极相连，所述自举二极管的阴极和所述自举电容相连，当所述PNP晶体管导通时，自举电容的充电回路被使能，当PNP晶体管关断时，自举电容的充电回路被关断，自举电容上不能建立偏置电压。 
优选的所述自举电容充电回路包括：所述电源、所述PNP晶体管、所述自举二极管、所述自举电容、所述下位管，其连接方式为所述PNP晶体管的发射极和电源连接，集电极与所述自举二极管的阳极连接，并经自举电容和所述下位管连接。 
优选的当所述自举电容的充电回路被使能时，自举型门极驱动电路上位管驱动被使能；当所述自举电容的充电回路被关断时，自举型门极驱动电路上位管驱动被关断。 
本发明的有益效果：门极驱动控制电路可以根据信号调制电路的输出控制自举型门极驱动电路的上位管驱动电路的使能或者关断，而且不影响下位管的工作状态。 
 附图说明
图1现有技术的自举型门极驱动电路； 
图2本发明的自举型门极驱动电路框图； 
图3本发明的自举型门极驱动电路； 
图4本发明驱动控制信号波形图； 
图5本发明的一种应用电路。 
 具体实施方式
为便于对本发明的实施例进行理解，下面将结合附图以一个具体实施例为例做进一步的解释说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 
 本发明根据开关电源高效、可靠和安全的要求，在常用的自举型门极驱动电路中加入了一种关断自举型门极驱动电路上位管门极驱动输出的电路，利用轻载调制电路生成调制信号C32，通过自举型门极驱动控制电路控制驱动电路的输出，从而控制作为同步整流管的上位管开通或关断，使电路工作在同步整流状态或者二极管整流状态。 
图1为常用的自举驱动电路结构，所述驱动电路包含一电源(VCC)、第一电路(110)、第二电路(111)、一自举二极管(105)、一自举电容(106)，其连接方式为所述电源(VCC)与所述第二电路(111)的第一端子耦接，所述第二电路(111)的第二端子与下位管QL的门极耦接，所述第二电路(111)的第三端子与所述下位管QL的源极耦接，所述自举二极管(105)的阳极与电源(VCC)相连，所述自举二极管的阴极和所述自举电容(106)的一端相连，并与所述第二电路(111)的第一端子耦接，所述第一电路(110)的第二端子与所述上位管QH的门极耦接，所述第一电路(110)的第三端子和所述上位管QH的源极耦接。101和102为脉宽调制波输入端，分别作为第一电路(110)和第二电路(111)的输入，从而分别控制上位管QH和下位管QL开通和关断的时序。其中所述上位管QH的源极和所述下位管QL的漏极耦接。通常101和102共用一个脉宽调制波发生装置。图中PWM模块输出的脉宽调制波经过level shift 模块（113）和logic模块（112）或者仅有level shift 模块（113）或者仅有logic模块（112）又或者两个模块都没有，然后再与101端连接；经过level shift 模块（114）和logic模块（115）或者仅有level shift 模块（114）或者仅有logic模块（115）又或者两个模块都没有，然后与102端连接。level shift 模块（112和114）的主要作用是对输入电压进行调节，logic模块（113和115）的主要作用是对输入进行逻辑变换。当脉宽调制波输入端102为高电平时，第二电路(111)图腾柱上管（1113）导通，接通驱动电压源VCC（103）到QL的门极（1091），于是门极（1091）和源极（1092）之间的偏置电压为驱动电压源VCC与端子（104）之间的偏置电压，QL导通,103、105、106、109、104形成了自举电容的充电回路a，自举电容（106）被充电；当脉宽调制波输入端102为低电平时，第二电路(111)图腾柱下管（1114）导通， QL的门极（1091）和源极（1092）被短接，其门极（1091）和源极（1092）之间的偏置电压为0V，QL截止。 
当脉宽调制波输入端（101）为高电平时，第一电路(110)图腾柱上管（1111）导通，使电容（106）并接在上位管QH的门极（1081）和源极（1082）两端，电容上的电压即为偏置电压，可使QH可靠导通，若控制电容（106）上的电压小于上位管QH的导通偏置电压，QH截止； 
当脉宽调制波输入端（101）为低电平时，第一电路(110)图腾柱下管（1112）导通， QH的门极（1081）和源极（1082）被短接，其门极（1081）和源极（1082）之间的偏置电压为0V，QH可靠截止。 
图2本发明的自举型门极驱动电路框图，包括信号调制电路（3）、驱动控制电路（2）、自举型门极驱动电路（1），信号调制电路（3）的输出端与所述驱动控制电路（2）的输入端相连，所述驱动控制电路（2）的输出端与所述自举型门极驱动电路（1）的输入端相连，驱动控制电路接受所述调制信号C32，并根据此使能或者关断所述自举型门极驱动电路（1）的上位管驱动。 
图3为本发明的一种具体实现方式，在图1中加入了驱动控制电路（2），根据调制信号C32控制上管的驱动电路使能或者关断。 
自举二极管D的阳极作为所述自举型门极驱动电路的输入端，与所述驱动控制电路（2）的输出端相连，所述自举二极管的阴极D和所述自举电容(201)的一端相连，其中所述驱动控制电路（2）包括：MOSFET Q1、晶体管Q2，其连接方式为所述MOSFET Q1的第一端接受所述调制信号C32，所述MOSFET Q1的第二端与所述晶体管 Q2的第一端连接，所述MOSFET Q1的第三端与所述电源的负极连接，所述晶体管 Q2的第二端和电源VCC正极连接，所述晶体管Q2的第三端子与所述驱动电路的输入端连接。还包括一限流电阻，串联在所述MOSFET Q1的第二端与所述晶体管Q2的第一端之间。 
其具体实现方式为：调制信号C32为高电平时MOSFET Q1开通，晶体管 Q2的门极端（1031）被拉低，晶体管Q2导通，电容（201）的充电回路被保留，所述充电回路如图1中a所示，电容（201）能够为上位管QH提供门极驱动偏置电压，上位管QH按照驱动信号导通或者关断；调制信号C32为低电平时MOSFET Q1关断，晶体管Q2的门极端（1031）不被拉低，晶体管Q2关断，电容（201）的充电回路被关断，则电容（201）不能够为上位管QH提供门极驱动偏置电压，上位管QH截止，同时下位管QL的工作状态不受影响。 
图4是图3中调制信号C32、VPWM和门极驱动电压Vg的波形图，在T1时刻之前调制信号C32为高电平，上位管QH的门极驱动电压根据VPWM调制信号变化；在T1时刻调制信号C32变为低电平，电容（201）的充电回路被关断，上位管QH的门极驱动电路被关断，驱动电压为低电平。 
图5是本发明的一种应用电路，主电路为boost变换器，001和002为输入端子，003和004为输出端子，上位管QH用作同步整流管，下位管QL用作boost变换器的主开关管。利用芯片LM27222（302）实现自举驱动的功能。VCC为1、2、3供电。驱动控制电路（2）与信号调制电路（3）连接。信号调制电路通过检测电阻（301）检测负载电流值，并通过电流采样放大器（302）放大后与参考值Vref进行比较，参考值Vref为设定的轻载比较点，若采样值低于参考值Vref，输出的调制信号C32为高电平，说明电路工作在非轻载状态；若采样值高于参考值Vref，输出的调制信号C32为低电平，说明电路工作在轻载状态。 
调制信号C32为高电平时MOSFET Q5开通，晶体管Q4的门极端被拉低，晶体管Q4导通，自举电容（101）的充电回路被开通，如图1中a所示，自举电容（101）能够为同步整流管上位管QH提供门极驱动偏置电压，同步整流管上位管QH按照驱动信号导通或者关断；调制信号C32为低电平时MOSFET Q5关断，晶体管Q4的门极端不被拉低，晶体管Q4关断，自举电容（101）的充电回路被关断，则自举电容（101）不能够为同步整流管上位管QH提供门极驱动偏置电压，同步整流管上位管QH截止，也即电路工作在轻载状态时，同步整流管QH被关断，此时电路通过同步整流管QH的体二极管进行整流。 
同时由于体二极管具有单向导通特性，切断了轻载下无功循环电流的通路。这样变换器将运行在电感电流断续模式，负向电感电流将不会出现，电感损耗和同步整流管的驱动损耗将显著减小，轻载效率会得到明显提升。 

Claims (1)

1.一种自举型门极驱动控制电路，包括一信号调制电路、一驱动控制电路、一自举型门极驱动电路，其特征为所述信号调制电路的输出端与所述驱动控制电路的输入端相连，所述驱动控制电路的输出端与所述自举型门极驱动电路的输入端相连，所述信号调制电路接受电信号，并根据此输出调制信号，所述驱动控制电路，接受所述调制信号，并根据此使能或者关断所述自举型门极驱动电路的上位管驱动。
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