CN217282898U - 一种脉宽可调的同步驱动mosfet电子开关 - Google Patents

Abstract

一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，包括自激振荡模块和外部控制触发输入模块，自激振荡模块和外部控制触发输入模块连接有前级控制模块，前级控制模块连接有后级控制模块和全波倍压模块，全波倍压模块用于对前级控制模块的输出电压做升压处理，全波倍压模块连接有加速网络单元，加速网络单元连接后级控制模块，后级控制模块连接有功率管阵列。本实用新型的自激振荡模块由CMOS反相器构成，通过设置不同决定时间常数的电阻和电容来改变触发信号的脉宽，加速网络单元设置在全波倍压模块和后级驱动耦合变压器的初级线圈之间，改善电路的开关性能，且后级驱动耦合变压器连接的每个功率管均独立驱动，实现对MOSFET的同步触发。

Description

一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关

技术领域

本实用新型涉及控制开关技术领域，尤其是一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关。

背景技术

现有的MOSFET的电子开关存在无法灵活改变触发信号脉宽及无法实现对于MOSFET同步触发等问题，从而导致开关性能较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用设置不同决定时间常数的电阻和电容以及功率管阵列中各个功率管独立驱动的办法，实现灵活改变触发信号脉宽和MOSFET同步触发，改善开关电路性能的MOSFET电子开关。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，包括自激振荡模块和外部控制触发输入模块，所述自激振荡模块和外部控制触发输入模块连接有前级控制模块，所述自激振荡模块和外部控制触发输入模块用于控制所述前级控制模块的输出感应电动势，所述前级控制模块连接有后级控制模块和全波倍压模块，所述全波倍压模块用于对所述前级控制模块的输出电压做升压处理，通过全波倍压模块对前级控制模块的电压做升压处理，有效的提高了对后级控制模块的驱动能力，所述全波倍压模块连接有加速网络单元，所述加速网络单元连接所述后级控制模块，所述后级控制模块连接有功率管阵列。

优选的，所述前级控制模块包括前级控制功率管及前级控制耦合变压器，所述前级控制功率管连接所述前级控制耦合变压器，所述前级控制耦合变压器连接所述后级控制模块和全波倍压模块，所述前级控制功率管用于控制所述前级控制耦合变压器的初级线圈的电流变化。

优选的，所述后级控制模块包括后级控制功率管及后级驱动耦合变压器，所述后级控制功率管连接所述后级驱动耦合变压器，所述后级驱动耦合变压器连接所述加速网络单元和功率管阵列，所述后级控制功率管连接所述前级控制耦合变压器，所述后级驱动耦合变压器用于对所述功率管阵列中的MOSFET进行通断控制，通过改变后级驱动耦合变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比，在器件的允许范围内合理设置功率管阵列中MOSFET的驱动电压，可以更好的保护电子开关，延长其使用寿命。

优选的，所述自激振荡模块包括若干个CMOS反相器，若干个所述CMOS反相器互为连接，所述CMOS反相器连接有电阻R16和电容C18，所述CMOS反相器用于控制电容C18的充电和放电，通过设置不同决定时间常数的电阻和电容，来对触发信号的脉宽进行改变。

优选的，所述功率管阵列为若干路并联的功率管组，每路所述功率管组中串联有若干个MOSFET晶体管。

优选的，所述后级驱动耦合变压器的次级线圈数量与所述MOSFET晶体管的数量相同，使每个MOSFET晶体管独立驱动，驱动能力充足，实现了对MOSFET晶体管的同步触发。

优选的，所述加速网络单元包括电阻R13和电容C14，所述电阻R13和电容C14并联，串联在所述后级驱动耦合变压器的初级线圈上，所述加速网络单元设置在全波倍压模块与后级驱动耦合变压器之间，有效的改善了电路的开关性能。

优选的，所述全波倍压模块包括二极管D16、二极管D17、电容C21、电容C22、稳压二极管D14、稳压二极管D15、电阻R17、电阻R18和电解电容C20、二极管D13，所述电容C21与电容C22串联，并与二极管D16并联，所述稳压二极管D14与稳压二极管D15串联，并与电容C21及电容C22并联，所述电阻R17与电阻R18串联，并与稳压二极管D14及稳压二极管D15并联，所述电阻R17与电阻R18连接所述加速网络单元，所述电解电容C20和二极管D13串联后并联设置在所述电阻R17及电阻R18两端，所述电解电容C20用于在功率管阵列开关频率高时稳定供能。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型的自激振荡模块由CMOS反相器构成，通过设置不同决定时间常数的电阻和电容来灵活改变触发信号的脉宽，加速网络单元由电阻和电容并联组成，并设置在全波倍压模块和后级驱动耦合变压器的初级线圈之间，用来改善电路的开关性能，且后级驱动耦合变压器的次级线圈连接的功率管阵列的每一支路中串联若干个MOSFET，每个功率管独立驱动，驱动能力充足，实现对MOSFET的同步触发。

附图说明

图1是本实用新型的电子开关的组成结构示意图；

图2是本实用新型的自激振荡模块的电路结构示意图；

图3是本实用新型的自激振荡模块的CMOS反相器的电路原理图；

图4是本实用新型的全波倍压模块的电路原理图；

图5是本实用新型的加速网络单元的电路原理图；

图6是本实用新型的功率管阵列的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

如图1所示，本实用新型所述的一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，包括自激振荡模块和外部控制触发输入模块，自激振荡模块和外部控制触发输入模块连接有前级控制模块，自激振荡模块和外部控制触发输入模块用于控制前级控制模块的输出感应电动势，前级控制模块连接有后级控制模块和全波倍压模块，全波倍压模块用于对前级控制模块的输出电压做升压处理，通过全波倍压模块对前级控制模块的电压做升压处理，有效的提高了对后级控制模块的驱动能力，全波倍压模块连接有加速网络单元，加速网络单元连接后级控制模块，后级控制模块连接有功率管阵列。

如图1所示，前级控制模块包括前级控制功率管及前级控制耦合变压器，前级控制功率管连接前级控制耦合变压器，前级控制耦合变压器连接后级控制模块和全波倍压模块，前级控制功率管用于控制前级控制耦合变压器的初级线圈的电流变化，后级控制模块包括后级控制功率管及后级驱动耦合变压器，后级控制功率管连接后级驱动耦合变压器，后级驱动耦合变压器连接加速网络单元和功率管阵列，后级控制功率管连接前级控制耦合变压器，后级驱动耦合变压器用于对功率管阵列中的MOSFET进行通断控制，通过改变后级驱动耦合变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比，在器件的允许范围内合理设置功率管阵列中MOSFET的驱动电压，可以更好的保护电子开关，延长其使用寿命。

如图2所示，自激振荡模块包括若干个CMOS反相器，CMOS反相器的型号为TM74HC04，若干个CMOS反相器互为连接，CMOS反相器连接有电阻R16和电容C18，CMOS反相器用于控制电容C18的充电和放电，通过设置不同决定时间常数的电阻和电容，来对触发信号的脉宽进行改变。

如图3所示为CMOS反相器的内部电路原理图，初始状态下，电容C18尚未充电，A点状态为低电平，B点状态为低电平，此时管Q54导通，C点状态此时为高电平，管Q58导通，VCC通过电阻R16给电容C18充电，其中VCC、管Q54、电阻R16、电容C18、管Q58和GND构成电容充电回路；电容C18完成充电后，A点状态变为高电平，B点状态为高电平，此时管Q54关断，管Q57导通，C点状态变为低电平，管Q58关断，管Q55导通，此时管Q55、电容C18、电阻R16、管Q57和GND构成放电回路。

如图4所示，全波倍压模块包括二极管D16、二极管D17、电容C21、电容C22、稳压二极管D14、稳压二极管D15和电阻R17、电阻R18和电解电容C20、二极管D13，电容C21与电容C22串联，并与二极管D16并联，稳压二极管D14与稳压二极管D15串联，并与电容C21及电容C22并联，电阻R17与电阻R18串联，并与稳压二极管D14及稳压二极管D15并联，电阻R17与电阻R18连接加速网络单元，电解电容C20和二极管D13串联后并联设置在电阻R17及电阻R18两端，电解电容C20用于在功率管阵列开关频率高时稳定供能，二极管D16、二极管D17为快恢复二极管，全波倍压模块的工作原理为：前级控制耦合变压器的次级线圈上的交流电分别通过快恢复二极管D17和D16给电容C22和C21进行充电，稳压二极管D14和D15设置在电容C21和C22两端稳定电容两端电压，此时稳定电压值为前级控制耦合变压器次级线圈最大电压的两倍，实现全波倍压，电阻R17和R18同电容C21和C22构成放电回路，快恢复二极管D13和电解电容C20，在全波倍压过程中，通过电阻R17对电解电容C20进行充电，电解电容C20的作用是在后级通断频率较大时，稳定供能。

如图5所示，加速网络单元包括电阻R13和电容C14，电阻R13和电容C14并联，串联在后级驱动耦合变压器的初级线圈上，加速网络单元设置在全波倍压模块与后级驱动耦合变压器之间，有效的改善了电路的开关性能，加速网络单元的工作原理为：刚接通电压时，电容C14将电阻R13短路，此时倍压输出电压全部加在后级驱动耦合变压器初级线圈上，产生一个较大的电流变化，电容C14充满电后，此时状态相当于断路，电阻R13起到限流作用。

如图6所示，功率管阵列为若干路并联的功率管组，每路功率管组中串联有若干个MOSFET晶体管，后级驱动耦合变压器的次级线圈数量与MOSFET晶体管的数量相同，使每个MOSFET晶体管独立驱动，驱动能力充足，实现了对MOSFET晶体管的同步触发。

具体实施时，自激振荡模块和外部控制触发输入模块对前级控制功率管的通断进行控制，使得前级控制耦合变压器的初级线圈电流发生变化，次级线圈产生感应电动势，进而实现对后级控制功率管通断的控制，同时通过全波倍压模块对前级控制耦合变压器的次级线圈的电压做升压处理，经过升压处理后，通过加速网络单元串入后级驱动耦合变压器的初级线圈，后级控制功率管由前级控制耦合变压器控制通断，同理，可使得后级驱动耦合变压器的次级线圈产生感应电动势，进而对功率管阵列中设置的MOSFET晶体管进行通断控制。

本实用新型的自激振荡模块由CMOS反相器构成，通过设置不同决定时间常数的电阻和电容来灵活改变触发信号的脉宽，加速网络单元由电阻和电容并联组成，并设置在全波倍压模块和后级驱动耦合变压器的初级线圈之间，用来改善电路的开关性能，且后级驱动耦合变压器的次级线圈连接的功率管阵列的每一支路中串联若干个MOSFET，每个功率管独立驱动，驱动能力充足，实现对MOSFET的同步触发。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，其特征在于：包括自激振荡模块和外部控制触发输入模块，所述自激振荡模块和外部控制触发输入模块连接有前级控制模块，所述自激振荡模块和外部控制触发输入模块用于控制所述前级控制模块的输出感应电动势，所述前级控制模块连接有后级控制模块和全波倍压模块，所述全波倍压模块用于对所述前级控制模块的输出电压做升压处理，所述全波倍压模块连接有加速网络单元，所述加速网络单元连接所述后级控制模块，所述后级控制模块连接有功率管阵列。

2.根据权利要求1所述的一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，其特征在于：所述前级控制模块包括前级控制功率管及前级控制耦合变压器，所述前级控制功率管连接所述前级控制耦合变压器，所述前级控制耦合变压器连接所述后级控制模块和全波倍压模块，所述前级控制功率管用于控制所述前级控制耦合变压器的初级线圈的电流变化。

3.根据权利要求2所述的一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，其特征在于：所述后级控制模块包括后级控制功率管及后级驱动耦合变压器，所述后级控制功率管连接所述后级驱动耦合变压器，所述后级驱动耦合变压器连接所述加速网络单元和功率管阵列，所述后级控制功率管连接所述前级控制耦合变压器，所述后级驱动耦合变压器用于对所述功率管阵列中的MOSFET进行通断控制。

4.根据权利要求1所述的一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，其特征在于：所述自激振荡模块包括若干个CMOS反相器，若干个所述CMOS反相器互为连接，所述CMOS反相器连接有电阻R16和电容C18，所述CMOS反相器用于控制电容C18的充电和放电。

5.根据权利要求3所述的一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，其特征在于：所述功率管阵列为若干路并联的功率管组，每路所述功率管组中串联有若干个MOSFET晶体管。

6.根据权利要求5所述的一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，其特征在于：所述后级驱动耦合变压器的次级线圈数量与所述MOSFET晶体管的数量相同，使每个MOSFET晶体管独立驱动。

7.根据权利要求3所述的一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，其特征在于：所述加速网络单元包括电阻R13和电容C14，所述电阻R13和电容C14并联，串联在所述后级驱动耦合变压器的初级线圈上。

8.根据权利要求2所述的一种脉宽可调的同步驱动MOSFET电子开关，其特征在于：所述全波倍压模块包括二极管D16、二极管D17、电容C21、电容C22、稳压二极管D14、稳压二极管D15、电阻R17、电阻R18和电解电容C20、二极管D13，所述电容C21与电容C22串联，并与二极管D16并联，所述稳压二极管D14与稳压二极管D15串联，并与电容C21及电容C22并联，所述电阻R17与电阻R18串联，并与稳压二极管D14及稳压二极管D15并联，所述电阻R17与电阻R18连接所述加速网络单元，所述电解电容C20和二极管D13串联后并联设置在所述电阻R17及电阻R18两端。

Images