CN218387480U - 基于光电隔离器的栅极驱动电路及电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光电隔离器的栅极驱动电路及电器，所述栅极驱动电路包括用于驱动外部电路工作的驱动电路、用于控制所述驱动电路中开关管通断状态的驱动芯片，还包括连接在所述驱动芯片与所述驱动电路之间的控制电路，所述控制电路包括与所述驱动芯片连接的控制侧、以及与所述驱动电路连接的受控侧，且所述控制侧与所述受控侧采用光电隔离。与现有技术相比，本实用新型通过发光二极管控制光电晶体管，进而控制驱动电路中开关管通断状态，能起到隔离强弱电的作用。同时光电晶体管的连接成推挽电路的形式，能有效降低开关损耗，提高开关速率。

Description

基于光电隔离器的栅极驱动电路及电器

技术领域

本实用新型涉及驱动电路，特别是一种基于光电隔离器的栅极驱动电路及电器。

背景技术

在电路设计中，驱动电路的控制端一般与驱动芯片连接，用于弱电网络中，被控端一般与负载连接，用于强电网络中，在工作时会存在强干扰，如果该干扰没有处理好，会严重影响控制端的工作，导致控制端失常而出现控制异常的问题。现有驱动电路中大多都是由驱动芯片直接控制开关管，这样无法将强弱电隔离开，会影响元器件的可靠性。

因此，如何设计一种基于光电隔离器的栅极驱动电路及电器，能将驱动电路中强电部分和弱点部分隔离开，保护器件，是业界亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术中，驱动电路中强弱电无法隔离开，会影响元器件可靠性的问题，本实用新型提出了一种基于光电隔离器的栅极驱动电路及电器。

本实用新型的思路在于，提出了一种基于光电隔离器的栅极驱动电路及电器，包括用于驱动外部电路工作的驱动电路、用于控制所述驱动电路中开关管通断状态的驱动芯片，还包括连接在所述驱动芯片与所述驱动电路之间的控制电路，所述控制电路包括与所述驱动芯片连接的控制侧、以及与所述驱动电路连接的受控侧，且所述控制侧与所述受控侧采用光电隔离。

进一步，所述驱动电路包括组成同一桥臂的开关管MH和开关管ML，且所述开关管MH作为上臂开关、所述开关管ML作为下臂开关，所述开关管MH与所述开关管ML的导通状态互补。

进一步，所述控制电路包括与所述开关管MH的栅极连接第一控制电路、以及与所述开关管ML连接的第二控制电路，且当所述第一控制电路输出高电平信号时，所述开关管MH导通，当所述第二控制电路输出低电平信号时，所述开关管ML导通。

进一步，所述第一控制电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D5、二极管D6、光电晶体管Q1、光电晶体管Q2、电容C1；

所述光电晶体管Q1的第一端连接到所述电容C1的一侧、第二端连接到所述光电晶体管Q2的第一端，所述光电晶体管Q2的第二端连接到所述电容C1的另一侧，所述二极管D5的正极接入电源、负极连接到所述光电晶体管Q1与所述电容C1之间，所述二极管D6的正极接入电源、负极连接到所述光电晶体管Q1与所述电容C1之间，所述开关管MH的栅极连接到所述光电晶体管Q1与所述光电晶体管Q2之间；

所述二极管D1的正极连接到所述驱动芯片的第一引脚、负极接地，所述二极管D2的正极连接到所述驱动芯片的第二引脚、负极接地。

进一步，所述二极管D1与所述光电晶体管Q1组成光电隔离器，所述二极管D2与所述光电晶体管Q2组成光电隔离器，且所述二极管D1与所述二极管D2组成所述第一控制电路的控制侧，所述光电晶体管Q1与所述光电晶体管Q2组成所述第一控制电路的受控侧。

进一步，所述第一引脚与所述第二引脚的输出信号互补，且当所述第一引脚输出高电平信号时，所述开关管MH导通，当所述第一引脚输出低电平信号时，所述开关管MH截止。

进一步，所述第二控制电路包括：二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、光电晶体管Q3、光电晶体管Q4；

所述光电晶体管Q3的第一端连接到所述二极管D5和所述二极管D6的负极、第二端连接到所述光电晶体管Q4的第一端，所述光电晶体管Q4的第二端接地，所述二极管D5的正极和所述二极管D6的正极连接电源，所述开关管ML的栅极连接到所述光电晶体管Q3与所述光电晶体管Q4之间；

所述二极管D3的正极连接到所述驱动芯片的第三引脚、负极接地，所述二极管D4的正极连接到所述驱动芯片的第四引脚、负极接地。

进一步，所述二极管D3与所述光电晶体管Q3组成光电隔离器，所述二极管D4与所述光电晶体管Q4组成光电隔离器，且所述二极管D3与所述二极管D4组成所述第二控制电路的控制侧，所述光电晶体管Q3与所述光电晶体管Q4组成所述第二控制电路的受控侧。

进一步，所述第三引脚与所述第四引脚的输出信号互补，且所述第三引脚与第一引脚的输出信号互补，当所述第三引脚输出高电平信号时，所述开关管ML导通，当所述第三引脚输出低电平信号时，所述开关管ML截止。

本实用新型还提出了一种电器，所述电器具有上述栅极驱动电路。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：

本实用新型通过发光二极管控制光电晶体管，进而控制驱动电路中开关管通断状态，能起到隔离强弱电的作用。同时光电晶体管的连接成推挽电路的形式，能有效降低开关损耗，提高开关速率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的电路连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本实用新型的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本实用新型的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

下面结合附图以及实施例对本实用新型的原理及结构进行详细说明。

在电路设计中，驱动电路的控制端一般与驱动芯片连接，用于弱电网络中，被控端一般与负载连接，用于强电网络中，在工作时会存在强干扰，如果该干扰没有处理好，会严重影响控制端的工作，导致控制端失常而出现控制异常的问题。本实用新型的思路在于，通过发光二极管控制光电晶体管，形成一光电隔离器，进而控制驱动电路中开关管通断状态，起到隔离强弱电的作用，从而保护元器件。

本实用新型提出的栅极驱动电路，包括：

驱动电路，其与外部电路连接，并可通过其开关管的通断状态调节输出给外部电路的信号大小，用于驱动外部电路工作；

驱动芯片，与上述驱动电路连接，用于向驱动电路发出驱动信号，进而控制驱动电路中各开关管的通断状态，调节驱动电路的输出，达到控制外部电路的目的；

控制电路，分别连接驱动芯片和驱动电路，用于将驱动芯片输出的驱动信号发送给驱动电路，此外，控制电路包括与驱动芯片连接的控制侧、以及与驱动电路连接的受控侧，且控制侧与受控侧采用光电隔离。其中，控制侧由于与驱动芯片连接，处于弱电，受控测与驱动电路连接，处于强电，本实用新型通过将控制侧和受控侧光电隔离，能够将强电和弱电隔离开，从而避免了弱电侧元器件受到干扰。

请参见图1，驱动电路包括组成同一桥臂的开关管MH和开关管ML，且开关管MH作为上臂开关、开关管ML作为下臂开关，本实用新型中，通过调节开关管MH和开关管ML的导通时间，即占空比，可以调节驱动电路输出的信号大小，进而调节外部电路的工作状态。此外，为避免同一桥臂直通导致的短路问题，本实用新型中设置开关管MH和开关管ML的导通状态互补，其开关管MH和开关管ML的导通状态通过驱动芯片输出的驱动信号控制。

为实现对驱动电路中上臂开关以及下臂开关的隔离控制，本实用新型分别设置有第一控制电路和第二控制电路，其中第一控制电路与开关管MH的栅极连接，第二控制电路与开关管ML的栅极连接，使得当第一控制电路输出高电平信号时，开关管MH导通，反之当第一控制电路输出低电平信号时，开关管MH截止，当第二控制电路输出高电平信号时，开关管ML导通，第二控制电路输出低电平信号时，开关管ML截止。

请参见图1，第一控制电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D5、二极管D6、光电晶体管Q1、光电晶体管Q2、电容C1；

光电晶体管Q1的第一端连接到电容C1的一侧、第二端连接到光电晶体管Q2的第一端，光电晶体管Q2的第二端连接到电容C1的另一侧，二极管D5的正极接入电源、负极连接到光电晶体管Q1与电容C1之间，二极管D6的正极接入电源、负极连接到光电晶体管Q1与电容C1之间，开关管MH的栅极连接到光电晶体管Q1与光电晶体管Q2之间；

二极管D1的正极连接到驱动芯片的第一引脚、负极接地，二极管D2的正极连接到驱动芯片的第二引脚、负极接地。

该连接方式中，光电晶体管Q1和光电晶体管Q2组成一推挽电路，其相比于传统电路具有输出功率转换高的特点，能够有效降低开关损耗，提高开关效率。此外，二极管D1与光电晶体管Q1组成一光电隔离器，二极管D2与光电晶体管Q2组成另一光电隔离器，能够将光信号转换为电信号，并起到强电弱电隔离的作用。

其中，二极管D1和二极管D2作为第一控制电路的控制侧，接收驱动芯片发出的驱动信号，光电晶体管Q1和光电晶体管Q2作为第一控制电路的受控侧，用于向驱动电路输出该驱动信号，为提高信号传输效率，光电晶体管Q1和光电晶体管Q2采用具有非常高的电隔离的硅NPN光电晶体管，其与二极管D1和二极管D2组成的光电隔离器具有非常高的开关速度，能满足驱动电路的设计需求。电路中每个光电晶体管均受到二极管的红外线光源控制，而二极管由驱动芯片发出的脉冲信号控制，从而实现驱动芯片对驱动电路的控制。

请参见图1，第二控制电路包括：二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、光电晶体管Q3、光电晶体管Q4；

光电晶体管Q3的第一端连接到二极管D5和二极管D6的负极、第二端连接到光电晶体管Q4的第一端，光电晶体管Q4的第二端接地，二极管D5的正极和二极管D6的正极连接电源，开关管ML的栅极连接到光电晶体管Q3与光电晶体管Q4之间；

二极管D3的正极连接到驱动芯片的第三引脚、负极接地，二极管D4的正极连接到驱动芯片的第四引脚、负极接地。

该连接方式中，光电晶体管Q3和光电晶体管Q4组成一推挽电路，其相比于传统电路具有输出功率转换高的特点，能够有效降低开关损耗，提高开关效率。此外，二极管D3与光电晶体管Q3组成一光电隔离器，二极管D4与光电晶体管Q4组成另一光电隔离器，能够将光信号转换为电信号，并起到强电弱电隔离的作用。

其中，二极管D3和二极管D4作为第二控制电路的控制侧，接收驱动芯片发出的驱动信号，光电晶体管Q3和光电晶体管Q4作为第二控制电路的受控侧，用于向驱动电路输出该驱动信号，为提高信号传输效率，光电晶体管Q3和光电晶体管Q4采用具有非常高的电隔离的硅NPN光电晶体管，其与二极管D3和二极管D4组成的光电隔离器具有非常高的开关速度，能满足驱动电路的设计需求。电路中每个光电晶体管均受到二极管的红外线光源控制，而二极管由驱动芯片发出的脉冲信号控制，从而实现驱动芯片对驱动电路的控制。

相比于第二控制电路处的连接，本实用新型在第一控制电路中设置有一电容C1，其作为稳压储能电容，用于维持电源的稳定。由于第二控制电路另一侧直接连接到地，故不需要额外附加电容。

为保证第一控制电路的正常输出，需要保证光电晶体管Q1和光电晶体管Q2组成的推挽电路不同时导通，为此，本实用新型中设置第一引脚与第二引脚的输出信号处于互补关系，同理，为避免光电晶体管Q3和光电晶体管Q4组成的推挽电路不同时导通，本实用新型中设置第三引脚与第四引脚的输出信号处于互补关系。此外，为保证开关管MH和开关管ML的导通状态处于互补状态，本实用新型还控制第一引脚和第三引脚的输出信号互补。

请参见图1，HQ作为第一引脚的输出信号，LQ作为第三引脚的输出信号，第二引脚输出第一引脚的互补信号，第四引脚输出第三引脚的互补信号，HO作为第一控制电路输出给开关管MH的驱动信号，LO作为第二控制电路输出给开关管ML的驱动信号；

本实用新型的整体工作原理为：

当驱动芯片的第一引脚输出高电平信号时，二极管D1导通发光，使得光电晶体管Q1导通，此时第二引脚输出低电平信号，二极管D2截止，光电晶体管Q2截止，此时开关管MH的栅极接收到信号HO为高电平，处于导通状态；

同时第三引脚输出低电平信号，使得二极管D3截止，光电晶体管Q3截止，第四引脚输出高电平信号，二极管D4导通发光，使得光电晶体管Q4导通，此时开关管ML的栅极接收到信号LO为低电平，处于截止状态；

该情况下驱动电路的上臂开关导通，下臂开关截止；

反之，当驱动芯片的第一引脚输出低电平信号时，二极管D1截止，光电晶体管Q1截止，此时第二引脚输出高电平信号，二极管D2导通发光，使得光电晶体管Q2导通，此时开关管MH的栅极接收到信号HO为低电平，处于截止状态；

同时第三引脚输出高电平信号，二极管D3导通发光，光电晶体管Q3导通，第四引脚输出低电平信号，使得二极管D4截止，光电晶体管Q4截止，此时开关管ML的栅极接收到信号LO为高电平，处于导通状态；

该情况下驱动电路的上臂开关截止，下臂开关导通。

通过调节各引脚输出信号的占空比，能够调节驱动电路输出信号的大小，从而调节外部电路的工作，满足用户需求。

为实现更好的控制，本实用新型中将第二引脚作为第一引脚的非门输出，第四引脚作为第三引脚的非门输出，在实际控制时只用考虑HQ和LQ的输出即可，其信号HQ和LQ分别由信号HIN和LIN控制，HIN和LIN由外部的主芯片控制。此外，在本实用新型的实际应用中，还需要预设死区时间进行延时，这个死区时间能够避免HQ和LQ信号的重叠，避免避免驱动电路的上下桥臂同时导通。

本实用新型还提出了一种电器，其具有上述栅极驱动电路。

与现有技术相比，本实用新型通过发光二极管控制光电晶体管，进而控制驱动电路中开关管通断状态，能起到隔离强弱电的作用。同时光电晶体管的连接成推挽电路的形式，能有效降低开关损耗，提高开关速率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于光电隔离器的栅极驱动电路，包括用于驱动外部电路工作的驱动电路、用于控制所述驱动电路中开关管通断状态的驱动芯片，其特征在于，还包括连接在所述驱动芯片与所述驱动电路之间的控制电路，所述控制电路包括与所述驱动芯片连接的控制侧、以及与所述驱动电路连接的受控侧，且所述控制侧与所述受控侧采用光电隔离。

2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括组成同一桥臂的开关管MH和开关管ML，且所述开关管MH作为上臂开关、所述开关管ML作为下臂开关，所述开关管MH与所述开关管ML的导通状态互补。

3.根据权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述控制电路包括与所述开关管MH的栅极连接第一控制电路、以及与所述开关管ML连接的第二控制电路，且当所述第一控制电路输出高电平信号时，所述开关管MH导通，当所述第二控制电路输出低电平信号时，所述开关管ML导通。

4.根据权利要求3所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述第一控制电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D5、二极管D6、光电晶体管Q1、光电晶体管Q2、电容C1；

所述光电晶体管Q1的第一端连接到所述电容C1的一侧、第二端连接到所述光电晶体管Q2的第一端，所述光电晶体管Q2的第二端连接到所述电容C1的另一侧，所述二极管D5的正极接入电源、负极连接到所述光电晶体管Q1与所述电容C1之间，所述二极管D6的正极接入电源、负极连接到所述光电晶体管Q1与所述电容C1之间，所述开关管MH的栅极连接到所述光电晶体管Q1与所述光电晶体管Q2之间；

所述二极管D1的正极连接到所述驱动芯片的第一引脚、负极接地，所述二极管D2的正极连接到所述驱动芯片的第二引脚、负极接地。

5.根据权利要求4所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述二极管D1与所述光电晶体管Q1组成光电隔离器，所述二极管D2与所述光电晶体管Q2组成光电隔离器，且所述二极管D1与所述二极管D2组成所述第一控制电路的控制侧，所述光电晶体管Q1与所述光电晶体管Q2组成所述第一控制电路的受控侧。

6.根据权利要求4所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述第一引脚与所述第二引脚的输出信号互补，且当所述第一引脚输出高电平信号时，所述开关管MH导通，当所述第一引脚输出低电平信号时，所述开关管MH截止。

7.根据权利要求3所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述第二控制电路包括：二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、光电晶体管Q3、光电晶体管Q4；

所述光电晶体管Q3的第一端连接到所述二极管D5和所述二极管D6的负极、第二端连接到所述光电晶体管Q4的第一端，所述光电晶体管Q4的第二端接地，所述二极管D5的正极和所述二极管D6的正极连接电源，所述开关管ML的栅极连接到所述光电晶体管Q3与所述光电晶体管Q4之间；

所述二极管D3的正极连接到所述驱动芯片的第三引脚、负极接地，所述二极管D4的正极连接到所述驱动芯片的第四引脚、负极接地。

8.根据权利要求7所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述二极管D3与所述光电晶体管Q3组成光电隔离器，所述二极管D4与所述光电晶体管Q4组成光电隔离器，且所述二极管D3与所述二极管D4组成所述第二控制电路的控制侧，所述光电晶体管Q3与所述光电晶体管Q4组成所述第二控制电路的受控侧。

9.根据权利要求8所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述第三引脚与所述第四引脚的输出信号互补，且所述第三引脚与第一引脚的输出信号互补，当所述第三引脚输出高电平信号时，所述开关管ML导通，当所述第三引脚输出低电平信号时，所述开关管ML截止。

10.电器，其特征在于，所述电器具有如权利要求1至9任意一项权利要求所述的栅极驱动电路。

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