CN218868209U - 一种磁隔离的mos管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种磁隔离的MOS管驱动电路，包括主功率桥臂、驱动变压器T1、第一单向限流驱动电路、第二单向限流驱动电路、MOS管Q2和Q3；主功率桥臂包括MOS管Q1和MOS管Q4，驱动变压器T1包括初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组。本申请通过三绕组变压器将两个互补的驱动信号进行隔离变换，在两个次级绕组产生两个正负极性相反的电压信号，通过MOS管Q1的驱动控制电路(第一单向限流驱动电路和MOS管Q2)使功率MOS管Q1的驱动只有正向电压信号，且当出现关断信号时能快速泄放功率MOS管Q1上的寄生能量；通过MOS管Q4的驱动电路(第二单向限流驱动电路和MOS管Q3)使功率MOS管Q4的驱动只有正向电压信号，且当出现关断信号时能快速泄放功率MOS管Q4上的寄生能量。

Description

一种磁隔离的MOS管驱动电路

技术领域

本申请涉及电子电力技术领域，具体涉及一种磁隔离的MOS管驱动电路。

背景技术

MOS管，是MOSFET的缩写。MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。MOS管为压控元件，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。MOS管已被广泛应用于航空航天、机车舰船、军工兵器、发电配电、邮电通信、冶金矿山、自动控制、家用电器、仪器仪表和科研实验等社会生产和生活的各个领域。尤其在开关电源的应用中特别广泛，几乎每个开关电源产品中都至少需要一个MOS管。

MOS管是电压控制元件，正常导通工作时只需从信号源取较少电流。但是由于寄生结电容的存在，每次关断都需要将寄生电容的残存电压泄放掉后才能真正关断MOS管。当MOS管工作在高频开关状态时，尤其需要快速将MOS管寄生电容上残存的寄生能量泄放掉，否则将大大增加关断时间，增加开关损耗，影响MOS管的可靠性。

MOS管在开关电源、电机驱动器等的应用过程中，经常需要组成串联的桥式拓扑(半桥、全桥、H桥)，成对的出现，并且上下MOS管的驱动信号需要隔离且互补。上下MOS管的常用驱动方式是光耦隔离驱动方式、电容隔离驱动方式、变压器磁隔离驱动方式。

变压器磁隔离的驱动方式响应速度最快，隔离耐压最容易控制，但是碳化硅等一些MOS管只能承受很小的负电压，同时又要能够实现MOS管的快速关断。

因此发明人认识到，为了更好地解决上述的变压器磁隔离驱动MOS管时的所存在问题，驱动电路需要保证没有负电压且能够快速泄放掉MOS管的寄生电容上的残余电量，然而现有的磁隔离驱动电路并不能很好地做到这一点。

实用新型内容

为此，本申请提供一种磁隔离的MOS管驱动电路，以解决现有技术存在的有的磁隔离驱动电路不能兼顾没有负电压和能够快速泄放掉MOS管的寄生电容上的残余电量的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种磁隔离的MOS管驱动电路，包括：主功率桥臂、驱动变压器T1、第一单向限流驱动电路、第二单向限流驱动电路、MOS管Q2和MOS管Q3；

所述主功率桥臂包括MOS管Q1和MOS管Q4，所述MOS管Q1的漏极与电源输入端电性连接，所述MOS管Q1的源极与所述MOS管Q4的漏极电性连接，所述MOS管Q4的源极与公共地端电性连接；

所述驱动变压器T1包括初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，所述初级绕组的第一端接入第一驱动信号，所述初级绕组的第二端接入第二驱动信号，所述第一驱动信号和第二驱动信号互补；所述第一次级绕组和第二次级绕组均产生两个正负极性相反的电压信号；

所述第一次级绕组的第一端与所述MOS管Q1的栅极和MOS管Q2的漏极均电性连接，所述第一次级绕组的第二端与所述MOS管Q2的栅极和第一单向限流驱动电路的阴极均电性连接，所述第一单向限流驱动电路的阳极与所述MOS管Q2的源极和MOS管Q1的源极均电性连接；

所述第二次级绕组的第一端与所述MOS管Q4的栅极和MOS管Q3的漏极均电性连接，所述第二次级绕组的第二端与所述MOS管Q3的栅极和第二单向限流驱动电路的阴极均电性连接，所述第二单向限流驱动电路的阳极与所述MOS管Q3的源极和公共地端均电性连接；

所述初级绕组的第一端、第一次级绕组的第一端和第二次级绕组的第二端为同名端，所述初级绕组的第二端、第一次级绕组的第二端和第二次级绕组的第一端为同名端。

可选地，所述第一单向限流驱动电路包括整流二极管D1和限流电阻R1，所述第一次级绕组的第二端与所述整流二极管D1的阴极电性连接，所述整流二极管D1的阳极与限流电阻R1的一端电性连接，所述限流电阻R1的另一端与所述MOS管Q2的源极和MOS管Q1的源极均电性连接。

可选地，所述第二单向限流驱动电路包括整流二极管D2和限流电阻R2，所述第二次级绕组的第二端与所述整流二极管D2的阴极电性连接，所述整流二极管D2的阳极与限流电阻R2的一端电性连接，所述限流电阻R2的另一端与所述MOS管Q3的源极和公共地端均电性连接。

可选地，所述MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4均为NMOS管。

可选地，所述限流电阻R1和限流电阻R2的阻值为0～10Ω。

可选地，所述MOS管Q1和MOS管Q4为碳化硅MOS管。

相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

本申请提供了一种磁隔离的MOS管驱动电路，包括主功率桥臂、驱动变压器T1、第一单向限流驱动电路、第二单向限流驱动电路、MOS管Q2和MOS管Q3；主功率桥臂包括MOS管Q1和MOS管Q4，驱动变压器T1包括初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组；本申请通过三绕组变压器将两个互补的驱动信号进行隔离变换，在两个次级输出绕组产生两个正负极性相反的电压信号，通过MOS管Q1的驱动控制电路(第一单向限流驱动电路和MOS管Q2)，使功率MOS管Q1的驱动只有正向电压信号，且当出现关断信号时能快速泄放功率MOS管Q1上的寄生能量；类似地，通过MOS管Q4的驱动电路(第二单向限流驱动电路和MOS管Q3)，使功率MOS管Q4的驱动只有正向电压信号，且当出现关断信号时能快速泄放功率MOS管Q4上的寄生能量。

附图说明

为了更直观地说明现有技术以及本申请，下面给出几个示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本申请时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本申请揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。

图1为本申请实施例提供的一种磁隔离的MOS管驱动电路的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本申请作进一步详述。

在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。

本申请中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本申请揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本申请表述的范畴。

在本申请实施例中，提供了一种磁隔离的MOS管驱动电路，包括主功率桥臂、驱动变压器T1、驱动限流电路和驱动泄放电路。其中，驱动限流电路包括两个完全一致的单向限流驱动电路，分别为第一单向限流驱动电路和第二单向限流驱动电路；驱动泄放电路主要为两个N沟道的MOS管，分别为MOS管Q2和MOS管Q3。

具体来说，主功率桥臂包括MOS管Q1和MOS管Q4，MOS管Q1的漏极与电源输入端(VIN端)电性连接，MOS管Q1的源极与MOS管Q4的漏极电性连接，MOS管Q4的源极与公共地端(GND端)电性连接；

驱动变压器T1是1个三绕组的变压器，包括初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，其中1、2脚为初级绕组，6、7是次级的1个绕组，9、10是次级的另1个绕组。初级绕组的第一端(T1-1脚)接入第一驱动信号(A)，初级绕组的第二端(T1-2脚)接入第二驱动信号(B)，第一驱动信号和第二驱动信号互补；第一驱动信号和第二驱动信号互补意味着第一驱动信号和第二驱动信号极性总是相反的，第一次级绕组和第二次级绕组均能产生两个正负极性相反的电压信号；

第一次级绕组的第一端(T1-6脚)与MOS管Q1的栅极(Q1-2脚)和MOS管Q2的漏极(Q2-3脚)均电性连接，第一次级绕组的第二端(T1-7脚)与MOS管Q2的栅极(Q2-1脚)和第一单向限流驱动电路的阴极均电性连接，第一单向限流驱动电路的阳极与MOS管Q2的源极(Q2-2脚)和MOS管Q1的源极(Q1-3脚)均电性连接；

第二次级绕组的第一端(T1-10脚)与MOS管Q4的栅极(Q4-2脚)和MOS管Q3的漏极(Q3-3脚)均电性连接，第二次级绕组的第二端(T1-9脚)与MOS管Q3的栅极(Q3-1脚)和第二单向限流驱动电路的阴极均电性连接，第二单向限流驱动电路的阳极与所述MOS管Q3的源极(Q3-2脚)和公共地端(GND端)均电性连接；

初级绕组的第一端、第一次级绕组的第一端和第二次级绕组的第二端为同名端，初级绕组的第二端、第一次级绕组的第二端和第二次级绕组的第一端为同名端。换句话说，三绕组的1、6、9脚为同名端，2、7、10脚为同名端。

进一步地，第一单向限流驱动电路包括整流二极管D1和限流电阻R1，整流二极管D1具有阳极D1-1脚和阴极D1-2脚,第一次级绕组的第二端(T1-7脚)与整流二极管D1的阴极(D1-2脚)电性连接，整流二极管D1的阳极(D1-1脚)与限流电阻R1的一端电性连接，限流电阻R1的另一端与MOS管Q2的源极(Q2-2脚)和MOS管Q1的源极(Q1-3脚)均电性连接；也就是说，限流电阻R1一端和D1-1脚相连，另一端和主功率桥臂的中心点相连。

类似地，第二单向限流驱动电路包括整流二极管D2和限流电阻R2，整流二极管D2具有阳极D2-1脚和阴极D2-2脚，第二次级绕组的第二端(T1-9脚)与整流二极管D2的阴极(D2-2脚)电性连接，整流二极管D2的阳极(D2-1脚)与限流电阻R2的一端电性连接，限流电阻R2的另一端与MOS管Q3的源极(Q3-2脚)和公共地端均电性连接；也就是说，限流电阻R2一端和D2-1脚相连，另一端和主功率桥臂的地相连。

换句话说，Q2具有栅极Q2-1脚、源极Q2-2脚、漏极Q2-3脚；栅极Q2-1脚与驱动变压器T1-7相连，同时与第一单向限流驱动电路1的D1-2相连；源极Q2-2脚与主功率桥臂的中心点相连；漏极Q2-3脚与驱动变压器的T1-6相连后连接到主功率桥臂的上管驱动。Q3具有栅极Q3-1脚、源极Q3-2脚、漏极Q3-3脚；栅极Q3-1脚与驱动变压器的T1-9相连，同时与单向限流驱动电路1的D2-2相连；源极Q3-2脚与主功率桥臂的地相连，漏极Q3-3脚与驱动变压器的T1-10相连后连接到主功率桥臂的下管驱动。

进一步地，MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4均为NMOS管。

进一步地，限流电阻R1和限流电阻R2的阻值为0～10Ω。

本申请的工作原理如下：

本实用新型通过三绕组变压器将A、B两个互补的驱动信号进行隔离变换和放大，在两个次级输出绕组(第一次级绕组和第二次级绕组)分别产生两个正负极性相反的电压信号；

当第一驱动信号A为正电压、第二驱动信号B为负电压时，驱动变压器T1的6脚输出正电压、7脚输出负电压，此时功率MOS管Q1导通；当出现关断信号，也就是第一驱动信号A为负电压、第二驱动信号B为正电压时，驱动变压器T1的6脚输出负电压、7脚输正电压，此时MOS管Q2导通，使得功率MOS管Q1上的寄生电容的残余电量能够快速泄放；

类似地，当第一驱动信号A为负电压、第二驱动信号B为正电压时，驱动变压器T1的9脚输出负电压、10脚输出正电压，此时功率MOS管Q4导通；当出现关断信号，也就是第一驱动信号A为正电压、第二驱动信号B为负电压时，驱动变压器T1的9脚输出正电压、10脚输出负电压，此时MOS管Q3导通，使得功率MOS管Q4上的寄生电容的残余电量能够快速泄放；

也就是说，通过上管(Q1)的驱动控制电路(R1、D1、Q2)，使功率MOS管Q1的驱动只有正向电压信号，且当出现关断信号时能快速泄放功率MOS管Q1上的寄生能量；类似地，通过下管(Q4)的驱动电路(R2、D2、Q3)，使功率MOS管Q4的驱动只有正向电压信号，且当出现关断信号时能快速泄放功率MOS管Q4上的寄生能量。

本申请具有能够驱动需要隔离互补，且不需要负驱动电压的碳化硅等功率MOS管的优点：

(1)可以有效地保证两路MOS管的驱动之间隔离。

(2)可以有效地保证两路的互补特性。

(3)可以有效地保证每个MOS管驱动没有负电压产生。

(4)可以有效地保证每个MOS管能够快速泄放掉寄生的驱动能量。

本申请能够解决变压器磁隔离驱动MOS管时的不需要负电压且能快速泄放寄生能量的兼顾问题，本申请主要应用于桥式拓扑中的MOS管的驱动设计，通过驱动电路使两路功率MOS管的驱动隔离、互补、没有负电压、能够快速放掉寄生能量，使MOS管在电路拓扑中的工作更可靠。本申请可以应用于多绕组的驱动电路。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，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；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。

上文中通过一般性说明及具体实施例对本申请作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本申请的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本申请的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本申请的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种磁隔离的MOS管驱动电路，其特征在于，包括：主功率桥臂、驱动变压器T1、第一单向限流驱动电路、第二单向限流驱动电路、MOS管Q2和MOS管Q3；

所述主功率桥臂包括MOS管Q1和MOS管Q4，所述MOS管Q1的漏极与电源输入端电性连接，所述MOS管Q1的源极与所述MOS管Q4的漏极电性连接，所述MOS管Q4的源极与公共地端电性连接；

所述驱动变压器T1包括初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，所述初级绕组的第一端接入第一驱动信号，所述初级绕组的第二端接入第二驱动信号，所述第一驱动信号和第二驱动信号互补；所述第一次级绕组和第二次级绕组均产生两个正负极性相反的电压信号；

所述第一次级绕组的第一端与所述MOS管Q1的栅极和MOS管Q2的漏极均电性连接，所述第一次级绕组的第二端与所述MOS管Q2的栅极和第一单向限流驱动电路的阴极均电性连接，所述第一单向限流驱动电路的阳极与所述MOS管Q2的源极和MOS管Q1的源极均电性连接；

所述第二次级绕组的第一端与所述MOS管Q4的栅极和MOS管Q3的漏极均电性连接，所述第二次级绕组的第二端与所述MOS管Q3的栅极和第二单向限流驱动电路的阴极均电性连接，所述第二单向限流驱动电路的阳极与所述MOS管Q3的源极和公共地端均电性连接；

所述初级绕组的第一端、第一次级绕组的第一端和第二次级绕组的第二端为同名端，所述初级绕组的第二端、第一次级绕组的第二端和第二次级绕组的第一端为同名端。

2.根据权利要求1所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述第一单向限流驱动电路包括整流二极管D1和限流电阻R1，所述第一次级绕组的第二端与所述整流二极管D1的阴极电性连接，所述整流二极管D1的阳极与限流电阻R1的一端电性连接，所述限流电阻R1的另一端与所述MOS管Q2的源极和MOS管Q1的源极均电性连接。

3.根据权利要求1所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述第二单向限流驱动电路包括整流二极管D2和限流电阻R2，所述第二次级绕组的第二端与所述整流二极管D2的阴极电性连接，所述整流二极管D2的阳极与限流电阻R2的一端电性连接，所述限流电阻R2的另一端与所述MOS管Q3的源极和公共地端均电性连接。

4.根据权利要求1所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4均为NMOS管。

5.根据权利要求2 所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述限流电阻R1和限流电阻R2的阻值为0～10Ω。

6.根据权利要求1所述的MOS管驱动电路，其特征在于，所述MOS管Q1和MOS管Q4为碳化硅MOS管。

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