单电源负压功率开关管驱动电路的制作方法

本发明涉及功率开关管驱动电路。

背景技术：

开关速度更快的功率mosfet可以实现更高的功率转换效率。但是，随着开关速度的提高，装置和电路板上的寄生元件对开关特性的影响也随之加大。从而带来一些副作用，比如出现电压/电流尖峰或emi性能恶化。由于功率mosfet是栅极控制型器件，所以实现平衡的重点在于优化栅极驱动电路。最大限度地减少印制电路板上的寄生电感和电容同样重要。针对全桥或半桥电路，如果驱动设计不合理，上下管会直通，进而带来严重的后果，当然理想设计下，是不会遇到上下管驱动同时导通mos晶体管的情况，由于米勒电容的存在，在有干扰下，很容易造成驱动mos晶体管关断的时候误开通，造成设计的产品损坏，影响产品的可靠性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能在功率开关管关断时快速、稳定地产生负电压供给该功率开关管、以实现功率开关管的可靠关断的功率开关管驱动电路。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种单电源负压功率开关管驱动电路，包括推挽电路、负压产生电路及输出电路；推挽电路的第一输入端与直流电源连接，推挽电路的第二输入端接地，推挽电路的受控端用于接收外部输入的控制信号；负压产生电路包括稳压二极管和第一电容，稳压二极管与第一电容并联，稳压二极管的负极与第一电容的第一端的共接点连接于推挽电路的输出端；输出电路包括第一pnp型三极管和保护二极管，第一pnp型三极管的基极连接于稳压二极管的正极与第一电容的第二端的共接点，第一pnp型三极管的集电极连接保护二极管的正极，保护二极管的负极接地，第一pnp型三极管的发射极与输出电路的输出端连接。

采用上述技术方案后，本发明至少具有以下技术效果：

1、本发明实施例的驱动电路在功率开关管关断时，能为功率开关管提供负的关断电压，解决了在单电源供电情况下，全桥或半桥电路中上桥臂、下桥臂功率开关管在关断的时候由于米勒电容存在导致误开通的问题，增加了驱动电路的可靠性、抗干扰性以及产品的稳定性，避免了外部、内部干扰给产品带来的不利影响；

2、根据本发明实施例的输出电路设有第一pnp型三极管和保护二极管，当功率开关管关断时，第一pnp型三极管导通，可以快速拉低驱动电路的驱动电压，加快功率开关管的关断速度，并使提供给功率开关管的负关断电压更加稳定，从而提高了驱动电路的可靠性。

附图说明

图1示出了根据本发明一实施例的单电源负压功率开关管驱动电路的电路原理图。

图2示出了根据本发明一实施例的单电源负压功率开关管驱动电路的应用示例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

图1示出了根据本发明一实施例的单电源负压功率开关管驱动电路的电路原理图。请参考图1，根据本发明一实施例的单电源负压功率开关管驱动电路包括推挽电路、负压产生电路及输出电路。

推挽电路的第一输入端与直流电源vcc连接，推挽电路的第二输入端接地，推挽电路的受控端drive-1用于接收外部输入的控制信号。

在本实施例中，推挽电路包括npn型三极管q1和第二pnp型三极管q2，npn型三极管q1的基极与第二pnp型三极管q2的基极均连接推挽电路的受控端，npn型三极管q1的发射极与第二pnp型三极管q2的发射极均连接推挽电路的输出端o1。npn型三极管q1的集电极连接直流电源vcc，第二pnp型三极管q2的集电极接地，即，npn型三极管q1的集电极和第二pnp型三极管q2的集电极分别作为推挽电路的第一、第二输入端。

进一步地，推挽电路还包括第一电阻r1，第一电阻r1连接在直流电源vcc与npn型三极管的集电极之间。

负压产生电路包括稳压二极管d1和第一电容c1，稳压二极管d1与第一电容c1并联，稳压二极管d1的负极与第一电容c1的第一端的共接点连接于推挽电路的输出端o1。

输出电路包括第一pnp型三极管q3和保护二极管d3，第一pnp型三极管q3的基极连接于稳压二极管d1的正极与第一电容c1的第二端的共接点，第一pnp型三极管q3的集电极连接保护二极管d3的正极，保护二极管d3的负极接地，第一pnp型三极管q3的发射极与输出电路的输出端drive-2连接，输出电路的输出端drive-2（也即该单电源负压功率开关管驱动电路的输出端）用于连接待驱动的功率开关管的控制端，该功率开关管可以是mos管或igbt管。

进一步地，输出电路包括第四电阻r4和第五电阻r5。第四电阻r4的第一端连接于稳压二极管d1的正极与第一电容c1的第二端的共接点，第四电阻r4的第二端连接所述第一pnp型三极管的基极。第五电阻r5的第一端连接第一pnp型三极管q3的发射极，第五电阻的第二端连接输出电路的输出端drive-2。

进一步地，输出保护电路还包括双向tvs管dz1，双向tvs管dz1的第一端连接输出电路的输出端drive-2，双向tvs管dz1的第二端接地。

可选地，根据本发明实施例的单电源负压功率开关管驱动电路还包括调节电路，调节电路的第一端连接于稳压二极管d1的正极与第一电容c1的第二端的共接点，调节电路的第二端连接输出电路的输出端，调节电路用于调节与输出电路的输出端相连的功率开关管的导通时间和关断时间。

在本实施例中，调节电路包括第二电阻r2、第三电阻r3和调节二极管d2。调节二极管d2的正极分别连接稳压二极管d1的正极与第一电容c1的第二端的共接点、以及第三电阻r3的第一端，调节二极d2管的负极连接第二电阻r2的第一端，第二电阻r2的第二端分别连接输出电路的输出端drive-2和第三电阻r3的第二端。调节电路采用并联二极管加电阻的方式，可满足功率开关管的开通时间与关断时间可调。

当推挽电路的受控端drive-1的输入为高电平时，推挽电路的npn型三极管q1导通，第二pnp型三极管q2关断，第一电容c1被充电，直至第一电容c1两端的电压vc1等于稳压二极管d1的稳压电压vd1，不考虑三极管、电阻压降等因素，输出电路的输出端drive-2的输出电压vdrive-2（驱动电压）为：

vdrive-2=vcc-vd1

其中：vcc为直流电源vcc的输出电压。此时，与输出电路的输出端drive-2相连的功率开关管处于导通状态。

当推挽电路的受控端drive-1的输入为低电平时，推挽电路的npn型三极管q1关断，第二pnp型三极管q2导通，因为电容电压不能突变，vc1=vd1，第二pnp型三极管q2的集电极接地，因此，输出电路的输出端drive-2的输出电压vdrive-2为：

vdrive-2=0-vd1=-vd1

即功率开关管的关断电压为负压，保证了电路的可靠性。

第一pnp型三极管q3能够加快功率开关管的关断速度。当与输出电路的输出端drive-2相连的功率开关管关断时，稳压二极管d1的正极电压（即第一pnp型三极管q3的基极电压）为-vd1，第一pnp型三极管q3导通，从而将驱动电压vdrive-2快速拉低。保护二极管d3能够防止反向电流损坏第二pnp型三极管q3。另外，双向tvs管dz1，可以钳位住功率开关管的栅极电压，防止过压损坏功率开关管。

图2示出了根据本发明一实施例的单电源负压功率开关管驱动电路的应用示例。在图2中，两个本发明实施例的单电源负压功率开关管驱动电路被用来驱动一半桥电路。

在上桥臂mos晶体管t1开通时，由于米勒电容的存在下桥臂mos晶体管t2的栅极电压将升高，一旦此电压超过mos晶体管的阈值电压，那么下桥臂mos晶体管t2将开通，这样就会导致上下桥臂直通，引起炸机。而在本实施例的单电源负压功率开关管驱动电路中，由于第一pnp型三极管q3的存在，一旦下桥臂mos晶体管t2的栅极电压升高，第一pnp型三极管q3的基级电流将迅速增大，而且下桥臂mos晶体管t2的栅极电压越高，q3的基级电流将越大，从而形成强烈的负反馈，将下桥臂mos晶体管t2的栅极电压稳定在-vd1。

在一种具体的实施方式中，直流电源的输出电压为15v，稳压二极管的稳压电压为2.4v，mos晶体管的启动电压为8v，第一电阻r1的阻值为4.75欧姆，第二电阻r2的阻值可选为47欧姆，第三电阻r3的阻值为47欧姆，第四电阻r4的阻值为150欧姆，第五电阻r5的阻值为1欧姆。第一电容c1的容值为2.2uf，型号为sc1206，耐压值为25v。

采用本发明实施例的单电源负压功率开关管驱动电路，由于能为mos晶体管提供稳定的负的关断电压，可确保mos晶体管在关断的时候不会因为干扰而出现误开通，并使得mos晶体管的开通电压更高，确保了电路的可靠性。