一种功率MOS的被动快速关断电路的制作方法

一种功率mos的被动快速关断电路
技术领域
1.本发明涉及mosfet驱动技术领域，更具体地说，涉及一种功率mos的被动快速关断电路。


背景技术：

2.mosfet广泛的被用在各种电子开关及保护电路中，只要vgs＞vgs(th)即可导通，小于则关断，一般来说我们希望mosfet是个纯粹的开关，信号动作的时候无延时开启，信号关闭的时候mosfet无延时关断。
3.但实际因为有mosfet gs结电容存在，vgs需要通过充放电结电容才能进行电压调整，因此mosfet开启和关闭速度都是受限的，这会导致mosfet在开启和关断过程中，都需要一定的动作延时，特别是在mosfet关断过程中，若回路有大电流，moseft关断时间较长，可能会导致mosfet过功率烧毁，mosfet的关断保护驱动分为两种，一种是主动保护驱动，即开启是电源主动接入mosfet的gs，快速充满gs电容，完成开启动作，关闭的时候也是由信号主动将g极电压快速拉低到s极，完成泄放即关断保护，这样开启和关断延时就很小，但实际有很多场景，在mosfet保护后s极会变成外部电压或者不确定电压，因此不能将主动的内部信号引入控制，否则内部信号有损坏风险，因此需要mosfet做被动关断控制，仅是将电源信号移除，而不能进行主动关断，mosfet的gs电容需要通过自身电路缓慢消耗至低电压，完成mosfet的关断保护，这样关断速度就会很慢，在大电流关断过程中，mosfet可能有过功率风险。
4.请参阅图2，如图2所示场景mosfet在关断时，s极关断后处于悬空，因此需要用使用被动关断保护；
5.现有技术主要有如下几种方案：
6.请参阅3，如图3所示，有如下两种方案：方案1、gs直接并联泄放电阻，靠关断后的gs泄放电阻缓慢泄放掉mosfet的gs结电容电压，完成关断，泄放电流＝vgs/r，这种关断过程一般非常的长，同时在大电流关断时有很大的安全隐患；方案2，使用三极管进行加速泄放，泄放电流＝vgs/r*β(三极管放大倍数)通过泄放电阻的泄放电流，通过三极管的放大，进行了更快速度的泄放。但随着vgs电压点降低，泄放能力也逐渐降低，因此在关断末期也会很缓慢，在大电流关断的场景中，也潜在导致mosfet热击穿的风险，且泄放电流极大的受限于r的取值，若需要加速泄放，都需要降低r的大小，但降低r的大小会导致电路正常运行功耗升高，尤其不利于电池类供电产品的使用；
7.实际操作中使用方案1时，如图4所示，使用固定仿真mosfet时，在泄放电阻阻值为1m的条件下，泄放时间超过100ms；
8.实际操作中使用方案2时，如图5所示，同样泄放电阻阻值为1m，但泄放时间降低为1ms，泄放关断速度提高了100倍，但1ms同样难以满足大电流关断时可能导致mosfet击穿损坏的风险。


技术实现要素：

9.1.要解决的技术问题
10.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种功率mos的被动快速关断电路，本发明实现了不受vgs电压高低而限制，在关断过程中都拥有快速泄放能力，同时拥有开启时低功耗，保护时快速泄放的优势的电路。
11.2.技术方案
12.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
13.一种功率mos的被动快速关断电路，包括：
14.pwr电源；
15.mos晶体管q1，所述pwr电源的驱动电压端v_pwr+与mos晶体管q1的输入端连接；
16.快速泄放电路，其中，所述快速泄放电路包括：
17.正反馈泄放电路，用以快速泄放mos晶体管q1的电容，所述正反馈泄放电路包括三极管q2和三极管q3，所述三极管q2的集电极与三极管q3的基极连接，所述三极管q2的基极与三极管q3的集电极连接，所述mos晶体管q1的g极与三极管q2的发射极连接，所述三极管q3的发射极与mos晶体管q1的s极连接；以及
18.泄放电阻r1，为正反馈泄放电路启动提供初始偏置电流，所述三极管q2的基极还与泄放电阻r1的输入端连接，所述泄放电阻r1的输出端与mos晶体管q1的s级连接；
19.二极管d1，提供一个反向截止使得快速泄放电路在正常驱动时不动作，所述三极管q2的基极还与二极管d1的正极端连接，所述二极管d1的负极端分别与三极管q2的发射极和mos晶体管q1的g极连接；以及
20.开关，所述三极管q2的基极还与开关的输入端连接，所述开关的输出端与pwr电源的驱动电压端v_pwr+连接。本发明实现了不受vgs电压高低而限制，在关断过程中都拥有快速泄放能力，同时拥有开启时低功耗，保护时快速泄放的优势的电路。
21.作为本发明的一种优选方案，所述三极管q2为pnp三极管。
22.作为本发明的一种优选方案，所述三极管q3为npn三极管。
23.作为本发明的一种优选方案，所述pwr电源的负极端连接gnd端。
24.作为本发明的一种优选方案，所述pwr电源的驱动电压端v_pwr+的驱动电压为12v。
25.3.有益效果
26.相比于现有技术，本发明的优点在于：
27.(1)本发明使用阻值更高的泄放电阻r1，使得mos晶体管q1开启的静态功耗更低，具有更低的能耗水准，关断的速度比传统泄放电路快1000倍以上，可在mos晶体管q1大电流关断保护中提供更安全更快的保护，降低mos晶体管q1在大电流区域关断的潜在失效风险。
28.(2)本发明主要使用mos晶体管q1、三极管q2、三极管q3、泄放电阻r1和二极管d1器件搭建而成的低功耗被动高速泄放电路。
29.(3)本发明在图2的基础上增加泄放电阻r1以调控泄放速度。
30.(4)本发明在图2基础上增加三极管q2、三极管q3，并在三极管q2、三极管q3的互联管脚中串入泄放电阻r1，以调控泄放速度。
附图说明
31.图1为本发明一种功率mos的被动快速关断电路的电路原理图；
32.图2为本发明一种功率mos的被动快速关断电路中现有技术中的第一电路原理图；
33.图3为本发明一种功率mos的被动快速关断电路中现有技术中的第二电路原理图；
34.图4为本发明一种功率mos的被动快速关断电路图3中方案1处的实际电路图；
35.图5为本发明一种功率mos的被动快速关断电路图3中方案2处的实际电路图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
37.实施例：
38.请参阅图1，一种功率mos的被动快速关断电路，包括：
39.pwr电源，所述pwr电源的负极端连接gnd端；
40.mos晶体管q1，所述pwr电源的驱动电压端v_pwr+与mos晶体管q1的输入端连接，具体的，所述pwr电源的驱动电压端v_pwr+的驱动电压为12v；
41.快速泄放电路，其中，所述快速泄放电路包括：
42.正反馈泄放电路，用以快速泄放mos晶体管q1的电容，所述正反馈泄放电路包括三极管q2和三极管q3，具体的，所述三极管q2为pnp三极管，所述三极管q3为npn三极管，所述三极管q2的集电极与三极管q3的基极连接，所述三极管q2的基极与三极管q3的集电极连接，所述mos晶体管q1的g极与三极管q2的发射极连接，所述三极管q3的发射极与mos晶体管q1的s极连接；以及
43.泄放电阻r1，为正反馈泄放电路启动提供初始偏置电流，所述三极管q2的基极还与泄放电阻r1的输入端连接，所述泄放电阻r1的输出端与mos晶体管q1的s级连接；
44.二极管d1，提供一个反向截止使得快速泄放电路在正常驱动时不动作，所述三极管q2的基极还与二极管d1的正极端连接，所述二极管d1的负极端分别与三极管q2的发射极和mos晶体管q1的g极连接，使得驱动电压可直接提供给mos晶体管q1，以供快速正常开启mos晶体管q1；以及
45.开关，所述三极管q2的基极还与开关的输入端连接，所述开关的输出端与pwr电源的驱动电压端v_pwr+连接。本发明实现了不受vgs电压高低而限制，在关断过程中都拥有快速泄放能力，同时拥有开启时低功耗，保护时快速泄放的优势的电路。
46.具体的，本发明的工作原理为：
47.当有驱动电压时，流经二极管d1给mos晶体管q1提供gs电压，以供快速开启mos晶体管q1；
48.当驱动电压消失时，二极管d1的正极电压从高压状态瞬间按变为低压状态，但mos晶体管q1电压因为有电容存在，电压并不会瞬间消失，因此二极管d1两端有电压差，三极管q2通过泄放电阻r1的泄放进入导通状态，ice(q2)＝vgs/r1*β(q2)，同时该三极管q2集电极和发射极的电流，使得的q3基极和发射极获得电流，使得三极管q3的集电极和发射极完全
导通，ice(q3)＝ice(q2)*β(q3)，同时该电流又连接至三极管q2的基极，以提供偏置电流，此更新ice(q2)＝ice(q2)*β(q3)*β(q2)，如此循环形成正反馈放大电流，加速泄放电流值为三极管q2允许导通电流的最大值，同时不受限于泄放电阻r1的大小，因此泄放电阻r1可取更大的电阻阻值，以降低mos晶体管q1开启时的静态功耗。
49.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。