[发明专利]一种半桥驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，特别是关于一种半桥驱动电路。

背景技术

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为高速开关器件，在电力电子技术中得到了广泛的应用。在实际应用中，晶体管经常用来组成半桥电路，其中上桥晶体管漏极(或集电极)与电源连接，源极(或发射极)与下桥晶体管的漏极(或集电极)相连，下桥晶体管的源极(或发射极)与功率地相连，半桥电路的输出端为上下桥晶体管的公共端。半桥电路根据外界控制单元(比如微处理器)输出的PWM信号进行相应的开关动作。但控制单元的信号往往不足以驱动半桥电路，因此需要增设一半桥驱动器，以将控制单元输出的PWM信号放大，从而驱动半桥电路。

如图1所示，图1是常用的半桥驱动电路，其包括半桥电路1、驱动器2和自举电容充电电路3。驱动器2的信号输入端(引脚HIN、LIN)连接外界控制单元，驱动器2上的高边驱动信号输出端(引脚HO)、高边驱动浮动地端(引脚VS)、低边驱动信号输出端(引脚LO)和低边驱动地端(引脚COM)均与半桥电路1相连。驱动器2接入外界控制单元的PWM控制信号，PWM控制信号经驱动器2电流放大后，输送给半桥电路1的高低边晶体管，以驱动半桥电路1工作。自举电容充电电路3同时与驱动器2上的高边驱动浮动电源端(引脚VB)和高边驱动浮动地端(引脚VS)相连，自举电容充电电路3为驱动器2提供高边驱动的浮动电压。而且自举电容充电电路3与驱动器2共用低压输入端(引脚VDRV)。

其中：半桥电路1包括上桥晶体管T1、下桥晶体管T2和负载11，上桥晶体管T1的漏极(或集电极)与电源VBAT相连，上桥晶体管T1的源极(或发射极)与下桥晶体管T2的漏极(或集电极)相连，下桥晶体管T2的源极(或发射极)与功率地相连，负载11连接在上、下桥晶体管T1、T2的公共端和功率地之间。驱动器2可以采用分立的电子元件搭建，也可以选用集成的驱动芯片，图1中使用的是集成的驱动芯片。驱动器2用于将外界的控制单元输出的PWM信号进行电流放大，并将放大后的驱动信号输送给半桥电路1。引脚HO、LO为驱动器2的经电流放大之后的驱动信号的输出端，其中高边驱动信号输出端(引脚HO)与上桥晶体管T1的门极(或栅极)相连，引脚LO与下桥晶体管T2的门极(或栅极)相连。驱动信号与晶体管的门极(或栅极)之间往往还串联一个限流电阻(该电阻在图1中未标示)。驱动器2上的逻辑输入引脚VDD、GND之间接入一旁路电容器C3。驱动器2上的低压输入端(引脚VDRV)是供电引脚，低压输入端(引脚VDRV)的电压通常为12V～15V。驱动器2上的低边驱动地端(引脚COM)与功率地相连，低边驱动地端(引脚COM)与低压输入端(引脚VDRV)之间设置有一旁路电容器C2。自举电容充电电路3由充电电容器C1和二极管D1构成，其中二极管D1一般采用快速恢复二极管。

由于上桥晶体管T1的源极(或发射极)的电压是浮动的，因此驱动上桥晶体管T1时，需要在其门极(或栅极)上提供一浮动的且高于源极(或发射极)的电压，即需要在高边驱动浮动电源端(引脚VB)与高边驱动浮动地端(引脚VS)之间维持一定的电压。当下桥晶体管T2打开的时候，高边驱动浮动地端(引脚VS)与功率地处于相同的电位上，低压输入端(引脚VDRV)通过二极管D1给充电电容器C1充电，使充电电容器C1两端的电压与低压输入端(引脚VDRV)相同(忽略二极管D1的正向压降)。当下桥晶体管T2关闭的时候，高边驱动浮动地端(引脚VS)电位上升，充电电容器C1正端电位也相应上升，二极管D1反向截止，防止充电电容器C1中的电荷倒流。充电电容器C1提供了上桥晶体管T1导通所需的电荷，而且由于静态电流的消耗，需要及时充电，以保证上桥晶体管T1能顺利开启。

如果下桥晶体管T2长时间关断，无法通过二极管D1对充电电容器C1进行充电。充电电容器C1中的电荷若得不到补充，电压逐渐降低，当充电电容器C1两端的电压低于一定值的时候，上桥晶体管T1无法顺利开启，半桥电路1工作不正常。一些驱动器2采用集成的半桥驱动芯片监控充电电容器C1两端的电压，当电压低于一定值的时候，关闭驱动器2。当半桥驱动电路刚上电的时候，充电电容器C1两端的电压为0，而负载11存在较高的初始电压，即高边驱动浮动地端(引脚VS)的初始电位较高，甚至高于低压输入端(引脚VDRV)的电压。在这种情况下，低压输入端(引脚VDRV)也无法通过二极管D1给充电电容器C1进行充电，驱动器2无法启动，半桥电路1无法正常工作。

发明内容