[发明专利]单路隔离型MOSFET驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子驱动应用技术领域，尤其涉及电源管理电路中的MOSFET驱动电路，具体的讲是一种单路隔离型MOSFET驱动电路。

背景技术

MOSFET属于电压控制型器件，其输入阻抗高，所需静态驱动功率很小。然而，由于各极之间存在着寄生电容，在开通和关断过程中，特别是在高频率应用中，驱动电路必须能够对其寄生电容进行快速充/放电。因此驱动脉冲应具有足够陡的上升和下降速度且延迟要小。开通时能提供足够大的瞬时峰值电流，使得开通延迟和密勒平台时间足够短，在要求的时间内完成对功率管输入电容Ciss的充放电；关断时能为栅极电荷提供低阻放电回路，提高关断速度。

图1为现有的一种用于占空比变化范围较大场合的不对称半桥磁耦合驱动电路。如图所示，由NPN型三极管和PNP型三极管集电极相连组成图腾柱输出，NPN型三极管和NPN型三极管的两端分别反并联两个相同续流二极管，图腾柱输出连接一个原边隔直电容正极端，原边隔直电容另一端连接高频隔离变压器原边，高频隔离变压器副边连接一个副边电容，副边电容正极端连接栅极输入电阻，栅极输入电阻的两端并联二极管，稳压二极管一端连接于副边电容和栅极输入电阻之间，另一端连接功率MOSFET管源极，在MOSFET管栅极和源极间连接保护电阻。输出驱动电压保持不变，不随输入信号占空比的变化而变化，结构简单，成本低廉。

在需要单路隔离驱动的应用场合，通常采用脉冲变压器隔离电路，但传统的脉冲变压器隔离电路，其驱动占空比需低于0.5。

参见图1，NPN型三极管Tr1的集电极接正电源Vg，NPN型三极管Tr1的发射极和PNP型三极管Tr2的集电极相连，组成图腾柱输出，对输入电流起到放大作用，用来匹配电压，提高驱动能力。在组成图腾柱输出的NPN型三极管Tr1和NPN型三极管Tr1的两端分别反并联两个相同的续流二极管D1、D2，在感性负载时起到续流的作用。在图腾柱输出点连接一个原边隔直电容C1的正极端，原边隔直电容C1的另一端与高频隔离变压器T的原边相连，用于阻止直流分量通过，避免高频隔离变压器T直流磁化而饱和，高频隔离变压器T通常为高频、高磁率的磁环或磁罐。在高频隔离变压器T的副边连接一个副边电容C2，副边电容C2的正极端连接栅极输入电阻R1，当变压器的匝数比为1:1时用来复现原边隔直电容C1的电压。栅极输入电阻R1连接功率MOSFET管Q栅极，在栅极输入电阻R1的两端并联二极管D4，给功率MOSFET管Q输入电容提供低阻抗放电通道，加速输入电容放电，从而加速MOSFET管Q的关断。在副边电容C2和栅极输入电阻R1之间连接稳压二极管D3一端，稳压二极管D3的另一端与功率MOSFET管Q源极相连，在正向导通时间内，使得输出正电压振荡尖峰限制在稳压二极管D3两端的电压值，反向导通时间内通过稳压二极管D3给副边电容C2充电。在MOSFET管Q的栅极和源极之间连接保护电阻R2，因为功率MOSFET管Q的栅极和源极之间绝缘性能好，电容量又很小，很小的一点感应电荷就能引起很高的电压，通过保护电阻R2可以放电，防止静电击穿，起到保护作用。

图2为现有的另一种隔离型可快速关断的MOSFET驱动电路，其包括图腾柱输出电路、变压器T、负电压产生电路和MOSFET管，所述图腾柱输出电路的输出点经隔直电容C1正极与变压器T原边同名端；变压器T副边同名端依次串联副边电容C2、二极管D4、电解电容C3、电阻R1、MOSFET管后接入变压器T副边非同名端；稳压二极管D3连接于变压器T副边的两端；三极管Tr3的基极与副边电容C2的正极相连，集电极与二极管D4阴极相连，发射极与变压器T副边非同名端相连；二极管D6反向并联在栅极输入电阻R1的两端；稳压管D5并联在电解电容C3的两端；电阻R2接在功率MOSFET管的栅极和源极之间。该电路适用于对驱动电路的抗干扰性要求高，需要快速关断和占空比变化范围较大的场合。

但是，发明人在实现本发明的过程中发现上述两种现有电路存在如下不足：

1、输入端缺少电平变换电路，导致PWM信号电平必须与驱动电源Vcc相等；

2、稳压二极管D3会导致PWM开通信号来临时，驱动电流主要流经稳压管D3，而不是MOSFET的寄生电容，导致驱动电路损耗增加，MOSFET开通缓慢，且密勒电容效应更加突出。

发明内容

本发明实施例提供一种单路隔离性MOSFET驱动电路，其驱动占空比可以高达0.9，同时具有电平转换、功率放大以及快速开通和关断的功能。