[发明专利]MOSFET隔离驱动电荷泵

说明书

技术领域

本技术属于电学领域，具体是一种电荷泵电路。

背景技术

在专利“电流限制型双向MOSFET开关(CN200610163979)”中，公布了一种“电流限制型双向MOSFET开关”。该发明有效的省略了串联于MOSFET漏极-源极路径的传感电阻，同时提供了一种基于MOSFET的通态内阻Rdson作为传感电阻驱动MOSFET的方法。

该驱动MOSFET的方法不足的地方：1-MOSFET是电压控制器件，该驱动方式在驱动过程中Vgs是不断调整的，所以Vgs电压是不稳定的；2-需要两组驱动电源分别对两只MOSFET进行驱动，驱动电路复杂；3-在实际应用双向MOSFET时，总是希望它能串联在交流回路的任何地方，有足够少的引脚，简化电路应用，而该双向MOSFET的驱动电路的供电是从漏极-系统地之间取的电压，交流回路的电压最低也是AC110V，这将会给应用带来困难。

针对上述不足，本发明提供一种简单行之有效的双向MOSFET驱动技术——MOSFET隔离驱动电荷泵。

发明内容

图1是MOSFET隔离驱动电荷泵的原理图，电路硬件由三级结构组成：电阻R1、PNP晶体管Q1、NPN晶体管Q2、二极管D1、二极管D2构成了第一级，负责向后级传递开关脉冲信号Uin，这里的开关脉冲信号既是后级的控制信号也是最终的MOSFET驱动电源，也就是说整个MOSFET隔离驱动电荷泵除了从输入端口IN+和IN一之间输入开关脉冲和电能外，不再有供电电源存在，这是电源和信号复用的电荷泵；电阻R2、二极管D3、二极管D4、电容C1、PNP晶体管Q3、NPN晶体管Q4、二极管D5、二极管D6构成了第二级，主要完成隔离开关脉冲的转换，第一级开通时给电容C1充电并在第一级关闭时使C1向后级放电，即第一级和第三级之间是没有直接的电流联系的，从整体的MOSFET隔离驱动电荷泵看就是输入端口的功率是通过泵电容C1隔离传递到输出端口的；电阻R3、二极管D7、二极管D8、电容C2、PNP晶体管Q5、NPN晶体管Q6构成了第三级，也是MOSFET的驱动级，从电容的充放电逻辑上讲，泵电容C2和泵电容C1是反相的，C1充电时C2放电而C1放电时C2充电，同时C2放电时输出端OUT+和OUT-之间有正向的MOSFET驱动电压，而C2充电时OUT+和OUT-之间有短路连接。

从MOSFET隔离驱动电荷泵的总体逻辑看，输入端IN+、IN-之间有正向电流时C1充电、C2放电，OUT+和OUT-之间有正向驱动电压，并且驱动电压的脉宽等于IN+、IN-之间的正向电流脉宽；输入端IN+、IN-之间电流为零时C1放电、C2充电，OUT+和OUT-之间有短路连接，并且短路时间等于IN+、IN-之间电流为零的时间。

从输入端口和输出端口上看，当有输入脉冲时就有输出驱动电压，并且驱动脉宽等于输入脉冲宽度；当没有输入脉冲时输出端被短接，并且短接时间等于输入脉冲关闭时间。即输入端口和输出端口是同相同步控制的，有输入脉冲就有输出电压，没有输出脉冲就关闭输出电压。MOSFET隔离驱动电荷泵是专门针对共源接法的双向MOSFEET的隔离驱动而设计的，无需供电、同相同步驱动控制。当然，对于单管的MOSFET同样可以隔离驱动。

MOSFET隔离驱动电荷泵工作原理。

如图2，输入电压为Uin，二极管D2压降Ud，NPN晶体管Q6的基极-发射极压降为Ube，电容C1的电压为Uc1，电容C2的电压为Uc2，输出电压为Uout。为便于叙述原理，做如下设定：所有二极管的压降均为Ud，所有PNP晶体管、NPN晶体管的基极-发射极压降均为Ube；且Ube＝Ud；所有PNP晶体管、NPN晶体管开通时集电极-发射极压降均为0V。Uin的输入电压脉冲最高值为U且U＞(9×Ud)，最低为0V。

图2的主要电压参数波形图如图3：共有4个纵向排列的坐标，都是以时间轴t为横轴刻度进行排列，纵轴都是电压u，从上至下的曲线图依次为输入电压Uin、泵电容C1电压Uc1、泵电容C2电压Uc2、输出电压Uout。坐标的原点为Start，以输入电压Uin的脉冲刻度为基准在时间轴上的刻度t0、t1、t2……进行描述。

图3的Start时刻，图2中各元件状态：Uin＝0V，第一级、第二级、第三级均无任何动作；因Q5、Q6都断开，Uout＝0V。