一種p-mos管驅動電路及其驅動方法

2023-06-22 23:20:11

專利名稱：一種p-mos管驅動電路及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，具體來說涉及一種P-MOS管驅動電路及其驅動方法，特別是一種適用於汽車LED照明的開關調節式LED驅動中的P-MOS管的驅動電路及其驅動 方法。
背景技術：
LED具有響應速度快、低功耗、節能、壽命長等顯著優點。由於LED的快速響應速 度，特別適用於汽車制動燈及轉向燈的應用，可減少汽車追尾等交通事故的發生概率。LED 光源已被廣泛應用於汽車照明領域。LED驅動技術也隨著LED應用技術的發展而逐步得到 發展。LED是一種隨著通過LED電流值的變化而變化光通亮的發光源，因此如果需要LED 發光恆定，則必須控制流過LED的電流值恆定。通常所採用的LED驅動恆流方法有線性調 節式和開關調節式兩種方法。線性調節式的核心技術是利用工作於線性區域的開關管作為 一個動態可調電阻來控制負載，以保證在輸入電壓變化的情況下，開關管負荷不同的功耗， 從而使流過LED負載的電流基本維持不變。但這種驅動技術不但受輸入電壓範圍的限制， 而且損耗很大，效率很低，導致電路板的發熱問題嚴重。而開關調節式是能量變換中效率較 高的，理想狀態下可以達到90%以上。這種驅動技術的核心是將快速通斷的開關管置於輸 入與輸出之間，通過調節通斷比例(即佔空比)來控制輸出直流電壓的平均值，該平均電壓 由可調寬度的方波脈衝構成，方波脈衝的平均值就是直流輸出電壓。用LC濾波器將方波脈 衝平滑成無紋波直流輸出，其值等於方波脈衝的平均值。整個開關電路採用負反饋，通過檢 測輸出電壓並結合負反饋控制佔空比，穩定輸出電壓不受輸入電壓及負載變化的影響。目 前，降壓式(BUCK)、升壓式(BOOST)、升降壓式(BUCK-BOOST)的開關調節式電路被廣泛應用 於民用照明和汽車照明。降壓式(BUCK)電路，適用於輸出電壓低於輸入電壓的場合，雖然開關的門極驅動 不會成為較大的問題，但是難處在於驅動N-MOS管時，門極電壓至少要比輸入電壓高5V，或 更有可能是高出IOV0但如果需要產生比輸入更高的電壓，就需要選用P-MOS管，這樣只要 把門極電平拉到地就可以開通了。但針對降壓式電路的電路拓撲結構，一些沒有MOS管驅 動能力的PWM調製晶片無法驅動MOS管，如果僅簡單地使用上拉電阻去控制P-MOS管的導 通和截止，無法使MOS管達到完全的導通和截止狀態，MOS管的開關非正常狀況會影響整 個LED驅動電路的正常工作。驅動門極的一個通用方法是MOSFET專用驅動晶片，但專用的 MOSFET驅動晶片價格相對較高，不具有普通性，無法大範圍推廣。MOS管是金屬(metal)-氧化物(oxid)-半導體(semiconductor)場效應電晶體。 或者稱是金屬-絕緣體(insulator)-半導體。MOS管有增強型好耗盡型兩種，每種又有N 溝道型和P溝道型兩種，P溝道MOS的導通條件是柵極電壓比漏極電壓低5V以上，N溝道 MOS的導通條件是柵極電壓比源極電壓高5V以上。在專利申請號為「200710044259. 6」的中國專利公開文獻中，公開了一種P型功率MOS開關管驅動電路，在P型功率MOS開關管的源極和柵極之間連接有一個推挽驅動電路 和一個浮動分壓電路。推挽驅動電路利用三極體Ql禾FIQ2相互交替開通時所產生的瞬態 電流對P型功率MOS管內部的寄生電容進行快速的充放電控制；浮動分壓電路為P型功率 MOS管提供一個穩定的負脈衝柵源電壓值。從而提高P功率MOS管的動態特性，降低它的開 關損耗。但其無法現在P型功率MOS管完全導通或截止。在專利申請號為「200910263229. 3」的中國專利公開文獻中，公開了一種柵極浮置 及電平轉換的功率MOS管柵極驅動電路及方法，其驅動電路包括上管驅動電路和下管驅動 電路，上管驅動電路包括第一至第四電阻、自舉電容、第二電容、第一和第二二極體、第一和 第二PNP型三極體以及第一NPN型三極體；下管驅動電路包括第五至第九電阻、第三和第四 電容、第三二極體、第三和第四PNP型三極體以及第二 NPN型三極體。改驅動電路實現了上 下功率MOS管結構的柵極驅動電平轉換、下管柵極驅動及上管柵極浮置驅動。但也無法現 在P型功率MOS管完全導通或截止。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種P-MOS管驅動電路及其驅動方法，其不需 要利用專門的MOS管驅動晶片，能實現P-MOS管工作在完全導通或者截止的狀態，其電路簡 單，成本低廉。為了解決上述技術問題，本發明提供一種P-MOS管驅動電路，其包括P-MOS管Q2、 電源輸入端Vin和電源輸出端Vout，所述P-MOS管驅動電路還包括分壓電阻Rl、R2，續流 二極體D1，自舉電容Cl，三極體Ql和上拉電阻R3 ；電源輸入端Vin經過P-MOS管Q2的柵、 源極間的上拉電阻R3後，通過分壓電阻R2和Rl串聯後再連接到PWM控制晶片的OUT輸出 端；電阻R1，R2之間接所述自舉電容Cl的一端，自舉電容Cl的另一端與所述續流二極體Dl 的負極和所述三極體Ql的基極相連接，所述續流二極體Dl的正極與電阻R2 —端和P-MOS 管Q2的柵極相連接；所述P-MOS管Q2的上拉電阻R3的一端與所述三極體Ql的集電極和 P-MOS管Q2的源極相連接，同時與電源輸入端Vin連接，所述上拉電阻R3的另一端與所述 三極體Ql的發射極和P-MOS管Q2的柵極相連接；所述P-MOS管Q2的漏極與電源輸出端 Vout相連接。根據本發明所述的P-MOS管驅動電路，較好的是所述三極體Ql為NPN型三極體。本發明還提供一種基於上述P-MOS管驅動電路的驅動方法，該驅動方法為當所 述PWM控制晶片的OUT端輸出為低電平時，該低電平經過所述上拉電阻R3和分壓電阻R2、 Rl的分壓後，P-MOS管Q2的柵極的電平仍為低，而P-MOS管Q2的源極接高電平Vin，由於 P-MOS管Q2的柵極和源極的電壓差足夠大，所以此時P-MOS管Q2完全導通；當所述PWM控 制晶片的OUT端輸出為高電平時，所述P-MOS管Q2的柵極電壓經過分壓電阻R2流至自舉 電容Cl的一端，由於續流二極體Dl單向續流的工作，自舉電容Cl的兩端的電壓不能突變， 使得自舉電容Cl的一端電壓自舉上升，通過這種升高的電壓使三極體Ql迅速導通，導通的 三極體Ql使P-MOS管Q2的柵極電平與源極電平相等，從而P-MOS管Q2迅速截止關斷。通 過上述方法，即使是沒有驅動能力的PWM控制晶片，也可快速驅動MOS管的導通與截止。本發明所述的P-MOS管驅動電路及其驅動方法，其不需要利用專門的MOS管驅動 晶片，能實現P-MOS管工作在完全導通或者截止的狀態，其電路簡單，成本低廉。


圖1為本發明所述P-MOS管驅動電路的電路原理圖。
具體實施例方式以下，用實施例結合附圖對本發明作更詳細的描述。本實施例僅僅是對本發明最 佳實施方式的描述，並不對本發明的範圍有任何限制。實施例如圖1所示，為本發明所述P-MOS管驅動電路的電路原理圖。所述P-MOS管驅動電 路包括P-MOS管Q2、電源輸入端Vin和電源輸出端Vout，分壓電阻Rl、R2，續流二極體Dl， 自舉電容Cl，三極體Ql和上拉電阻R3 ；電源輸入端Vin經過P-MOS管Q2的柵、源極間的 上拉電阻R3後，通過分壓電阻R2和Rl串聯後再連接到PWM控制晶片的OUT輸出端。電阻 R1，R2之間接所述自舉電容Cl的一端，自舉電容Cl的另一端與所述續流二極體Dl的負極 和所述三極體Ql的基極相連接，所述續流二極體Dl的正極與電阻R2 —端和P-MOS管Q2 的柵極相連接；所述P-MOS管Q2的上拉電阻R3的一端與所述三極體Ql的集電極和P-MOS 管Q2的源極相連接，同時與電源輸入端Vin連接，所述上拉電阻R3的另一端與所述三極體 Ql的發射極和P-MOS管Q2的柵極相連接；所述P-MOS管Q2的漏極與電源輸出端Vout相 連接。較好的是所述三極體Ql為NPN型三極體。其中，所述PWM 控制晶片常見的有TL494、TL594、TL5001、UC1842、UC1843、 UC1844、UC2842、UC2843、UC2844、UC3842、UC3843、UC3844 等。這些 PWM 控制晶片的管腳信 息及其他說明資料都可以通過各晶片廠商的晶片介紹資料獲得，在購買晶片時可以得到或 者通過各廠商網站可以獲取到各晶片資料。基於上述P-MOS管驅動電路的驅動方法為當所述PWM控制晶片的OUT端輸出為 低電平時，該低電平經過所述上拉電阻R3和分壓電阻R2、R1的分壓後，P-MOS管Q2的柵極 的電平仍為低，而P-MOS管Q2的源極接高電平Vin，由於P-MOS管Q2的柵極和源極的電壓 差足夠大，所以此時P-MOS管Q2完全導通；當所述PWM控制晶片的OUT端輸出為高電平時， 所述P-MOS管Q2的柵極電壓經過分壓電阻R2流至自舉電容Cl的一端，由於續流二極體Dl 單向續流的工作，自舉電容Cl的兩端的電壓不能突變，使得自舉電容Cl的一端電壓自舉上 升，通過這種升高的電壓使三極體Ql迅速導通，導通的三極體Ql使P-MOS管Q2的柵極電 平與源極電平相等，P-MOS管Q2迅速截止關斷。通過上述方法，即使是沒有驅動能力的PWM 控制晶片，也可快速驅動MOS管的導通與截止。本發明所述P-MOS管驅動電路及其驅動方法的特點在於其利用電容兩端電壓不 能突變的原理設計了自舉升壓電路，使P-MOS管可以迅速達到導通和截止狀態。例如，當直流電源Vin= 12V輸入，PWM控制晶片(選用TL5001晶片)輸出OUT的 方波脈衝為低電平時，則該低電平經R2、R3分壓後，到P-MOS管Q2的門極G仍為低電平，而 P-MOS管Q2的源極S接Vin高電平，由於P-MOS管Q2的門極G和源極S的電壓差VGS > 5V，所以此時P-MOS管Q2完全導通。由於P-MOS管Q2的導通，電流經由續流二極體Dl流 至NPN三極體Ql的基極b，則三極體Ql由於壓差不足，不能導通，即三極體Ql此時處於截 止狀態。此時設自舉電容Cl 一極的電壓為VI。當PWM控制晶片(如TL5001)輸出的方波
5脈衝為高電平時，若僅使用上拉電阻R3，由於PWM控制晶片的OUT端的高電平和Vin的高電 平之間仍存在電壓差，導致P-MOS管Q2無法完全截止。
而如附圖1中電路利用續流二極體Dl和三極體Ql構成射極跟隨放大器，P-MOS 管Q2的門極G電壓經過R2流至自舉電容Cl的一端，此時自舉電容Cl另一端電壓設為V2 ； 又因為二極體Dl單向續流的工作，自舉電容Cl的一端電壓原設為VI，則由於自舉電容Cl 兩端的電壓不能突變，使其一極的電壓自舉上升到(V1+V2)，通過這種升高的電壓使三極體 Ql迅速導通，導通的Ql使P-MOS管Q2的門極G電平與源極S電平相等，即VGS = 0V, MOS 管Q2迅速截止關斷。通過上述方法，即使是沒有驅動能力的PWM控制晶片，也可快速驅動 P-MOS管的完全導通與完全截止。本發明所述的P-MOS管驅動電路及其驅動方法，其不需要利用專門的MOS管驅動 晶片，能實現P-MOS管工作在完全導通或者截止的狀態，其電路簡單，成本低廉。本發明所述的P-MOS管驅動電路及其驅動方法，並且參照附圖描述了本發明的具 體實施方式和效果。以上所述內容僅為本發明構思下的基本說明，而不是對本發明的限制， 任何不超出本發明實質精神範圍內的發明創造，即依據本發明的技術方案所作的任何等效 變換，包括對電路組成方式的修改、對電路布局構造的變更，如替換本發明中的元器件的類 型或型號，以及其他非實質性的替換或修改等，均應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
一種P MOS管驅動電路，包括P MOS管Q2、電源輸入端Vin和電源輸出端Vout，其特徵在於所述P MOS管驅動電路還包括分壓電阻R1、R2，續流二極體D1，自舉電容C1，三極體Q1和上拉電阻R3；電源輸入端Vin經過P MOS管Q2的柵、源極間的上拉電阻R3後，通過分壓電阻R2和R1串聯後再連接到PWM控制晶片的OUT輸出端；電阻R1，R2之間接所述自舉電容C1的一端，自舉電容C1的另一端與所述續流二極體D1的負極和所述三極體Q1的基極相連接，所述續流二極體D1的正極與電阻R2一端和P MOS管Q2的柵極相連接；所述P MOS管Q2的上拉電阻R3的一端與所述三極體Q1的集電極和P MOS管Q2的源極相連接，同時與電源輸入端Vin連接，所述上拉電阻R3的另一端與所述三極體Q1的發射極和P MOS管Q2的柵極相連接；所述P MOS管Q2的漏極與電源輸出端Vout相連接。
2.根據權利要求1所述的P-MOS管驅動電路，其特徵在於所述三極體Ql為NPN型三極體。
3.一種基於權利要求1所述的P-MOS管驅動電路的驅動方法，其特徵在於所述驅動 方法為當所述PWM控制晶片的OUT端輸出為低電平時，該低電平經過所述上拉電阻R3和分 壓電阻R2、R1的分壓後，P-MOS管Q2的柵極的電平仍為低，而P-MOS管Q2的源極接高電平 Vin,由於P-MOS管Q2的柵極和源極的電壓差足夠大，所以此時P-MOS管Q2完全導通；當所述PWM控制晶片的OUT端輸出為高電平時，所述P-MOS管Q2的柵極電壓經過分壓 電阻R2流至自舉電容Cl的一端，由於續流二極體Dl單向續流的工作，自舉電容Cl的兩端 的電壓不能突變，使得自舉電容Cl的一端電壓自舉上升，通過這種升高的電壓使三極體Ql 迅速導通，導通的三極體Ql使P-MOS管Q2的柵極電平與源極電平相等，從而P-MOS管Q2 迅速截止關斷。
全文摘要
一種P-MOS管驅動電路及其驅動方法，屬於電子技術領域。所述P-MOS管驅動電路，包括P-MOS管Q2、電源輸入端Vin和電源輸出端Vout，分壓電阻R1、R2，續流二極體D1，自舉電容C1，三極體Q1和上拉電阻R3；所述驅動方法主要是利用自舉電容C1兩端電壓不能突變的原理，設計了自舉升壓電路，利用三極體Q1與續流二極體D1的性能，使P-MOS管迅速導通和迅速截止。本發明所述的P-MOS管驅動電路及其驅動方法，其不需要利用專門的MOS管驅動晶片，能實現P-MOS管工作在完全導通或者截止的狀態，其電路簡單，成本低廉。
文檔編號H05B37/02GK101959351SQ20101050969
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者李佳穎 申請人:上海小糸車燈有限公司