一種大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路的製作方法
2023-05-18 19:49:21
一種大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路的製作方法
【專利摘要】一種大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路，至少包括驅動電壓Vg、穩壓電路、負壓電路和場效應管Q，所述穩壓電路由穩壓二極體D1和限流電阻R1組成；所述負壓電路由二極體D2、電容C1、穩壓二極體D3、三極體T1、柵極輸入電阻R2以及電容C3組成；所述保護電路由二極體D4、保護電阻R3和濾波電容C2組成。穩壓電路、負壓電路均與驅動電壓Vg、場效應管Q相連，保護電路設置在負壓電路上。本實用新型的有益效果：該驅動電路結構簡單、成本低廉，能夠高速驅動場效應管工作並在電壓結束時產生負壓快速關斷場效應管，加快場效應管的開關速度，提高驅動電路的抗幹擾能力，有效防止開關器件的誤導通，適用於高頻、大功率以及電路抗幹擾性要求較高的場合。
【專利說明】一種大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於電力電子驅動應用【技術領域】，尤其涉及一種大功率抗幹擾的場效 應管高速驅動電路，該電路適用於高頻以及對電路抗幹擾性要求較高的場合。
【背景技術】
[0002] 隨著電力半導體器件的發展，功率場效應電晶體已經成為了開關電源中最常用的 器件，由於其開關速度快、驅動功率小、易並聯等優點，廣泛應用於高頻、中小功率的場合， 尤其在為計算機、交換機、網絡伺服器等通信電子設備提供能量的低壓大電流開關電源中。
[0003] 目前，電壓源驅動的開關頻率已經超過1MHz，但是開關頻率過高會導致一系列問 題，其中阻礙電壓源驅動開關頻率提高的主要瓶頸就是開關器件導通和關斷過程的損耗、 門極驅動的損耗和開關器件輸出電容的損耗，相比於傳統的驅動電路，高頻負壓驅動能夠 在開關斷開的過程中以小於零的負壓快速關斷場效應管，降低高頻的電路損耗，提高驅動 電路的抗幹擾性，解決上述電路問題。
【發明內容】
[0004] 本實用新型要解決的技術問題是，針對現有技術存在的上述缺陷和不足，提供一 種大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路，加快了場效應管的開關速度，提高了驅動電路 的抗幹擾能力，有效防止開關器件的誤導通。
[0005] 本實用新型為解決上述技術問題所採用的技術方案是：
[0006] -種大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路，至少包括驅動電壓Vg、穩壓電路、負 壓電路和場效應管Q，
[0007] 所述穩壓電路由穩壓二極體D1和限流電阻R1組成，穩壓二極體D1的負極與所述 驅動電壓Vg相連，穩壓二極體D1的正極與限流電阻R1的一端連接，限流電阻R1的另一端 與所述場效應管Q的源極相連；
[0008] 所述負壓電路由二極體D2、電容C1、穩壓二極體D3、三極體T1、柵極輸入電阻R2 以及電容C3組成，二極體D2的正極與所述驅動電壓Vg相連，二極體D2的負極同時與電容 C1的正極、穩壓二極體D3的負極相連，電容C1的負極與穩壓二極體D3的正極相連；三極 管T1的基極與二極體D2的正極相連，三極體T1的集電極與電容C1的正極相連，三極體T1 的發射極與所述場效應管Q的源極相連；柵極輸入電阻R2接在電容C1的負極與場效應管 Q的柵極之間，電容C3與電阻R2並聯連接、且電容C3的正極與穩壓二極體D3的正極相連。
[0009] 按上述方案，該場效應管高速驅動電路還包括保護電路，所述保護電路由二極體 D4、保護電阻R3和濾波電容C2組成，二極體D4的正極與場效應管Q的柵極相連，二極體D4 的負極與電容C1的正極相連，保護電阻R3接在場效應管Q的柵極與門極之間，濾波電容C2 與電阻R3並聯連接、且濾波電容C2的正極與場效應管Q的柵極相連。
[0010] 按上述方案，所述三極體T1為PNP型三極體。
[0011] 按上述方案，所述穩壓二極體D1、穩壓二極體D3的穩壓值均為5V。
[0012] 本實用新型的工作原理是：與驅動電壓Vg直接相連的穩壓電路，在驅動電壓Vg為 正電壓時將正電壓震蕩尖峰限制在穩壓電路兩端的電壓值，在驅動電壓Vg為零時，穩壓電 壓路導通、並為電容C1充電，限流電阻R1用來防止穩壓電路電流過大；當驅動電壓Vg為零 時，負壓電路在場效應管Q的柵極與源極之間產生負電壓，二極體D2可以防止電流反向流 動，電容C1利用電荷泵原理在正極電壓突變為零時產生負壓，與電容C1並聯的穩壓二極體 D3保證電容C1兩端電壓穩定，PNP型三極體T1用來為產生負壓提供通道，電阻R2保證電 荷泵的放電時間；保護電路中的保護電阻R3連接在場效應管Q的柵極和源極之間，防止靜 電擊穿，濾波電容C2 (小電容）起濾波作用，減少驅動脈衝前後沿的畸變現象，二極體D4的 作用是給場效應管Q柵極寄生的濾波電容C2提供低阻抗放電通道，加速濾波電容C2放電， 從而加速場效應管Q的關斷。
[0013] 本實用新型的有益效果：該場效應管高速驅動電路結構簡單、成本低廉，能夠高速 驅動場效應管工作並在電壓結束時產生負壓快速關斷場效應管，加快了場效應管的開關速 度，提高了驅動電路的抗幹擾能力，有效防止開關器件的誤導通，尤其適用於高頻、大功率 以及電路抗幹擾性要求較高的場合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型驅動電路的電路結構圖；
[0015] 圖2是本實用新型實施例驅動電壓波形圖；
[0016] 圖3是本實用新型實施例場效應管的柵極與源極之間的電壓波形圖；
[0017] 圖1中，Vg為驅動電壓，Q為場效應管，C1、C2、C3為電容、D2、D4為二極體，D1、D3 為穩壓二極體，R1、R2、R3為電阻，T1為三極體；
[0018] 圖2、圖3中，D為佔空比，T為開關周期，DT為導通時間，（l-D)T為關斷時間，Vg 為驅動電壓，Vgs為場效應管的柵極和源極之間的電壓。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0020] 參照圖1所示，本實用新型所述的大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路，包括 驅動電壓Vg、穩壓電路、負壓電路、保護電路和場效應管Q，
[0021] 所述穩壓電路由穩壓二極體D1和限流電阻R1組成，穩壓二極體D1的負極與所述 驅動電壓Vg相連，穩壓二極體D1的正極與限流電阻R1的一端連接，限流電阻R1的另一端 與所述場效應管Q的源極相連；
[0022] 所述負壓電路由二極體D2、電容C1、穩壓二極體D3、三極體T1、柵極輸入電阻R2 以及電容C3組成，二極體D2的正極與所述驅動電壓Vg相連，二極體D2的負極同時與電容 C1的正極、穩壓二極體D3的負極相連，電容C1的負極與穩壓二極體D3的正極相連；三極體 T1的基極與二極體D2的正極相連，三極體T1的集電極與電容C1的正極相連，三極體T1的 發射極與所述場效應管Q的源極相連；柵極輸入電阻R2接在電容C1的負極與場效應管Q 的柵極之間，電容C3與電阻R2並聯連接、且電容C3的正極與穩壓二極體D3的正極相連；
[0023] 所述保護電路由二極體D4、保護電阻R3和濾波電容C2組成，二極體D4的正極與 場效應管Q的柵極相連，二極體D4的負極與電容C1的正極相連，保護電阻R3接在場效應 管Q的柵極與門極之間，濾波電容C2與電阻R3並聯連接、且濾波電容C2的正極與場效應 管Q的柵極相連。
[0024] 工作時，與驅動電壓Vg直接相連的穩壓電路，在驅動電壓Vg為正電壓時將正電壓 震蕩尖峰限制在穩壓電路兩端的電壓值，在驅動電壓Vg為零時，穩壓電壓路導通、並為電 容C1充電，限流電阻R1用來防止穩壓電路電流過大；當驅動電壓Vg為零時，負壓電路在場 效應管Q的柵極與源極之間產生負電壓，二極體D2可以防止電流反向流動，電容C1利用電 荷泵原理在正極電壓突變為零時產生負壓，與電容C1並聯的穩壓二極體D3保證電容C1兩 端電壓穩定，PNP型三極體T1用來為產生負壓提供通道，電阻R2保證電荷泵的放電時間； 保護電路中的保護電阻R3連接在場效應管Q的柵極和源極之間，防止靜電擊穿，濾波電容 C2 (小電容)起濾波作用，減少驅動脈衝前後沿的畸變現象，二極體D4的作用是給場效應管 Q柵極寄生的濾波電容C2提供低阻抗放電通道，加速濾波電容C2放電，從而加速場效應管 Q的關斷。
[0025] 圖2驅動電壓Vg的信號波形圖，圖3為場效應管Q的柵極與源極之間的電壓Vgs 的波形圖；設驅動電壓Vg的佔空比為D，開關周期為T。圖2中，在DT導通時間內，驅動電 壓Vg持續為5V時，圖3中場效應管Q的柵極與源極之間的電壓Vgs高於閥值電壓，初級繞 組的場效應管Q開通。在（1-D) T關斷時間內，驅動電壓Vg由5V變為0V時，場效應管Q柵 極與源極之間的電壓Vgs變為負值，實現了場效應管Q的高頻負壓關斷，降低了驅動電路的 損耗，提1? 了電路的抗幹擾性。
[0026] 以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所做的進一步詳細說明，不能 認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所述【技術領域】的普通技術 人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，上述結構 都應當包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路，其特徵在於：至少包括驅動電壓Vg、 穩壓電路、負壓電路和場效應管Q， 所述穩壓電路由穩壓二極體D1和限流電阻R1組成，穩壓二極體D1的負極與所述驅動 電壓Vg相連，穩壓二極體D1的正極與限流電阻R1的一端連接，限流電阻R1的另一端與所 述場效應管Q的源極相連； 所述負壓電路由二極體D2、電容C1、穩壓二極體D3、三極體T1、柵極輸入電阻R2以及 電容C3組成，二極體D2的正極與所述驅動電壓Vg相連，二極體D2的負極同時與電容C1 的正極、穩壓二極體D3的負極相連，電容C1的負極與穩壓二極體D3的正極相連；三極體T1 的基極與二極體D2的正極相連，三極體T1的集電極與電容C1的正極相連，三極體T1的發 射極與所述場效應管Q的源極相連；柵極輸入電阻R2接在電容C1的負極與場效應管Q的 柵極之間，電容C3與電阻R2並聯連接、且電容C3的正極與穩壓二極體D3的正極相連。
2. 如權利要求1所述的大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路，其特徵在於：該場效 應管高速驅動電路還包括保護電路，所述保護電路由二極體D4、保護電阻R3和濾波電容C2 組成，二極體D4的正極與場效應管Q的柵極相連，二極體D4的負極與電容C1的正極相連， 保護電阻R3接在場效應管Q的柵極與門極之間，濾波電容C2與電阻R3並聯連接、且濾波 電容C2的正極與場效應管Q的柵極相連。
3. 如權利要求1所述的大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路，其特徵在於：所述三 極管T1為PNP型三極體。
4. 如權利要求1所述的大功率抗幹擾的場效應管高速驅動電路，其特徵在於：所述穩 壓二極體D1、穩壓二極體D3的穩壓值均為5V。
【文檔編號】H02M1/08GK203840190SQ201420165200
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】楊毅, 劉華宜, 朱衛平, 蔡靜, 李向菊, 王學斌, 劉斌, 楊巧雲, 潘旺傑, 王濤, 陳偉 申請人:國家電網公司, 武漢電力職業技術學院