專利名稱：功率驅(qū)動器的制作方法
技術領域：
功率驅(qū)動器
技術領域：
本實用新型涉及功率驅(qū)動器，尤其涉及由電控開關控制的大功率感性負載的功率 驅(qū)動器。
背景技術：
長期以來，直流電機以其良好的線性特性、優(yōu)異的控制性能等特點成為大多數(shù)變 速運動控制和閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)的最佳選擇。特別隨著高開關頻率、全控型的第二代 電力半導體器件的發(fā)展，計算機在控制領域的發(fā)展，以及脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速技術的 應用，直流電機得到廣泛應用。為適應小型直流電機的使用需求，各半導體廠商推出了直流電機控制專用IC(集 成電路)，構成基于微處理器控制的直流電機伺服系統(tǒng)。但是，專用集成電路構成的直流電 機驅(qū)動器的輸出功率有限，不適合大功率直流電機驅(qū)動需求。電子行業(yè)產(chǎn)品中，大量的使用MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)作為電 控開關用于驅(qū)動大功率的負載，特別是感性負載(比如電機)。因此采用增強型場效應管， 可直接與微處理器接口，應用PWM技術實現(xiàn)直流電機調(diào)速控制，滿足大功率直流電機驅(qū)動 控制需求，并具有快速、精確、高效、低功耗等特點。但是若要控制各個MOSFET，各MOSFET的源極與柵極之間的電壓必須足夠高。通常 MOSFET因為驅(qū)動特性的要求，當源極的電位變化時，柵極電位需要有相應高度的變化，才能 維持源極與柵極之間的足夠高電壓以驅(qū)動M0SFET，故幾乎都需要很復雜的驅(qū)動電路和復雜 的供電電路，特別是用于驅(qū)動MOSFET矩陣以及多電位MOSFET矩陣時，復雜的驅(qū)動電路和配 套的多路隔離電源則是一個很頭疼的問題。對于上述問題，各大IC廠商都開發(fā)了專用的驅(qū)動芯片和模塊，但是，價格高昂，并 且都是針對某種特定環(huán)境和需求進行的設計，所以，直接用專用的驅(qū)動芯片和模塊勢必造 成成本高并且很多情況下都限制于芯片廠商的設計。同時，因為品種眾多并且應用面很窄， 所以也附帶的產(chǎn)生采購等一系列問題。因此，迫切需要低成本并且可靠地解決上述問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是，提供一種低成本的功率驅(qū)動器，即使被控制的 電控開關的電位相對于地電位變化，功率驅(qū)動器仍可以控制輸出一定的控制電壓以驅(qū)動電 控開關。為解決上述技術問題，本實用新型的功率驅(qū)動器采用如下技術方案本實用新型提供一種具有高位控制電路的功率驅(qū)動器，用于根據(jù)控制信號驅(qū)動大 功率負載，該高位控制電路包括電荷池、信號輸入端、直流電源端、控制端及比較端，直流電 源端連接到相對于地電位具有一定電勢差的電位。當信號輸入端接收到“斷”控制信號時， 電荷池被直流電源端充電而儲存電荷，但此時控制端與比較端之間保持小于一定的觸發(fā)電壓的電勢差。當信號輸入端接收到“通”控制信號時，電荷池通過分別連接控制端與比較端 的電路放電，使控制端與比較端之間電勢差大于所述觸發(fā)電壓。本實用新型的功率驅(qū)動器利用電路驅(qū)動信號本身的規(guī)律，對電荷池充、放電，由于 電荷池兩端電壓不能突變，電荷池放電時使控制端可以在比較端的基礎電位上疊加，使比 較端電位升高一定幅度的情況下，控制端的電位也能升高相應的幅度，從而保持控制端與 比較端之間電勢差大于所述觸發(fā)電壓，實現(xiàn)了控制端相對于比較端電壓的提升，進而實現(xiàn) 了在直流電源端低電壓條件下，對高驅(qū)動壓控型電子元器件的驅(qū)動。在一種優(yōu)選的實施例中，本實用新型的功率驅(qū)動器還包括低位控制電路，包括信 號輸入端、直流電源端及控制端，直流電源端連接到相對于地電位具有預定電勢差的電位， 在該低位控制電路中當信號輸入端接收到“斷”控制信號時，控制端與地之間的電勢差小 于前述觸發(fā)電壓；當信號輸入端接收到“通”控制信號時，控制端與地之間的電勢差大于前 述觸發(fā)電壓。這樣低位控制電路可以做得比較簡單而成本比較低，當高、低位控制電路被用于 驅(qū)動多個壓控型電子元器件的矩陣時，低位控制電路可以用于驅(qū)動電位相對于地電位固定 的壓控型電子元器件，而只有用于驅(qū)動電位相對于地電位浮動的壓控型電子元器件時，才 使用高位控制電路。由于高位控制電路相對低位控制電路更復雜而成本比較高，這樣當減 少高位控制電路的數(shù)量時，從而降低了整體的成本。在優(yōu)選的實施例中，高位控制電路的信號輸入端接收到的控制信號變化時，其比 較端電位存在變化。在本實用新型的實施例中，不管比較端電位如何變化，高位控制電路仍 可在控制端與比較端之間輸出一定的驅(qū)動電壓，高位控制電路的優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)。在又一種優(yōu)選的實施例中，在直流電源端與電荷池之間連接有單向?qū)щ娫?，?高位控制電路的信號輸入端接收到“通”控制信號時，單向?qū)щ娫刂?，當高位控制電?的信號輸入端接收到“斷”控制信號時，單向?qū)щ娫ā蜗驅(qū)щ娫梢圆捎贸Ｓ玫?晶體二極管，其技術成熟，結構簡單而性能穩(wěn)定，成本亦低，可以在低成本的前提下，實現(xiàn)對 電荷池的充、放電控制。在又一種優(yōu)選的實施例中，在高位控制電路中，控制端與比較端之間連接有控制 元件，當信號輸入端接收到“斷”控制信號時，該控制元件使控制端與比較端之間處于導通 狀態(tài)，當信號輸入端接收到“通”控制信號時，該控制元件使控制端與比較端之間處于截止 狀態(tài)。該控制元件可以提高對高位控制電路中控制端與比較端之間輸出的驅(qū)動電壓的控制 的穩(wěn)定度。在又一種優(yōu)選的實施例中，在低位控制電路中，控制端與地之間連接有控制元件， 當信號輸入端接收到“斷”控制信號時，該控制元件使控制端與地之間處于導通狀態(tài)，當信 號輸入端接收到“通”控制信號時，該控制元件使控制端與地之間處于截止狀態(tài)。該控制元 件可以提高對低位控制電路中控制端電位的控制的穩(wěn)定度。在又一種優(yōu)選的實施例中，在高位控制電路中，電荷池的與比較端相連接的一極 相對的另一極與控制端之間連接有控制元件，當信號輸入端接收到“通”控制信號時，該控 制元件使控制端與電荷池之間處于導通狀態(tài)，當信號輸入端接收到“斷”控制信號時，該控 制元件使控制端與電荷池之間處于截止狀態(tài)。該控制元件可以用常用的晶體三極管實現(xiàn)， 其技術成熟，結構簡單而性能穩(wěn)定，成本亦低，可以在低成本的前提下，實現(xiàn)對電荷池的充、放電控制。在又一種優(yōu)選的實施例中，在低位控制電路中，控制端與直流電源端之間連接有 控制元件，當信號輸入端接收到“通”控制信號時，該控制元件使控制端與直流電源端之間 處于導通狀態(tài)，當信號輸入端接收到“斷”控制信號時，該控制元件使控制端與直流電源端 之間處于截止狀態(tài)。該對直流電源端的通斷電的控制電路簡單，且該控制元件可以用常用 的晶體三極管實現(xiàn)，其技術成熟，結構簡單而性能穩(wěn)定，成本亦低，可以在低成本的前提下， 實現(xiàn)控制端電位的控制。在又一種優(yōu)選的典型實施例中，其包括兩個高位控制電路及兩個低位控制電路， 每個控制電路控制至少一個電控開關，每個電控開關包括柵極、源極及漏極，在柵極與源極 之間的電壓達到前述的觸發(fā)電壓時，源極及漏極導通，否則源極及漏極截止；在高位控制電 路控制的電控開關中，漏極都電性連接到直流驅(qū)動電源的一極，源極分別連接到相應高位 控制電路的比較端并且分別連接到負載的相對第一負載極及第二負載極，柵極則分別連接 到相應高位控制電路的控制端；在兩個低位控制電路控制的電控開關中，漏極分別連接到 所述負載的相對兩極，源極都連接到地，柵極則分別連接到相應低位控制電路的控制端。這 樣，源極連接到地電位的電控開關用低位控制電路驅(qū)動，其他電控開關才使用高位控制電 路，合理的組合降低了整體的成本。在又一種優(yōu)選的實施例中，與所述第一負載極直接連接的受高位控制電路控制的 電控開關導通時，與所述第二負載極直接連接的受低位控制電路控制的電控開關也導通， 其他兩個電控開關則截止；與所述第一負載極直接連接的受高位控制電路控制的電控開關 截止時，與所述第二負載極直接連接的受低位控制電路控制的電控開關也截止，其他兩個 電控開關則導通。這種典型的控制方式，簡單地實現(xiàn)了負載的相對兩極的電源方向的切換， 電控開關具有快速、精確、高效、低功耗等特點，可直接與微處理器接口，應用PWM技術實現(xiàn) 直流電機調(diào)速控制，該驅(qū)動電路能夠低成本地滿足各種類型直流電機需求。需要說明的是，“電荷池”在本文中是指一種包括兩端的電路元件，其可以充放電， 而且兩端電壓不能突變。例如，對電荷有積累效應的電容就是一種很好的電荷池。下面的說明中以說明和舉例的方式披露了本實用新型的實施方案，從下面結合附 圖的說明本實用新型的其他目標和優(yōu)勢將變得更加明顯。

以下參考附圖更充分地描述本實用新型的實施方案，其中圖1是根據(jù)本實用新型一種功率驅(qū)動器的實施方案的電路圖，其接在一個直流電 機上。
具體實施方式
現(xiàn)在參考附圖描述本實用新型優(yōu)選的實施方案，其中相同的標號始終用來指引相 同的元素。為解釋的目的，在下面的說明中提供了許多具體細節(jié)，以便對本實用新型提供深 入了解。然而，這可能是顯而易見的，沒有這些具體細節(jié)，該實用新型仍可以實施。圖1顯示了根據(jù)本實用新型一種功率驅(qū)動器100的實施方案的電路圖，其接在一 個負載即直流電機Ml上。功率驅(qū)動器100包括兩個高位控制電路10、12及兩個低位控制 電路20、22。每個控制電路控制一個電控開關MFl、MF2、MF3、MF4，具體是第一高位控制電路10控制第一電控開關MFl，第二高位控制電路12控制第二電控開關MF2，第一低位控制 電路20控制第三電控開關MF3，第二低位控制電路22控制第四電控開關MF4。每個電控開 關]\^1、]\^2、]\^3、]\^4包括柵極 102、122、202、222、源極 104,124,204,224 及漏極 106、126、 206,226o在根據(jù)本實用新型的實施方案中，該電控開關MF1、MF2、MF3、MF4是功率M0SFET， 功率MOSFET是壓控元件，具有輸入阻抗大、開關速度快、無二次擊穿現(xiàn)象等特點，能滿足高 速開關動作需求，在柵極102、122、202、222與源極104、124、204、224之間的電壓達到額定 的觸發(fā)電壓時，源極104、124、204、224及漏極106,126,206,226導通，否則源極104、124、 204,224 及漏極 106、126、206、226 截止。驅(qū)動電源是直流電源，其負極接地，正極連接到驅(qū)動電源端Vs。在兩個高位控制電 路10、12控制的電控開關MFl、MF2中，漏極106、126都電性連接到直流驅(qū)動電源端Vs ；源極 104、124分別連接到相應高位控制電路10,12的比較端Bi、B2，同時，源極104,124還分別 連接到直流電機Ml的第一負載極50及相對的第二負載極52 ；柵極102、122則分別連接到 相應高位控制電路10、12的控制端DH1、DH2。在兩個低位控制電路20、22控制的電控開關 MF 3、MF4中，漏極206、226分別連接到所述直流電機Ml的相對兩極50、52，源極204、224 都連接到地，柵極202、222則分別連接到相應低位控制電路20、22的控制端DL1、DL2。本實用新型功率驅(qū)動器100的實施方案的一個特點是，源極連接到地電位的電控 開關MF3、MF4用低位控制電路20、22驅(qū)動，其他電控開關MFl、MF2才使用高位控制電路10、 12驅(qū)動。高位控制電路10、12及低位控制電路20、22的結構將在下面詳細描述，總的來說， 高位控制電路10、12的結構比低位控制電路20、22復雜，就成本而言，高位控制電路10、12 比低位控制電路20、22相對較高。根據(jù)本實用新型實施方案，合理使用有區(qū)別的高、低位控 制電路的組合，有效地控制了功率驅(qū)動器100整體的成本。每個控制電路10、12、20、22有一個信號輸入端HI、H2、Li、L2可直接與微處理器 (未圖示)接口，微處理器應用PWM技術輸出用方波代表的“通”和“斷”的控制信號。在本 實施方案中，低電平的方波代表“通”的控制信號，高電平的方波代表“斷”的控制信號。表 1顯示圖1所示功率驅(qū)動器100的輸入、輸出真值表，典型地，在本實施方案中，輸入本實用 新型功率驅(qū)動器100的真值有兩組，每組真值經(jīng)過本實用新型功率驅(qū)動器100的處理和相 關電路的作用后輸出相應的一組真值，后面還將詳細描述電路的工作原理和細節(jié)。真值表 中1代表高電位，0代表低電位。表1圖1所示功率驅(qū)動器的輸入、輸出真值表 在本實施方案中，該電路的基本目的是實現(xiàn)對直流電機Ml繞組兩個相反方向的 供電的切換。結合參照圖1，當從微處理器向本實用新型功率驅(qū)動器100輸入表1所示第一 組真值時，根據(jù)對應的輸出真值可見，由于DHl為高電位，第一電控開關MFl的觸發(fā)電壓可 以達到，故第一電控開關MFl導通；由于DH2為低電位，第二電控開關MF2的觸發(fā)電壓不能 達到，故第二電控開關MF2截止；相應地，DLl為低電位，第三電控開關MF3截止；DL2為高電位，第四電控開關MF4導通。結果，電流將從驅(qū)動電源端Vs依次通過第一電控開關MFl、 第一負載極50、直流電機Ml、第二負載極52及第四電控開關MF4流到地。同理，當從微處 理器向本實用新型功率驅(qū)動器100輸入表1所示第二組真值時，根據(jù)對應的輸出真值可知， DHl為低電位，第一電控開關MFl截止；DH2為高電位，第二電控開關MF2導通；DLl為高電 位，第三電控開關MF3導通；DL2為低電位，第四電控開關MF4截止。結果，電流將從驅(qū)動電 源端Vs依次通過第二電控開關MF2、第二負載極52、直流電機Ml、第一負載極50及第三電 控開關MF3流到地。假設電流經(jīng)過直流電機Ml時，從第一負載極50到第二負載極52是正 向，直流電機Ml正轉(zhuǎn)，則從第二負載極52到第一負載極50是反向，直流電機Ml反轉(zhuǎn)。因 此，輸入第一組真值時，直流電機Ml正轉(zhuǎn)，輸入第二組真值時，直流電機Ml反轉(zhuǎn)。這種典型 的控制方式，簡單地實現(xiàn)了對直流電機的相對兩極的電源方向的切換，電控開關具有快速、 精確、高效、低功耗等特點，可直接與微處理器接口，應用PWM技術實現(xiàn)直流電機調(diào)速控制， 該驅(qū)動電路能夠低成本地滿足各種類型直流電機需求。第一高位控制電路10與第二高位控制電路12結構相同，為表達簡單起見，在圖1 中，第二高位控制電路12的內(nèi)部電路結構被省略。下面僅以第一高位控制電路10為例，說 明高位控制電路10、12的電路結構。高位控制電路10包括三個控制元件Ql、Q2、Q5、一個 電荷池Cl、一個信號輸入端Hl、一個第一直流電源端DCl、一個第二直流電源端DC2、一個控 制端DHl及一個比較端Bl。第一直流電源端DCl及第二直流電源端DC2分別連接到相對于 地電位具有一定電勢差的電位，在本實施方案中，第二直流電源端DC2的電位大于電控開 關MF1、MF2的觸發(fā)電壓，第一直流電源端DCl的電位低于第二直流電源端DC2。第一直流 電源端DCl的電位與微處理器輸出的高電平的“斷”控制信號的電位基本相當。當信號輸入端Hl接收到“斷”控制信號時，信號輸入端Hl因接收到高電平的方波 而處于高電位狀態(tài)，該高電位通過串連的電阻R2傳遞到控制元件Ql的發(fā)射極，故控制元件 Ql的發(fā)射極的電位與第一直流電源端DCl通過串連的電阻Rl傳遞到控制元件Ql的基極的 電位相當，控制元件Ql截止，因此控制元件Ql的集電極通過串連電阻R5及單向?qū)щ娫?Dl與第二直流電源端DC2連接的電路基本沒有電流，電阻R5兩端基本不存在壓降，亦即， 控制元件Q2的發(fā)射極與基極之間基本不存在電勢差，故控制元件Q2亦截止。典型地，在本 實施方案中，單向?qū)щ娫﨑l采用常用的晶體二極管，其技術成熟，結構簡單而性能穩(wěn)定， 成本亦低，可以在低成本的前提下，實現(xiàn)對電荷池Cl的充、放電控制。此時，如前所述，第三 電控開關MF3是導通的，控制端Bl將通過第三電控開關MF3接地，故，高于地電位的第二直 流電源端DC2將通過單向?qū)щ娫﨑l向電荷池Cl充電。在本實施方案中，電荷池Cl是電 容，典型地，是容量比較大的電解電容。電荷池Cl被第二直流電源端DC2充電而儲存電荷。 同時，由于控制元件Q2截止，基本沒有電流通過電阻R8，電阻R8上基本沒有壓降，故控制元 件Q5的基極與集電極基本與比較端Bl的電位相同，而保持低電位狀態(tài)。若控制端DHl電 位高于比較端Bi，控制元件Q5將導通，使控制端DHl與比較端Bl之間的電勢差保持低水 平，遠小于電控開關MFl的額定觸發(fā)電壓。因此，控制元件Q5可以將控制端DHl與比較端 Bl之間的電勢差穩(wěn)定地鎖定低水平。當信號輸入端Hl接收到“通”控制信號時，相反地，信號輸入端Hl處于低電位狀 態(tài)，控制元件Ql的發(fā)射極的電位低于第一直流電源端DCl及與之相連的基極的電位，控制 元件Ql導通，因此控制元件Ql的集電極有電流，導致電阻R5兩端產(chǎn)生壓降，亦即，控制元件Q2的發(fā)射極與基極之間存在電勢差，故控制元件Q2導通。如前所述，根據(jù)表1所示第一 組真值，第四電控開關MF4導通，從而第二負載極52相當于接地，其電位基本為零。但是， 由于電機Ml的繞組是很大的電感元件，當通過其中的電流切換方向或者突變時，將產(chǎn)生很 大的反向電動勢。當信號輸入端Hl接收到“通”控制信號時，由于電機Ml的繞組中電流突 變而在兩負載極50、52之間產(chǎn)生電勢差，故第一負載極50的電位將遠高于與相當于接地的 第二負載極52，故第一負載極50及與其相連的比較端Bl將遠高于地電位，實踐上比較端 Bl的電位往往遠高過第二直流電源端DC2的電位。由于電荷池Cl兩端電壓不能突變，電 荷池Cl正極電位高于與其負極相連的比較端Bi，故電荷池Cl正極更高于第二直流電源端 DC2的電位，單向?qū)щ娫﨑l截止。故，電流依次經(jīng)過電荷池Cl的正極、控制元件Q2、二極 管D2、電阻R7達到控制端DHl，故控制端DHl與比較端Bl之間電勢差等于電荷池Cl兩極之 間的電壓減去在控制元件Q2、二極管D2及電阻R7上的壓降，本領域技術人員可以理解，通 過選擇合適的參數(shù)，仍可保持控制端DHl與比較端Bl之間電勢差大于電控開關MFl的額定 觸發(fā)電壓。優(yōu)選地，在控制端DHl與比較端Bl之間還連接有并聯(lián)的電容C2及齊納管ZD1， 用于穩(wěn)定控制端DHl的與比較端Bl之間的電壓。對于控制元件Q5，由于此時二極管D2及 電阻R7上的壓降，基極電位高于發(fā)射極，故控制元件Q5是截止的。第一低位控制電路20和第二低位控制電路22結構相同，為表達簡單起見，在圖1 中，第二低位控制電路22的內(nèi)部電路結構被省略。下面僅以第一低位控制電路20為例，說 明低位控制電路20、22的電路結構。低位控制電路20包括三個控制元件Q3、Q4、Q6、一個 信號輸入端Li、一個第一直流電源端DC1、一個第二直流電源端DC2、及一個控制端DL1，第 一直流電源端DCl及第二直流電源端DC2分別連接到兩個相對于地電位具有預定電勢差的 電位，在本實施方案中，第二直流電源端DC2大于電控開關MF3、MF4的觸發(fā)電壓，第一直流 電源端DCl的電位低于第二直流電源端DC2。第一直流電源端DCl的電位與微處理器輸出 的高電平的“斷”控制信號的電位基本相當。當?shù)臀豢刂齐娐?0的信號輸入端Ll接收到“斷”控制信號時，信號輸入端Ll因接 收到高電平的方波而處于高電位狀態(tài)，該高電位通過串連的電阻R3傳遞到控制元件Q3的 發(fā)射極，故控制元件Q3的發(fā)射極的電位與第一直流電源端DCl傳遞到控制元件Q3的基極 的電位基本相當，控制元件Q3截止，因此控制元件Q3的集電極基本沒有電流，亦即通過串 連電阻R6與第二直流電源端DC2連接的電路基本沒有電流，電阻R6兩端基本不存在壓降， 亦即，控制元件Q4的發(fā)射極與基極之間基本不存在電勢差，故控制元件Q4亦截止，亦即，第 二直流電源端DC2的電位不會通過控制元件Q4并通過電阻R9傳遞到控制端DL1。更進一 步，信號輸入端Ll的高電位通過串連的電阻R4傳遞到控制元件Q6的基極，由于控制元件 Q6的發(fā)射極連接到地，故控制元件Q6的基極與發(fā)射極之間存在正向的電壓，從而控制元件 Q6處于導通狀態(tài)，亦即，控制端DLl與地導通而基本處于零電位，或者說控制端DLl與地之 間存在很小電勢差(等于控制元件Q6的集電極與發(fā)射極之間的壓降)，控制端DLl與地之 間的電勢差被鎖定于遠小于電控開關MF3的觸發(fā)電壓的狀態(tài)。因而，電控開關MF3不會觸 發(fā)，從而處于截止狀態(tài)。相反，當信號輸入端Ll接收到“通”控制信號時，控制元件Q3導通，控制元件Q4 亦導通，控制元件Q6截止?？刂贫薉Ll的電位等于第二直流電源端DC2的電位減控制元件 Q4及電阻R9的壓降，由于該壓降很小，控制端DLl的電位基本等于第二直流電源端DC2的電位，由于第二直流電源端DC2的電位大于電控開關MF3的觸發(fā)電壓，故控制端DLl與地之 間的電勢差大于電控開關MF3的觸發(fā)電壓，電控開關MF3觸發(fā)而導通。其中，該控制元件Q6 根據(jù)控制信號而實現(xiàn)的切換，可以提高對低位控制電路20中控制端DLl電位的控制的穩(wěn)定 度。優(yōu)選地，在控制端DLl與地之間還連接有電容C3，用于穩(wěn)定控制端DLl的電位。由前述說明可以看到，低位控制電路20做得比高位控制電路10簡單而成本比較 低。如本實施方案所示，當高、低位控制電路被用于驅(qū)動四個壓控型電子元器件MF1、MF2、 MF3、MF4的矩陣時，成本較低的低位控制電路20、22可以用于驅(qū)動源極204、224連接在地 電位而電位相對于地電位固定的壓控型電子元器件MF3、MF4，而只有用于驅(qū)動電位相對于 地電位浮動的壓控型電子元器件MF1、MF2時，才使用高位控制電路10、12。由于高位控制 電路10、12相對低位控制電路20、22更復雜而成本比較高，這樣當減少高位控制電路10、12 的數(shù)量時，從而降低了功率驅(qū)動器100整體的成本。根據(jù)本實用新型的功率驅(qū)動器100的實施方案，其利用微處理器輸出的控制信 號，根據(jù)驅(qū)動信號本身的規(guī)律，對電荷池Cl充、放電，由于電荷池Cl兩端電壓不能突變，電 荷池Cl放電時使控制端DHl可以在比較端Bl的基礎電位上疊加，使比較端Bl電位升高一 定幅度的情況下，控制端DHl的電位也能升高相應的幅度，從而保持控制端DHl與比較端Bl 之間的電勢差大于額定的觸發(fā)電壓，實現(xiàn)了控制端DHl相對于比較端Bl電壓的提升，進而 實現(xiàn)了在直流電源端DC2低電壓條件下，對高驅(qū)動壓控型電子元器件MFl的驅(qū)動。也就是說，當高位控制電路10、12的信號輸入端H1、H2接收到的控制信號變化時， 其比較端B1、B2電位存在變化，但不管比較端B1、B2電位如何變化，高位控制電路10、12仍 可在控制端DH1、DH2與比較端B1、B2之間輸出一定的驅(qū)動電壓。典型地，在本實施方案中，控制元件Ql至Q6用常用的晶體三極管實現(xiàn)，其技術成 熟，結構簡單而性能穩(wěn)定，成本亦低，可以在低成本的前提下，實現(xiàn)對電荷池的充、放電控 制。從整體來說，本功率驅(qū)動器100均采用常見的三極管、電阻、二極管和電容，易于采購并 且成本低廉。從前述說明可以理解，由于本功能驅(qū)動器100的特點，對于驅(qū)動電源端Vs、第一 直流電源端DCl及第二直流電源端DC2，可以使用同一個直流電源采用已知的成熟的分壓 技術分壓后進行供電，從而省略多個隔離電源，只需要單個電源即可實現(xiàn)多個MOSFET的驅(qū) 動，特別是用于驅(qū)動MOSFET矩陣以及多電位MOSFET矩陣，則大大簡化了驅(qū)動電路和電源電 路，并且避免了通常驅(qū)動方式中需要的多個隔離電源之間耐壓問題，大大降低了成本并且 大大提高了可靠性。雖然本實用新型已經(jīng)在此顯示和描述，其中設想是最實際和優(yōu)選的實施方案，可 以認識到，在本實用新型的范圍內(nèi)可以做出改變，并非只限于此處所述的細節(jié)，而是要符合 所附權利要求的全部范圍，以包含任何和所有等同裝置和設備。例如，雖然參考本實用新型 這種極性的晶體管的配置已經(jīng)說明本實用新型實施方案，本實用新型技術方案同樣可以適 用于相反極性晶體管的配置。又例如，根據(jù)本實用新型的實施方案，功能驅(qū)動器100是用于 驅(qū)動直流電機M1，實際上，也適用于驅(qū)動其他的大功率感性負載，如步進電機、泵電機等。而 進一步，例如本實用新型的實施方案中，高位控制電路10與低位控制電路20分別采用三個 晶體三極管Ql至Q6做控制元件實現(xiàn)，但是控制元件400也可以用相同功能的其他電路代 替，實現(xiàn)與前述相似的功能。對于本領域技術人員，這些都是等同的。
權利要求一種功率驅(qū)動器(100)，用于根據(jù)控制信號驅(qū)動大功率負載(M1)，其特征在于其包括高位控制電路(10、12)，包括電荷池(C1)、信號輸入端(H1、H2)、直流電源端(DC2)、控制端(DH1、DH2)及比較端(B1、B2)，直流電源端(DC2)連接到相對于地電位具有一定電勢差的電位；當信號輸入端(H1、H2)接收到“斷”控制信號時，電荷池(C1)被直流電源端(DC2)充電而儲存電荷，但此時控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)之間保持小于一定的觸發(fā)電壓的電勢差；當信號輸入端(H1、H2)接收到“通”控制信號時，電荷池(C1)通過分別連接控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)的電路放電，使控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)之間電勢差大于所述觸發(fā)電壓。
2.如權利要求1所述的功率驅(qū)動器(100)，其特征在于其包括低位控制電路(20、 22)，包括信號輸入端(Li、L2)、直流電源端(DC2)及控制端(DLU DL2)，直流電源端(DC2) 連接到相對于地電位具有預定電勢差的電位，在該低位控制電路(20、22)中當信號輸入端(L1、L2)接收到“斷”控制信號時，控制端(DL1、DL2)與地之間的電勢差 小于前述觸發(fā)電壓；當信號輸入端(L1、L2)接收到“通”控制信號時，控制端(DL1、DL2)與地之間的電勢差 大于前述觸發(fā)電壓。
3.如權利要求1所述的功率驅(qū)動器(100)，其特征在于當高位控制電路(10、12)的信 號輸入端(H1、H2)接收到的控制信號變化時，其比較端(B1、B2)電位存在變化。
4.如權利要求3所述的功率驅(qū)動器(100)，其特征在于在直流電源端(DC2)與電荷 池之間連接有單向?qū)щ娫?Dl)，當高位控制電路(10、12)的信號輸入端(H1、H2)接收到 “通”控制信號時，單向?qū)щ娫?Dl)截止，當高位控制電路(10、12)的信號輸入端(H1、H2) 接收到“斷”控制信號時，單向?qū)щ娫?Dl)導通。
5.如權利要求1所述的功率驅(qū)動器(100)，其特征在于在高位控制電路(10、12)中， 控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)之間連接有控制元件(Q5)，當信號輸入端(H1、H2)接 收到“斷”控制信號時，該控制元件(Q5)使控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)之間處于導 通狀態(tài)，當信號輸入端(H1、H2)接收到“通”控制信號時，該控制元件(Q5)使控制端(DH1、 DH2)與比較端(B1、B2)之間處于截止狀態(tài)。
6.如權利要求2所述的功率驅(qū)動器(100)，其特征在于在低位控制電路(20、22)中， 控制端(DL1、DL2)與地之間連接有控制元件(Q6)，當信號輸入端(L1、L2)接收到“斷”控制 信號時，該控制元件(Q6)使控制端(DL1、DL2)與地之間處于導通狀態(tài)，當信號輸入端(Li、 L2)接收到“通”控制信號時，該控制元件(Q6)使控制端(DL1、DL2)與地之間處于截止狀 態(tài)。
7.如權利要求1所述的功率驅(qū)動器(100)，其特征在于在高位控制電路(10、12)中， 電荷池(Cl)的與比較端(B1、B2)相連接的一極相對的另一極與控制端(DH1、DH2)之間連 接有控制元件(Q2)，當信號輸入端(H1、H2)接收到“通”控制信號時，該控制元件(Q2)使控 制端(DH1、DH2)與電荷池(Cl)之間處于導通狀態(tài)，當信號輸入端(H1、H2)接收到“斷”控 制信號時，該控制元件(Q2)使控制端(DH1、DH2)與電荷池(Cl)之間處于截止狀態(tài)。
8.如權利要求2所述的功率驅(qū)動器(100)，其特征在于在低位控制電路(20、22)中， 控制端(DL1、DL2)與直流電源端(DC2)之間連接有控制元件(Q4)，當信號輸入端(L1、L2) 接收到“通”控制信號時，該控制元件(Q4)使控制端(DL1、DL2)與直流電源端(DC2)之間 處于導通狀態(tài)，當信號輸入端(L1、L2)接收到“斷”控制信號時，該控制元件(Q6)使控制端 (DL1、DL2)與直流電源端(DC2)之間處于截止狀態(tài)。
9.如權利要求2到8中任一項所述的功率驅(qū)動器(100)，其特征在于其包括兩個高 位控制電路(10、12)及兩個低位控制電路(20、22)，每個控制電路控制至少一個電控開關 (MFU MF2、MF3、MF4)，每個電控開關(MFU MF2、MF3、MF4)包括柵極(102,122,202,222)、 源極(104、124、204、224)及漏極(106、126、206、226)，在柵極(102,122,202,222)與源極 (104、124、204、224)之間的電壓達到前述的觸發(fā)電壓時，源極(104,124,204,224)及漏極 (106、126、206、226)導通，否則源極(104,124,204,224)及漏極(106,126,206,226)截止； 在兩個高位控制電路(10,12)控制的電控開關(MF1、MF2)中，漏極(106,126)都電性連接 到直流驅(qū)動電源的一極(VS)，源極(104、124)分別連接到相應高位控制電路(10、12)的比 較端(B1、B2)并且分別連接到負載(Ml)的相對第一負載極(50)及第二負載極(52)，柵極 (102,122)則分別連接到相應高位控制電路(10、12)的控制端(DH1、DH2)；在兩個低位控 制電路(20,22)控制的電控開關(MF3、MF4)中，漏極(206,226)分別連接到所述負載(Ml) 的相對兩極(50、52)，源極(204、224)都連接到地，柵極(202、222)則分別連接到相應低位 控制電路(20、22)的控制端(DL1、DL2)。
10.如權利要求9所述的功率驅(qū)動器(100)，其特征在于與所述第一負載極(50)直接 連接的受高位控制電路(10)控制的電控開關(MFl)導通時，與所述第二負載極(52)直接 連接的受低位控制電路(22)控制的電控開關(MF4)也導通，其他兩個電控開關(MF2、MF3) 則截止；與所述第一負載極(50)直接連接的受高位控制電路(10)控制的電控開關(MFl) 截止時，與所述第二負載極(52)直接連接的受低位控制電路(22)控制的電控開關(MF4) 也截止，其他兩個電控開關(MF2、MF3)則導通。
專利摘要一種功率驅(qū)動器，用于根據(jù)控制信號驅(qū)動大功率負載，其高位控制電路包括電荷池、信號輸入端、直流電源端、控制端及比較端。直流電源端連接到相對于地電位具有一定電勢差的電位。當信號輸入端接收到“斷”控制信號時，電荷池被直流電源端充電而儲存電荷，但此時控制端與比較端之間保持小于一定的觸發(fā)電壓的電勢差。當信號輸入端接收到“通”控制信號時，電荷池通過分別連接控制端與比較端的電路放電，使控制端與比較端之間電勢差大于所述觸發(fā)電壓。
文檔編號H02P7/28GK201639533SQ200920219269
公開日2010年11月17日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權日2009年9月30日
發(fā)明者尚巍 申請人:依必安派特風機(上海)有限公司