功率控制用驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率控制用驅(qū)動(dòng)電路，尤其是功率控制設(shè)備的功率控制器件(M0SFET和IGBT等)的驅(qū)動(dòng)電路。該驅(qū)動(dòng)電路可以輸出幅度較大、上升沿和下降沿較短的峰值電流。該驅(qū)動(dòng)電路可應(yīng)用于使用MOSFET、IGBT進(jìn)行電機(jī)控制、電源變換和電源管理等功率控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，在開(kāi)啟MOSFET或IGBT等被控功率控制器件時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路必需能在短時(shí)間內(nèi)向被控功率控制器件MOSFET或IGBT的柵極注入大電流，關(guān)閉被控功率控制器件MOSFET或IGBT時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路必需能在短時(shí)間內(nèi)由被控功率控制器件MOSFET或IGBT的柵極引出大電流?；蛘哒f(shuō)，加到被控功率控制器件MOSFET或IGBT的柵極的驅(qū)動(dòng)電流脈沖幅度要足夠大，上升沿時(shí)間和下降沿時(shí)間要足夠短。為此，一般用MOSFET構(gòu)造被控功率控制器件的驅(qū)動(dòng)電流輸出部分，常用的電路(包括專(zhuān)用MOSFET或IGBT的驅(qū)動(dòng)電路前級(jí))如圖1(A)至(D)0
[0003]圖1中，Q1，Q2為驅(qū)動(dòng)被控功率控制器件MOSFET或IGBT (即Q3)的MOSFET。R為驅(qū)動(dòng)電阻，用以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流和阻尼驅(qū)動(dòng)回路振鈴。腳3接驅(qū)動(dòng)電源。記腳3的電位為V3;腳I和2分別是驅(qū)動(dòng)Q1、Q2的控制信號(hào)。記腳I的電位為VI，記腳2的電位為V2 ;在橋式電路中，在Q3用于上橋時(shí)，4接到功率級(jí)的電源正，5是輸出。在Q3用于下橋時(shí)，5接到功率級(jí)的電源負(fù)，4是輸出。記腳4的電位為V4，腳5的電位為V5。Q3的柵極的電壓記為VG3(也即柵極和源極的電位差)，為使Q3深度飽和(MOSFET進(jìn)入電阻區(qū)，而且導(dǎo)通電阻足夠小)，必須有VG3=5V-15V，同樣，Ql的柵極電壓記為VG1，為使Ql深度飽和(MOSFET進(jìn)入電阻區(qū)，而且導(dǎo)通電阻足夠小)，必須有VG1=5V-15V，因此，附圖1 (A) N-NM0SFET組合和圖1 (D)N-PM0SFET組合，開(kāi)通Ql的控制信號(hào)幅度必須達(dá)到VG1+VG=20V-30V。顯然電路處理比較復(fù)雜，所以這兩種電路很少使用。
[0004]對(duì)于圖1 (B)p-NMOSFET組合，當(dāng)V1=V5時(shí)，Ql導(dǎo)通，開(kāi)啟Q3，當(dāng)V2=V5時(shí)Q2導(dǎo)通，關(guān)閉Q3。為防止Ql、Q2同時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)V1=V5時(shí)必須有V2=V3，當(dāng)V2=V5時(shí)必須有V1=V3，而且在Ql、Q2的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，必須保證先關(guān)后開(kāi)，關(guān)與開(kāi)之間要插入合適的時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間間隔也叫死區(qū)保護(hù)。
[0005]對(duì)于圖1 (C)P-PMOSFET組合，當(dāng)V1=V5時(shí)，Ql導(dǎo)通，開(kāi)啟Q3，當(dāng)V2=V3時(shí)Q2導(dǎo)通，關(guān)閉Q3。為防止Ql、Q2同時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)V1=V5時(shí)必須有V2=V5，當(dāng)V2=V3時(shí)必須有V1=V3，而且在Ql、Q2的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，必須保證先關(guān)后開(kāi)，關(guān)與開(kāi)之間要插入合適的時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間間隔也叫死區(qū)保護(hù)。
[0006]由此可見(jiàn)圖1 (B) P-NM0SFET組合和圖1 (C) P-PM0SFET組合的控制信號(hào)處理電路比較復(fù)雜，特別在是死區(qū)保護(hù)時(shí)間內(nèi)，被控功率控制器件Q3的工作狀態(tài)是不理想的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明首要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以輸出幅度較大、上升沿和下降沿較短的峰值電流(即被控功率控制器件的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間較短)的功率控制用驅(qū)動(dòng)電路。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種功率控制用驅(qū)動(dòng)電路，其包括:驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)，用于根據(jù)外部送入的PWM信號(hào)或邏輯信號(hào)控制其電壓輸出端的輸出電壓；N-MOSFET (Ql)，其柵極(G)接所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的電壓輸出端；該N-MOSFET (Ql)的柵極(G)與源極(S)之間設(shè)有第一電阻(Rl)，N-MOSFET (Ql)的漏極(D)接驅(qū)動(dòng)電源；P_M0SFET(Q2)，其柵極(G)接所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的電壓輸出端；所述N-MOSFET (Ql)的源極(S)與P-MOSFET (Q2)的源極(S)之間設(shè)有第二電阻(R2);被控功率控制器件(Q3)，其柵極(G)串接第三電阻(R3)后接所述P-MOSFET (Q2)的源極(S)，所述被控功率控制器件(Q3)的源極(S)接所述P-MOSFET (Q2)的漏極(D)0
[0009]所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)采用驅(qū)動(dòng)集成電路或分列器件構(gòu)成。
[0010]作為一種優(yōu)選的方案，所述第一電阻(Rl)的阻值小于1ΚΩ，第二電阻(R2)和第三電阻(R3)的阻值小于100 Ω。
[0011]作為一種優(yōu)選的方案，所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的電壓輸出端能輸出的電壓為10-15V，且輸出電流和吸收電流的峰值不小于200mA。
[0012]作為一種優(yōu)選的方案，所述被控功率控制器件(Q3)為MOSFET或IGBT。
[0013]上述功率控制用驅(qū)動(dòng)電路的工作方法，其包括:
當(dāng)所述PffM信號(hào)或邏輯信號(hào)有效時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的電壓輸出端的輸出電壓V0UT=10-15V,該電壓經(jīng)第一、第二和第三電阻(Rl、R2、R3)加到被控功率控制器件(Q3)的柵極，并形成電流輸出電流(Il);該電壓還直接加到N-MOSFET (Ql)的柵極，使N-MOSFET(Ql)導(dǎo)通并很快深度飽和，進(jìn)而使被控功率控制器件(Q3)的柵極電壓很快上升；隨著被控功率控制器件(Q3)的柵極電壓上升，所述輸出電流(II)逐漸減小，直至所述第一電阻(Rl)兩端的電壓小于所述N-MOSFET (Ql)的門(mén)檻電壓時(shí)，N-MOSFET (Ql)退出導(dǎo)通，被控功率控制器件(Q3)的柵極電壓由所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)保持，維持被控功率控制器件(Q3)處在深度飽和區(qū)；當(dāng)PWM信號(hào)或邏輯信號(hào)自有效變?yōu)闊o(wú)效時(shí)，所述電壓輸出端下降，使被控功率控制器件(Q3)的柵極經(jīng)第一、第二和第三電阻(Rl、R2、R3)向所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的電壓輸出端輸出灌電流(12)，并在第一、第二電阻(R1，R2)的阻值之和與輸出灌電流(12)的乘積大于P-MOSFET (Q2)的門(mén)檻電壓時(shí)，使P-MOSFET (Q2)很快飽和導(dǎo)通，并使被控功率控制器件(Q3)的柵極電壓很快下降，最終使Q2退出導(dǎo)通；被控功率控制器件(Q3)的柵極電壓由驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)保持，由于驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)能吸收峰值不小于200mA的電流，因此能可靠維持被控功率控制器件(Q3)處在截止區(qū)。
[0014]作為一種變型的方案，所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的電壓輸出端依次串接第四電阻(R4)、第五電阻(R5)和第一柵極電阻(RGl)后接N-MOSFET (Ql)的柵極(G);所述第五電阻(R5)和第一柵極電阻(RGl)的接點(diǎn)串接所述第一電阻(Rl)后接N-MOSFET (Ql)的源極(S);第四電阻(R4)和第五電阻(R5)的接點(diǎn)串接第二柵極電阻(RG2)后接P-MOSFET (Q2)的柵極(G)0
[0015]作為另一種變型的方案，所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的電壓輸出端依次串接第四電阻(R4)、第五電阻(R5)和第二柵極電阻(RG2)后接P-MOSFET (Q2)的柵極(G);所述第四電阻(R4)和第五電阻(R5)的接點(diǎn)串接第一柵極電阻(RGl)后接N-MOSFET (Ql)的柵極(G);所述第五電阻(R5)和第二柵極電阻(RG2)的接點(diǎn)串接第一電阻(Rl)后接N-MOSFET (Ql)的源極(S)。
[0016]—種橋式功率控制電路，其包括:驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)，用于根據(jù)外部送入的一對(duì)PWM信號(hào)或邏輯信號(hào)分別控制其一對(duì)電壓輸出端的輸出電壓；該對(duì)電壓輸出端分別連接有結(jié)構(gòu)相同的上、下橋驅(qū)動(dòng)電路；所述上、下橋驅(qū)動(dòng)電路包括:N-M0SFET (Q1)，其柵極接所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的一電壓輸出端；該N-MOSFET (Ql)的柵極(G)與原極(S)之間設(shè)有第一電阻(RU, N-MOSFET (Ql)的漏極(D)接驅(qū)動(dòng)電源；P_M0SFET (Q2)，其柵極(G)接所述驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的電壓輸出端；N-MOSFET (QI)的原極(S )與P-MOSFET (Q2 )的原極(S )之間設(shè)有第二電阻(R2 );被控功率控制器件(Q3 )，其柵極(G )串接第三電阻(R3 )后接所述P-MOSFET (Q2 )的原極(S)，所述被控功率控制器件(Q3)的原極(S)接所述P-MOSFET (Q2)的漏極(D);上橋驅(qū)動(dòng)電路中的被控功率控制器件的原極(S)接下橋驅(qū)動(dòng)電路中的被控功率控制器件的漏極(D)，下橋驅(qū)動(dòng)電路中的被控功率控制器件的原極(S)接驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)的公共端(COM)。
[0017]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有的技術(shù)效果是:(1)本發(fā)明中的功率控制用驅(qū)動(dòng)電路，在穩(wěn)態(tài)(指輸出級(jí)的