一種自舉驅(qū)動電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種自舉驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，N溝道M0SFET和IGBT相較于三極管和P溝道M0SFET在高頻率，大功率和高效率的開關(guān)應(yīng)用場合表現(xiàn)出越來越明顯的優(yōu)勢。根據(jù)其應(yīng)用特性，需要在柵極增加相對于源極的高壓信號，才能實(shí)現(xiàn)有效的導(dǎo)通控制。高壓側(cè)功率管導(dǎo)通后，其源極一般接電源正極，因此柵極需要隨電源電壓波動的固定壓差驅(qū)動控制信號。在大多數(shù)的開關(guān)應(yīng)用場合，通常需要高速開關(guān)控制，因此從功耗、速度和效率等方面考慮需要強(qiáng)驅(qū)動電流。
[0003]目前，針對高壓驅(qū)動一般采取以下兩種方案:
1、電容自舉驅(qū)動法。該種方法利用電容的充放電特性以及二極管的單向?qū)ㄌ匦?，?shí)現(xiàn)持續(xù)高壓驅(qū)動，圖1示出了一種典型的實(shí)現(xiàn)方式，通常采用一個具有PWM輸出功能的芯片，產(chǎn)生固定頻率和占空比的PWM信號，從而控制電容和二極管進(jìn)行自舉升壓，此種方法電路結(jié)構(gòu)簡單，但存在以下缺點(diǎn):
A、輸出驅(qū)動電流受限于隔離電容的性能參數(shù)，通常驅(qū)動能力較弱；
B、自舉電壓只取決于PWM信號的電平強(qiáng)度和占空比，如果要實(shí)現(xiàn)自舉電壓V0UT隨輸入電源VCC2隨動輸出固定壓差，必須額外增加一路電源系統(tǒng)VCC1 (如12V)，設(shè)計復(fù)雜度提高，增加電路體積。
[0004]此種電路的一種衍生形式就是橋驅(qū)動電路，其典型應(yīng)用如圖2所示，當(dāng)IN為低電平時，芯片導(dǎo)通M0S管Q2，同時通過二極管D1對C1進(jìn)行充電，充電電壓為芯片電源電壓(12V)，形成自舉電壓，為高側(cè)M0S管Q1的導(dǎo)通做好準(zhǔn)備；當(dāng)IN為高電平時，利用C1上的自舉電壓導(dǎo)通M0S管Q1。此種電路可良好的應(yīng)用于需要高頻率導(dǎo)通關(guān)斷的控制電路，如電機(jī)轉(zhuǎn)動控制中，但仍存在以下缺點(diǎn):
A、在持續(xù)高壓側(cè)Q1導(dǎo)通控制方面無法應(yīng)用；
B、電荷栗電路的穩(wěn)定輸出有一定的時延，對于電機(jī)的快速啟動有一定的影響。
[0005]2、隔離電源法。如圖3所示，利用隔離電源的輸出地連接至電源輸入端正極，這樣可保證連續(xù)輸出高于電源電壓的驅(qū)動電壓。該驅(qū)動方法能夠提供連續(xù)驅(qū)動，但存在以下問題:
A、增加一路隔離電源系統(tǒng)，增加了電路復(fù)雜度和成本；
B、增加隔離電源開關(guān)振蕩電路對系統(tǒng)電磁兼容性有一定影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種自舉驅(qū)動電路，具有寬電源適應(yīng)范圍，驅(qū)動能力強(qiáng)、耐壓高、可靠性高的高壓驅(qū)動電路，以滿足高于電源輸入電壓的大功率、高效率開關(guān)應(yīng)用場合。
[0007]本發(fā)明一種自舉驅(qū)動電路，包括輸入濾波及保護(hù)電路、pmi信號生成電路、能量傳遞電路、自舉電壓反饋電路、自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路；
所述輸入濾波及保護(hù)電路，包括電容、電感濾波網(wǎng)絡(luò)，以及瞬態(tài)抑制二極管、壓敏電阻、熱敏電阻、匯流二極管，實(shí)現(xiàn)電源紋波抑制，過壓、欠壓保護(hù);熱敏電阻和瞬態(tài)抑制二極管保護(hù)芯片超壓條件下工作需求，匯流二極管實(shí)現(xiàn)輸入保護(hù)或欠壓條件下的供電需求；
所述PWM信號生成電路，包括一個具有推挽輸出功能的芯片組，通過采集自舉輸出電壓來動態(tài)調(diào)整PWM信號振蕩及占空比，調(diào)節(jié)所述能量傳遞電路中開關(guān)器件的開啟和關(guān)閉時間；所述能量傳遞電路，包括N-MOSFET開關(guān)、電感和電容，在所述HVM信號生成電路的控制下產(chǎn)生交流振蕩信號，將電源輸入能量傳遞至所述自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路；
所述自舉電壓反饋電路，包括二極管、分壓電阻、電容，動態(tài)反饋?zhàn)耘e電壓的信號電平至PWM信號生成電路；
所述自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路，包括二極管、電容，將振蕩交流能量信號進(jìn)行整形轉(zhuǎn)換，并將此能量儲存在容性器件，實(shí)現(xiàn)所述自舉驅(qū)動電路的功率輸出；
所述輸入濾波及保護(hù)電路分別向所述PWM信號生成電路、所述能量傳遞電路提供電源；所述自舉電壓反饋電路向所述PWM信號生成電路輸入電壓反饋信號;所述PWM信號生成電路分別向所述能量傳遞電路、所述自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路輸出控制信號。
[0008]進(jìn)一步的，所述輸入濾波及保護(hù)電路，包括電容C6、C7、C9、C16和電感L2組成的濾波網(wǎng)絡(luò)來抑制電源紋波，壓敏電阻R8實(shí)現(xiàn)輸入VIN高過壓情況下的保護(hù)，瞬態(tài)抑制二極管D1、熱敏電阻F1、組成過壓保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，防止VIN過壓情況下燒毀PWM信號生成電路芯片，匯流二極管D5、D6可實(shí)現(xiàn)VIN過壓或欠壓情況下保證PWM信號生成電路芯片正常工作。
[0009]進(jìn)一步的，所述Pmi信號生成電路，采用國家半導(dǎo)體公司的電源芯片LM3481實(shí)現(xiàn)，輸入電壓VIN經(jīng)熱敏電阻F1與TVS 二極管D1組成的過壓保護(hù)電路后接入控制芯片LM3481供電腳VIN，LM3481輸出控制腳DR接M0S管Q1的柵極，開關(guān)頻率控制管腳FA/SD連接R1下拉到GND，補(bǔ)償管腳C0MP通過電容C3、C22與電阻R3連接至GND，反饋采樣腳FB接反饋電阻R2與R4的中點(diǎn)，電流采樣管腳ISEN通過限流電阻連接至M0S管Q1的源極，并經(jīng)功率電阻R6連接至GND。
[0010]進(jìn)一步的，所述能量傳遞電路，包括N型MOS管Q1，互感L1，耦合電容C5、C14;互感L1的4腳接輸入電壓VIN，2腳接N型M0S管Q1的漏極及耦合電容C5的輸入端，M0S管Q1的源極接地、柵極接控制電路U1控制腳，電感L2—端接耦合電容C5、C14輸出、3腳接地，互感L1的接輸入電壓端4腳和接地端3腳為同名端，耦合電容C5、C14輸入端接M0S管Q1的漏極，輸出端接輸出電路中整流二極管D2的陽極;所述能量轉(zhuǎn)換電路在所述PWM信號生成電路控制電路的控制下，周期性開啟/關(guān)閉M0S管Q1，使得在互感L1的2、4腳兩端產(chǎn)生交流振蕩信號，該信號經(jīng)互感及耦合電容的耦合作用，在L1的1腳輸出端產(chǎn)生同樣頻率的交流振蕩信號，送至所述自舉電壓反饋電路。
[0011]進(jìn)一步的，所述自舉電壓反饋電路中二極管D2陽極接能量轉(zhuǎn)換電路L1的1腳輸出，陰極接儲能濾波電容C1、C2、C13，通過二極管的整流作用將輸入交流振蕩信號整流濾波輸出低壓二次電源VCC，并通過R2、R4和C8組成的阻容網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自舉電壓反饋至所述HVM信號生成電路;所述PWM信號生成電路反饋采樣管腳FB接VCC經(jīng)電阻R2與R4分壓后的分壓點(diǎn)，控制管腳DR接N型M0S管Q1的柵極;控制芯片U1實(shí)時采集輸出電壓反饋值，并將其與內(nèi)部參考源對比，根據(jù)比較結(jié)果改變控制管腳DR輸出的開關(guān)控制信號的占空比，從而控制M0S管Q1相應(yīng)的開啟或關(guān)閉時間。
[0012]進(jìn)一步的，所述自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路中二極管D4陽極接能量轉(zhuǎn)換電路L1的2腳輸出，陰極接儲能濾波電容C12和C10，D3陽極接電源輸入電壓，陰極接D4陰極;通過二極管D4的整流作用將輸入交流振蕩信號整流輸出，通過D3將自舉輸出電壓快速充電至電源電壓VIN，電容C12和C10分別將能量進(jìn)行存儲;所述自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路VB00ST作為整個驅(qū)動電路的高壓輸出。
[0013]本發(fā)明的效果為:與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明針對高壓驅(qū)動要求，提出一種新型自舉驅(qū)動電路，電路簡單可靠，有利于實(shí)現(xiàn)整個驅(qū)動電路的小型化；
(2)本發(fā)明電源適應(yīng)性范圍寬，輸入電源電壓工作范圍可在自舉電壓高低范圍內(nèi)任意波動；
(3)本發(fā)明驅(qū)動能力強(qiáng)，采用開關(guān)電源能量傳遞的設(shè)計思想，合理選用電感、電容網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)高效率、大電流功率輸出；
(4)本發(fā)明驅(qū)動電路耐壓值高、可靠性高。將PWM生成電路與能量轉(zhuǎn)換電路的供電分開處理，增加過壓、欠壓保護(hù)電路，大幅提高驅(qū)動電路的耐壓值及可靠性；
(5)本發(fā)明不但為系統(tǒng)提供一路高壓驅(qū)動電源而且提供一路二次電壓，提高了系統(tǒng)實(shí)用性。
【附圖說明】
[0014]圖1所示為電容自舉驅(qū)動典型電路示意圖。
[0015]圖2所示為橋驅(qū)動電路示意圖。
[0016]圖3所示為隔離電源驅(qū)動典型電路示意圖。
[0017]圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例自舉驅(qū)動電路示意圖。
[0018]圖5所示為本發(fā)明自舉驅(qū)動電路整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1_輸入濾波及保護(hù)電路、2- PWM信號生成電路、3-能量傳遞電路、4-自舉電壓反饋電路、5-自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本發(fā)明具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。在下述實(shí)施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號代表相同的特征或者部件，可應(yīng)用于不同實(shí)施例中。
[0020]如圖4、圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例一種自舉驅(qū)動電路，包括輸入濾波及保護(hù)電路1、PWM信號生成電路2、能量傳遞電路3、自舉電壓反饋電路4、自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路5;
所述輸入濾波及保護(hù)電路1，包括電容、電感濾波網(wǎng)絡(luò)，以及瞬態(tài)抑制二極管、壓敏電阻、熱敏電阻、匯流二極管，實(shí)現(xiàn)電源紋波抑制，過壓、欠壓保護(hù);熱敏電阻和瞬態(tài)抑制二極管保護(hù)芯片超壓條件下工作需求，匯流二極管實(shí)現(xiàn)輸入保護(hù)或欠壓條件下的供電需求；所述PWM信號生成電路2，包括一個具有推挽輸出功能的芯片組，通過采集自舉輸出電壓來動態(tài)調(diào)整PWM信號振蕩及占空比，調(diào)節(jié)所述能量傳遞電路3中開關(guān)器件的開啟和關(guān)閉時間；
所述能量傳遞電路3，包括N-MOSFET開關(guān)、電感和電容，在所述PWM信號生成電路2的控制下產(chǎn)生交流振蕩信號，將電源輸入能量傳遞至所述自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路；
所述自舉電壓反饋電路4，包括二極管、分壓電阻、電容，動態(tài)反饋?zhàn)耘e電壓的信號電平至PWM信號生成電路2;
所述自舉電壓轉(zhuǎn)換及儲能電路5，包括二極管、電容，將振蕩能量