CN101860180B - Mos管驱动装置及电源模块 - Google Patents

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Abstract

一种MOS管驱动装置，其包括驱动信号输出单元、MOS管及具有电容的控制单元。该驱动信号输出单元用于输出驱动信号。该控制单元连接于驱动信号输出端和MOS管之间，该控制单元用于在驱动信号对电容充电预定时间后控制MOS管截止。本发明还提供一种电源模块。

Description

MOS管驱动装置及电源模块
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种MOS管驱动装置及电源模块。
背景技术
开关电源已被广泛地应用于各种电子设备，如电视机、计算机等中。开关电源的作用在于将外部220V交流电转换为负载直流电，以提供给负载。
在开关电源的设计中，通常会用到MOS管驱动电路。MOS管驱动电路通过在MOS管的栅极施加占空比可调的脉冲电压，以控制MOS管的导通和截止时间，从而实现对负载直流电大小的有效控制。当脉冲电压的占空比较大，即高电平电压持续时间较长时，MOS管的导通时间亦较长。反之，若脉冲电压的占空比较小，即高电平电压持续时间较短时，MOS管的导通时间亦较短。
实际操作中，会出现一种极端情况，即脉宽调节单元输出脉冲电压的占空比过大。此时，高电平电压持续时间过长，MOS管的导通时间亦过长。然而，过长的导通时间可能会导致MOS管因过热而损坏，使开关电源发生故障，从而影响电子设备的可靠性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种防止MOS管导通时间过长的MOS管驱动装置。
还有必要提供一种具有该MOS管驱动装置的电源模块。
一种MOS管驱动装置，其包括驱动信号输出单元、MOS管及具有电容的控制单元。该驱动信号输出单元用于输出驱动信号。该控制单元连接于驱动信号输出单元和MOS管的栅极之间，该控制单元用于在驱动信号对电容充电预定时间后控制MOS管截止；该驱动信号为脉冲电压，该电容为可调电容。
一种电源模块，用于将交流电源输出的交流电转换为直流电。电源模块包括输入整流滤波单元、脉宽调节单元、开关变压单元、输出整流滤波单元及具有电容的控制单元。输入整流滤波单元连接交流电源，其用于对交流电源输出的交流电进行整流和滤波，以产生初级直流电。脉宽调节单元用于接收初级直流电以作为启动电压，并产生脉冲电压。开关变压单元用于接收脉冲电压，并根据脉冲电压将初级直流电转换为负载交流电。输出整流滤波单元用于对负载交流电进行整流和滤波，以产生负载直流电。控制单元连接于脉宽调节单元和开关变压单元之间，开关变压单元包括一MOS管，控制单元用于在脉冲电压对电容充电预定时间后控制MOS管截止；该电容为可调电容。
上述MOS管驱动装置及电源模块，通过设置控制单元，如此当出现MOS管导通时间过长的情况时，控制单元即控制MOS管在导通预定时间后截止，该预定时间可通过电容的充电时间来确定，如此可避免MOS管由于导通时间过长而发热损坏的现象发生。
附图说明
图1为一较佳实施方式的MOS管驱动装置的电路图。
图2为图1中MOS管驱动装置的相关波形示意图。
图3为一较佳实施方式的电源模块的功能模块图。
图4为图3中电源模块的具体电路图。
图5为图4中电源模块的相关波形示意图。
具体实施方式
如图1所示是一较佳实施方式的MOS管驱动装置100的功能模块图。该MOS管驱动装置100包括驱动信号输出单元102、控制单元104、MOS管M1及电源单元106。
驱动信号输出单元102用于提供驱动信号。在本实施方式中，该驱动信号为脉冲电压。
控制单元104包括电容C1、第一电阻R1及第二电阻R2。 电 容C1的一端连接驱动信号输出单元102，另一端连接MOS管M1的栅极。第一电阻R1的一端连接于电容C1与MOS管M1的栅极之间，另一端连接MOS管M1的源极。第二电阻R2连接于MOS管M1的源极与地之间。在本实施方式中，MOS管M1为N沟道增强型MOS管，且电容C1为可调电容。
控制单元104用于在驱动信号对电容C1充电预定时间后控制MOS管截止。
电源单元106连接MOS管M1的漏极。电源单元106用于为MOS管M1提供直流电源，该直流电源用于在MOS管M1导通时使MOS管M1的漏极和源极之间有电流id流过。
请同时参阅图2，当驱动信号输出单元102输出的驱动信号为低电平电压时，MOS管M1的栅极为低电平电压，MOS管M1截止。
当驱动信号输出单元102输出的驱动信号Vi由低电平电压突变为高电平电压Vss时，电容C1相当于交流短路，如此MOS管M1的栅极电压Vg为高电平电压，即Vg=Vss，MOS管M1导通，电容C1两端电压值Vc1=0V。同时，该高电平电压Vss通过第一电阻R1和第二电阻R2对电容C1充电。经过充电时间t1，电容C1两端电压Vc1=Vss-VT，MOS管M1的栅极电压Vg=VT，MOS管M1截止。因此上述驱动信号对电容C1充电的预定时间为充电时间t1。其中，VT为MOS管M1的导通阈值电压，即当MOS管M1的栅极电压Vg大于导通阈值电压VT（Vg>VT）时，MOS管M1才导通，MOS管M1的栅极电压Vg小于或等于导通阈值电压VT（Vg<=VT）时，MOS管M1截止。
经过充电时间t2=（R1+R2）*C1，由驱动信号输出单元102、电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2组成的充电回路中将无电流流过，电容C1两端电压Vc1=Vss，MOS管M1的栅极电压值Vg=0V。
因此，通过在驱动信号输出单元102和MOS管M1之间设置控制单元104，当驱动信号输出单元102输出的驱动信号为高电平且持续时间过长时，控制单元104即控制MOS管M1在导通之后经过充电时间t1即截止，如此可有效地防止MOS管M1驱动时间过长而损坏。在其他实施方式中，电容C1的电容值可调节，因此使电容C1两端的电压值从0V增大到Vss-VT的充电时间t1也可改变，以满足不同需求。
MOS管驱动装置100可应用于各种电子装置中，如下图3所示之电源模块200中。请参阅图3，一较佳实施方式的电源模块200包括MOS管驱动单元100a及输出整流滤波单元20。MOS管驱动单元100a可与图1中的MOS管驱动装置100执行相同的功能。MOS管驱动单元100a包括输入整流滤波单元12、脉宽调节单元14、控制单元15及开关变压单元16。开关变压单元16包括一MOS管。输入整流滤波单元12、脉宽调节单元14、控制单元15及开关变压单元16中的MOS管可分别与图1中的电源单元106、驱动信号输出单元102、控制单元104及MOS管M1执行相同的功能。
输入整流滤波单元12连接交流电源300。输入整流滤波单元12用于对来自交流电源300输入的交流电进行整流和滤波，以产生初级直流电。
脉宽调节单元14用于接收该初级直流电以作为启动电压，并产生脉冲电压。
控制单元15用于对脉冲电压进行转换，并将转换后的脉冲电压提供给开关变压单元16。具体地，控制单元15包括一电容，该电容连接于脉宽调节单元14和开关变压单元16中MOS管的栅极之间。控制单元15用于在脉冲电压对电容充电预定时间后控制MOS管截止，并在脉冲电压对电容充满电后将脉冲电压的上升沿转变为下降沿。
开关变压单元16用于根据转换后的脉冲电压将初级直流电转化为负载交流电。
输出整流滤波单元20用于对负载交流电进行整流和滤波，以产生负载直流电，该负载直流电被提供给负载400以作为工作电压。
请参阅图4，其为电源模块200的具体电路图。交流电源300、输入整流滤波单元12及脉宽调节单元14依次串联。
控制单元15包括电容C2、第一下拉电阻R3和第二下拉电阻R4。该电容C2的一端连接脉宽调节单元14，另一端连接开关变压单元16。第一下拉电阻R3的一端连接于电容C2与开关变压单元16之间，另一端通过第二下拉电阻R4接地。
开关变压单元16包括MOS管M1及变压器T1。MOS管M1的栅极连接第一下拉电阻R3，MOS管M1的源极通过第二下拉电阻R4接地。变压器T1具有初级线圈L1及次级线圈L2。初级线圈L1的一端连接输入整流滤波单元12，另一端连接MOS管M1的漏极。次级线圈L2的一端连接输出整流滤波单元20，另一端接地。输出整流滤波单元20连接于开关变压单元16与负载400之间。
电源模块200的工作原理如下：
请同时参阅图5，当电源模块200开启时，脉宽调节单元14输出脉冲电压。当脉冲电压为低电平电压时，MOS管M1的栅极为低电平电压，MOS管M1截止。
当脉宽调节单元14输出的脉冲电压Vi由低电平电压突变为高电平电压Vss时，电容C2相当于交流短路，如此MOS管M1的栅极电压Vg为高电平电压，即Vg=Vss，MOS管M1导通，电容C2两端电压值Vc2=0V。同时，该高电平电压Vss通过第一下拉电阻R3和第二下拉电阻R4对电容C2充电。经过充电时间t3，电容C2两端电压Vc2=Vss-VT，MOS管M1的栅极电压Vg=VT，MOS管M1截止。因此，脉冲电压对电容C2充电的预定时间为充电时间t3。其中，VT为MOS管M1的导通阈值电压，即当MOS管M1的栅极电压Vg大于导通阈值电压VT（Vg>VT）时，MOS管M1才导通，MOS管M1的栅极电压Vg小于或等于导通阈值电压VT（Vg<=VT）时，MOS管M1截止。
经过充电时间t4=（R3+R4）*C2，由脉宽调节单元14、电容C2、第一下拉电阻R3和第二下拉电阻R4组成的充电回路中将无电流流过，电容C2两端电压Vc2=Vss，MOS管M1的栅极电压值Vg=0V。
因此，通过在脉宽调节单元14和MOS管M1之间设置控制单元15，当脉宽调节单元14输出的脉冲电压为高电平电压且持续时间过长时，控制单元15即控制MOS管M1在导通之后经过充电时间t3即截止，如此可有效地防止MOS管M1驱动时间过长而损坏。在其他实施方式中，电容C2的电容值可调节，因此电容C2两端的电压值从0V增大到Vss-VT的充电时间t3也可改变，以满足不同需求。
相对应地，在本实施方式中，输入整流滤波单元12可与图1中的电源单元106执行相同的功能，即输入整流滤波单元12对交流电源300进行整流和滤波，以产生初级直流电。该初级直流电通过变压器T1的初级线圈L1为MOS管M1的漏极提供直流电源。脉宽调节单元14可与图1中的驱动信号输出单元102执行相同的功能，即脉宽调节单元14输出脉冲电压给MOS管M1的栅极，以作为MOS管M1的驱动信号。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种MOS管驱动装置，其包括驱动信号输出单元及MOS管，该驱动信号输出单元用于输出驱动信号，其特征在于：该MOS管驱动装置还包括一具有电容的控制单元，该控制单元连接于驱动信号输出单元和MOS管的栅极之间，该控制单元用于在驱动信号对电容充电预定时间后控制MOS管截止；该驱动信号为脉冲电压，该电容为可调电容。
2.如权利要求1所述的MOS管驱动装置，其特征在于：该预定时间为驱动信号对电容充电使MOS管的栅极电压达到其导通阈值电压所需的时间。
3.如权利要求1所述的MOS管驱动装置，其特征在于：该MOS管为N沟道增强型MOS管。
4.如权利要求1所述的MOS管驱动装置，其特征在于：该MOS管驱动装置还包括电源单元，该控制单元还包括第一电阻，该电容的一端连接驱动信号输出单元，另一端连接MOS管的栅极，该MOS管的漏极连接电源单元，该第一电阻的一端连接于电容和MOS管的栅极之间，另一端连接MOS管的源极。
5.如权利要求4所述的MOS管驱动装置，其特征在于：该控制单元还包括第二电阻，该第二电阻连接于MOS管的源极与地之间。
6.一种电源模块，用于将来自交流电源输入的交流电转换为负载直流电，以提供给负载，该电源模块包括输入整流滤波单元、脉宽调节单元、具有MOS管的开关变压单元及输出整流滤波单元，该输入整流滤波单元连接交流电源，其用于对来自交流电源输入的交流电进行整流和滤波，以产生初级直流电，该脉宽调节单元用于接收该初级直流电以作为启动电压，并产生脉冲电压，该开关变压单元用于接收脉冲电压，并根据脉冲电压将初级直流电转换为负载交流电，该输出整流滤波单元用于对负载交流电进行整流和滤波，以产生负载直流电，其特征在于：该电源模块还包括一具有电容的控制单元，该控制单元连接于脉宽调节单元和MOS管的栅极之间，该控制单元用于在脉冲电压对电容充电预定时间后控制MOS管截止；该电容为可调电容。
7.如权利要求6所述的电源模块，其特征在于：该预定时间为脉冲电压对电容充电使MOS管的栅极电压达到其导通阈值电压所需的时间。
8.如权利要求6所述的电源模块，其特征在于：该MOS管为N沟道增强型MOS管。
9.如权利要求6所述的电源模块，其特征在于：该开关变压单元还包括变压器，该控制单元还包括第一下拉电阻，该电容的一端连接脉宽调节单元，另一端连接MOS管的栅极，该变压器的初级线圈的一端连接输入整流滤波单元，另一端与MOS管的漏极相连，该第一下拉电阻的一端连接于电容与MOS管的栅极之间，另一端连接MOS管的源极。
10.如权利要求9所述的电源模块，其特征在于：该控制单元还包括第二下拉电阻，该第二下拉电阻连接于MOS管的源极与地之间。
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