CN103683871A - 半桥驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半桥驱动电路，包括自举电路和半桥电路，自举电路包括二极管和电容，还包括：第一开关电路，输入端连接二极管和电容的公共端，输出端连接上桥的控制端，控制端用于输入第一控制信号；第一开关电路在第一控制信号为高电平时导通，为低电平时关断。第二开关电路，输入端设置有电源接入端，输出端连接下桥的控制端，控制端用于输入第二控制信号；第二开关电路在第二控制信号为低电平时导通，为高电平时关断。通过改变输入的控制信号来改变两个开关电路的通断状态从而控制上、下桥的通断。本发明通过自举电路，实现了利用低电压去驱动上桥晶体管。用分立式元器件组成的驱动电路代替了集成驱动电路，具有成本低、便于维修的特点。

Description

半桥驱动电路

技术领域

本发明涉及一种开关电源的驱动电路，特别是涉及一种半桥驱动电路。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，具有体积小、效率高等一系列优点，在各类电子产品中得到广泛的应用。在较大功率的开关电源中，需要使用半桥驱动电路来驱动半桥电路，但半桥驱动电路的高端边的驱动需要高压才能实现，所以一般都采用带自举功能的集成电路作为半桥驱动电路。

半桥电路通常通过两个半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）实现，其中上桥晶体管的漏极（或集电极）与电源连接，源极（或发射极）与下桥晶体管的漏极（或集电极）相连，下桥晶体管的源极（或发射极）与地线相连。半桥电路的输出端为上下桥的公共端。

一般的半桥驱动电路用于驱动具有在高压输出端耦合在一起的高端和低端的半桥输出级，它包括在集成电路中的低压控制电路和浮井，还包括用于控制所述高端功率晶体管启动的定时电路，半桥驱动器电路包括高压接口电路，用于将所述低压控制电路的所述控制输出耦合到所述定时电路。以此方式，可以获得集成的半桥驱动器电路。

但是使用集成电路作为半桥驱动电路存在成本高、不便于维修的缺点。

发明内容

基于此，有必要提供一种成本低、便于维修的半桥驱动电路。

一种半桥驱动电路，包括自举电路和半桥电路，所述自举电路包括第一二极管和自举电容，所述第一二极管的正极设置有电源接入端，负极连接所述自举电容的一端，所述自举电容的另一端连接所述半桥电路上桥和下桥的公共端，还包括：第一开关电路，包括输入端、输出端和控制端，所述输入端连接所述第一二极管和自举电容的公共端，所述输出端连接所述半桥电路中上桥的控制端，所述第一开关电路的控制端用于输入第一控制信号；所述第一开关电路在所述第一控制信号为高电平时导通，所述第一控制信号为低电平时关断。第二开关电路，包括输入端、输出端和控制端，所述第二开关电路的输入端设置有所述电源接入端，所述第二开关电路的输出端连接所述半桥电路中下桥的控制端，所述第二开关电路的控制端用于输入第二控制信号；所述第二开关电路在所述第二控制信号为低电平时导通，所述第二控制信号为高电平时关断。

在其中一个实施例中，所述第一开关电路包括第一导电类型的第一开关管和第二导电类型的第二开关管，所述第一开关管的控制端为所述第一开关电路的控制端，所述第一开关管的输出端接地，所述第一开关管的输入端与所述第二开关管的控制端连接；所述第二开关管的控制端与输入端之间设置有第一偏置电阻，所述第二开关管的输出端为所述第一开关电路的输出端且通过第一限流电阻与所述上桥的控制端连接，所述第二开关管的输入端为所述第一开关电路的输入端。所述第二开关电路包括第一导电类型的第三开关管和第二导电类型的第四开关管，所述第三开关管的输出端为所述第二开关电路的控制端，所述第三开关管的控制端通过第二限流电阻与所述电源接入端连接，所述第三开关管的输入端与所述第四开关管的控制端连接；所述第四开关管的控制端与输入端之间设置有第二偏置电阻，所述第四开关管的输出端为所述第二开关电路的输出端且通过第三限流电阻与所述下桥的控制端连接；所述第四开关管的输入端为所述第二开关电路的输入端。

在其中一个实施例中，所述第一开关电路包括退耦电容，所述退耦电容的一端连接所述电源接入端，所述退耦电容的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述第二开关电路包括分压电阻和稳压管，所述分压电阻设置在所述电源接入端与所述第二限流电阻之间，所述稳压管的负极连接于所述第二限流电阻与所述分压电阻的公共端，所述稳压管的正极接地。

在其中一个实施例中，所述第一开关管的输出端串联设置有第四限流电阻；所述第一开关管的控制端串联设置有第五限流电阻；所述第三开关管的输出端串联设置有第六限流电阻。

在其中一个实施例中，所述第二开关管的输出端与所述第一限流电阻之间设置有第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第二开关管的输出端连接。

上述半桥驱动电路工作时，电源接入端接入直流电源，当第一控制信号和第二控制信号同时为高电平时，第一开关电路导通使上桥导通，第二开关电路关断使下桥关断；当第一控制信号和第二控制信号同时为低电平时，第二开关电路导通，使下桥导通，第一开关电路关断使上桥关断，此时由于下桥的导通使上桥的输出电压下降接近零伏，从而使自举电容经过电源接入端输入的直流电源→第一二极管→自举电容→GND回路充电，为下一次导通做好准备。通过第一二极管和自举电容组成的自举电路，实现了利用低电压去驱动上桥晶体管。用分立式元器件组成的驱动电路代替了集成驱动电路，具有成本低、便于维修的特点。

附图说明

图1为一实施例中半桥驱动电路的电路结构图；

图2为一实施例中半桥驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

一种半桥驱动电路，如图1所示，包括自举电路、半桥电路、第一开关电路110及第二开关电路120。自举电路包括第一二极管D1和自举电容C2，第一二极管D1的正极设置有电源接入端，负极连接自举电容C2的一端，自举电容C2的另一端连接半桥电路上桥和下桥的公共端。半桥电路的上桥和下桥可以是场效应晶体管（MOSFET），也可以是绝缘栅双极型晶体管（IGBT），其中上桥的输入端与电源连接，输出端与下桥的输入端相连，下桥的输出端与地线相连。

第一开关电路110包括输入端、输出端和控制端，输入端连接第一二极管D1和自举电容C2的公共端，输出端连接半桥电路中上桥的控制端，第一开关电路110的控制端用于输入第一控制信号。第一开关电路110在第一控制信号为高电平时导通，在第一控制信号为低电平时关断。

第二开关电路120包括输入端、输出端和控制端，第二开关电路120的输入端设置有电源接入端，第二开关电路120的输出端连接半桥电路中下桥的控制端，第二开关电路120的控制端用于输入第二控制信号。第二开关电路120在第二控制信号为低电平时导通，第二控制信号为高电平时关断。

半桥驱动电路工作时，电源接入端接入直流电源，当第一控制信号和第二控制信号同时为高电平时，第一开关电路110导通使上桥导通，第二开关电路120关断使下桥关断；当第一控制信号和第二控制信号同时为低电平时，第二开关电路120导通，使下桥导通，第一开关电路110关断使上桥关断，此时由于下桥的导通使上桥的输出端电压下降至接近零伏，从而使自举电容C2经过电源接入端输入的直流电源→第一二极管D1→自举电容C2→GND回路充电，为下一次导通做好准备。通过第一二极管D1和自举电容C2组成的自举电路，实现了利用低电压去驱动上桥晶体管。用分立式元器件组成的驱动电路代替了集成驱动电路，具有成本低、便于维修的特点。

如图2所示，本电路中上、下桥采用MOS管，电源接入端接入正15伏直流电源。第一开关电路110包括NPN型的第一三极管Q1和PNP型的第二三极管Q2，第一三极管Q1的基极为第一开关电路110的控制端，第一三极管Q1的发射极接地，集电极与第二三极管Q2的基极连接。第二三极管Q2的基极与发射极之间设置有第一偏置电阻R1，第二三极管Q2的集电极为第一开关电路110的输出端且通过第一限流电阻R2与上桥MOS管Q7的栅极连接，第二三极管Q2的发射极为第一开关电路110的输入端。

第二开关电路120包括NPN型的第三三极管Q4和PNP型的第四三极管Q6，第三三极管Q4的发射极为第二开关电路120的控制端，第三三极管Q4的基极通过第二限流电阻R10与电源接入端连接，集电极与第四三极管Q6的基极连接；第四三极管Q6的基极与发射极之间设置有第二偏置电阻R6，第四三极管Q6的集电极为第二开关电路120的输出端且通过第三限流电阻R9与下桥MOS管Q8的栅极连接；第四三极管Q6的发射极为所述第二开关电路120的输入端。

在其它实施例中，也可以采用N沟道MOS管代替NPN型三极管，用P沟道MOS管代替PNP型三极管。

本实施例中可以将控制信号高电平设定为5V，低电平设定为0V。当第一控制信号DR-H和第二控制信号DR-L同时为高电平即5V时，第一开关电路110中第一三极管Q1、第二三极管Q2导通，自举电容C2一端的电压经过第二三极管Q2、第一限流电阻R2降压后加到上桥MOS管Q7的栅极，使上桥MOS管Q7导通。在导通期间，上桥MOS管Q7的源极电压接近电源BT1的电压，所以自举电容C2两端的电压随着上桥MOS管Q7的源极电压一起浮动，上桥MOS管Q7靠自举电容C2两端的电势差来维持导通。由于第二控制信号DR-L为高电平，第二开关电路120中第三三极管Q4、第四三极管Q6关闭，下桥MOS管Q8因无栅极电压而关闭。当第一控制信号DR-H和第二控制信号DR-L同时为低电平时，第二开关电路120中第三三极管Q4、第四三极管Q6导通，半桥驱动电路通过第三限流电阻R9为下桥MOS管Q8的栅极充电，使下桥MOS管Q8导通。由于第一控制信号DR-H为低电平，第一开关电路110中的第一三极管Q1、第二三极管Q2关闭，由于下桥MOS管Q8的导通，使得上桥MOS管Q7的源极电压下降至接近零伏而关闭，从而使自举电容C2经过15V电源→第一二极管D1→自举电容C2→GND回路充电，为下一次导通做好准备。

第一控制信号DR-H和第二控制信号DR-L同时为高的状态应极力避免，否则会烧坏MOS管，因此需要设定一定的死区时间来防止同时导通的状态出现。在其中一个实施例中，第一控制信号DR-H和第二控制信号DR-L采用同一控制信号，可以是脉冲宽度调制信号（PWM）。

图2所示电路中直流电源的电压只有15伏特，而被半桥电路驱动的负载（图2中未示）需要的电压为36V。通过设置合适的电路参数，可以使自举电路产生的电压达到40V以上。在上桥MOS管Q7导通后，上桥MOS管Q7的源极电压为36V，而上桥MOS管Q7的栅极电压为40V以上，这样上桥MOS管Q7的Vgs在4V以上，很容易找到合适的MOS管完成导通功能，实现低压控制信号对高压的驱动。

此外，还可以在第一三极管Q1的发射极串联设置第四限流电阻R5；在第一三极管Q1的基极串联设置第五限流电阻R4；在第二三极管Q2的集电极与第一限流电阻R2之间设置有第二二极管D2，第二二极管D2的正极与第二三极管Q2的集电极连接；在第三二极管Q4的发射极串联设置第六限流电阻R7。显然，第四限流电阻R5、第五限流电阻R4、第六限流电阻R7和第二二极管D2在某些实施例中可以省略。

在其中一个实施例中，第一开关电路还包括退耦电容C1，退耦电容C1的一端连接电源接入端，退耦电容C1的另一端接地。退耦电容C1用于防止前后电路网络电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响，能够有效的消除电路网络之间的寄生耦合。

在其中一个实施例中，第二开关电路还包括分压电阻R11和稳压管ZD1，分压电阻R11设置在电源接入端与第二限流电阻R10之间，稳压管ZD1的负极连接于第二限流电阻R10与分压电阻R11的公共端，稳压管ZD1的正极接地。稳压管ZD1和分压电阻R11是为第三三极管Q4提供基极控制电压而设置，一般稳压管ZD1的稳定电压值不小于第二控制信号高电平的值，以确保第三三极管Q4可靠关闭。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种半桥驱动电路，包括自举电路和半桥电路，所述自举电路包括第一二极管和自举电容，所述第一二极管的正极设置有电源接入端，负极连接所述自举电容的一端，所述自举电容的另一端连接所述半桥电路上桥和下桥的公共端，其特征在于，还包括：

第一开关电路，包括输入端、输出端和控制端，所述输入端连接所述第一二极管和自举电容的公共端，所述输出端连接所述半桥电路中上桥的控制端，所述第一开关电路的控制端用于输入第一控制信号；所述第一开关电路在所述第一控制信号为高电平时导通，所述第一控制信号为低电平时关断；

第二开关电路，包括输入端、输出端和控制端，所述第二开关电路的输入端设置有所述电源接入端，所述第二开关电路的输出端连接所述半桥电路中下桥的控制端，所述第二开关电路的控制端用于输入第二控制信号；所述第二开关电路在所述第二控制信号为低电平时导通，所述第二控制信号为高电平时关断。

2.根据权利要求1所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述第一开关电路包括第一导电类型的第一开关管和第二导电类型的第二开关管，

所述第一开关管的控制端为所述第一开关电路的控制端，所述第一开关管的输出端接地，所述第一开关管的输入端与所述第二开关管的控制端连接；

所述第二开关管的控制端与输入端之间设置有第一偏置电阻，所述第二开关管的输出端为所述第一开关电路的输出端且通过第一限流电阻与所述上桥的控制端连接，所述第二开关管的输入端为所述第一开关电路的输入端；

所述第二开关电路包括第一导电类型的第三开关管和第二导电类型的第四开关管，

所述第三开关管的输出端为所述第二开关电路的控制端，所述第三开关管的控制端通过第二限流电阻与所述电源接入端连接，所述第三开关管的输入端与所述第四开关管的控制端连接；

所述第四开关管的控制端与输入端之间设置有第二偏置电阻，所述第四开关管的输出端为所述第二开关电路的输出端且通过第三限流电阻与所述下桥的控制端连接；所述第四开关管的输入端为所述第二开关电路的输入端。

3.根据权利要求2所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述第一开关电路包括退耦电容，所述退耦电容的一端连接所述电源接入端，所述退耦电容的另一端接地。

4.根据权利要求2所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述第二开关电路包括分压电阻和稳压管，所述分压电阻设置在所述电源接入端与所述第二限流电阻之间，所述稳压管的负极连接于所述第二限流电阻与所述分压电阻的公共端，所述稳压管的正极接地。

5.根据权利要求2、3或4所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述第一开关管的输出端串联设置有第四限流电阻；所述第一开关管的控制端串联设置有第五限流电阻；所述第三开关管的输出端串联设置有第六限流电阻。

6.根据权利要求5所述的半桥驱动电路，其特征在于，所述第二开关管的输出端与所述第一限流电阻之间设置有第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第二开关管的输出端连接。

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