CN106130320B - 超快速mosfet电子开关驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超快速MOSFET电子开关驱动电路，包括：方波发生器、推挽电路、高压MOS管、加速网络单元、耦合变压器和至少2个驱动支路，此驱动支路由依次串联的驱动小信号单元、功率管单元和主电路取能单元组成；所述耦合变压器初级侧和次级侧分别具有一个初级线圈和至少4个次级线圈，此至少4个次级线圈进一步分为至少2个VTp次级线圈和至少2个VTn次级线圈，所述加速网络单元与耦合变压器的初级线圈串连连接，耦合变压器的VTp次级线圈和VTn次级线圈均连接到对应驱动支路的驱动小信号单元上。本发明无需额外供电电源，既大大减少了电子开关驱动电路体积，又加速了电子开关上升前沿，电子开关驱动电路所需功率大幅减小，尤其适合阵列MOSFET电子开关。

Description

超快速MOSFET电子开关驱动电路
技术领域
本发明属于电力电子器件应用技术领域，尤其涉及一种超快速MOSFET电子开关驱动电路。
背景技术
驱动电路是功率器件与数字控制***之间的接口电路，其性能对主电路参数有重要影响。例如，驱动电路对MOSFET功率器件的上升沿有重要影响。现有的电子开关驱动电路上升前沿相对较慢，而且需额外大功率开关电源。如何克服上述技术问题成为本领域技术人员努力的方向。
发明内容
本发明目的是提供一种超快速MOSFET电子开关驱动电路，该超快速MOSFET电子开关驱动电路无需额外供电电源，既大大减少了电子开关驱动电路体积，又加速了电子开关上升前沿，电子开关驱动电路所需功率大幅减小，尤其适合阵列MOSFET电子开关。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超快速MOSFET电子开关驱动电路，包括：方波发生器、推挽电路、高压MOS管、加速网络单元、耦合变压器和至少2个驱动支路，此驱动支路由依次串联的驱动小信号单元、功率管单元和主电路取能单元组成；
所述方波发生器与推挽电路的输入端连接，所述高压MOS管的栅极连接到推挽电路的输出端，所述高压MOS管的源极和漏极位于接地和加速网络单元之间，所述加速网络单元与耦合变压器的初级线圈连接，所述加速网络单元由并联的Rv电阻和Cv电容并联组成；
所述耦合变压器初级侧和次级侧分别具有一个初级线圈和至少4个次级线圈，此至少4个次级线圈进一步分为至少2个VTp次级线圈和至少2个VTs次级线圈，所述加速网络单元与耦合变压器的初级线圈串连连接，耦合变压器的VTp次级线圈和VTs次级线圈均连接到对应驱动支路的驱动小信号单元上；
所述驱动小信号单元进一步包括滤波模块、MOS管和位于滤波模块、MOS管之间的第一二极管，此滤波模块与VTs次级线圈连接，此MOS管的栅极和源极分别与VTp次级线圈的高电位输出端和低电位输出端连接，
所述主电路取能单元进一步包括存储电容、第二二极管和2个串联的限流电阻，所述存储电容与驱动小信号单元的MOS管的漏极连接，所述第二二极管位于2个串联的限流电阻的接点与MOS管与存储电容的接点之间，驱动小信号单元的MOS管的源极连接到功率管单元中功率管的栅极。
上述技术方案中进一步改进方案如下：
1. 上述方案中，所述功率管单元中的功率管由第一功率MOS管和第二功率MOS管并联组成。
2. 上述方案中，所述推挽电路包括第一功率MOS管、第二功率MOS管和第三功率MOS管，第二功率MOS管与第三功率MOS管并联，第一功率MOS管与第二功率MOS管和第三功率MOS管构成的支路并联。
3. 上述方案中，所述驱动支路数目为2个。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明超快速MOSFET电子开关驱动电路，其MOSFET电子开关上升前沿可加速至3ns，扩宽了应用范围，且采用来自耦合变压器和主电路取能单元前后双脉冲注入功率，无需额外供电电源，既大大减少了电子开关驱动电路体积，又加速了电子开关上升前沿，电子开关驱动电路所需功率大幅减小，尤其适合阵列MOSFET电子开关。
附图说明
附图1为本发明MOSFET电子开关驱动电路的逻辑转换电路结构示意图；
附图2为本发明电子开关驱动电路中二次加速与功率电路结构示意图。
以上附图中：1、方波发生器；2、推挽电路；3、高压MOS管；4、加速网络单元；5、耦合变压器；6、驱动支路；7、驱动小信号单元；71、滤波模块；73、MOS管；72、第一二极管；8、功率管单元；81、功率管；9、主电路取能单元；91、存储电容；92、第二二极管；93、限流电阻。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：一种超快速MOSFET电子开关驱动电路，包括：方波发生器1、推挽电路2、高压MOS管3、加速网络单元4、耦合变压器5和至少2个驱动支路6，此驱动支路6由依次串联的驱动小信号单元7、功率管单元8和主电路取能单元9组成；
所述方波发生器1与推挽电路2的输入端连接，所述高压MOS管3的栅极连接到推挽电路2的输出端，所述高压MOS管3的源极和漏极位于接地和加速网络单元4之间，所述加速网络单元4与耦合变压器5的初级线圈连接，所述加速网络单元4由并联的Rv电阻和Cv电容并联组成；
所述耦合变压器5初级侧和次级侧分别具有一个初级线圈和至少4个次级线圈，此至少4个次级线圈进一步分为至少2个VTp次级线圈和至少2个VTs次级线圈，所述加速网络单元4与耦合变压器5的初级线圈串连连接，耦合变压器5的VTp次级线圈和VTs次级线圈均连接到对应驱动支路6的驱动小信号单元7上；
所述驱动小信号单元7进一步包括滤波模块71、MOS管73和位于滤波模块71、MOS管73之间的第一二极管72，此滤波模块71与VTs次级线圈连接，此MOS管73的栅极和源极分别与VTp次级线圈的高电位输出端和低电位输出端连接，
所述主电路取能单元9进一步包括存储电容91、第二二极管92和2个串联的限流电阻93，所述存储电容91与驱动小信号单元7的MOS管73的漏极连接，所述第二二极管92位于2个串联的限流电阻93的接点与MOS管73与存储电容的接点之间，驱动小信号单元5的MOS管的源极连接到功率管单元8中功率管81的栅极。
上述功率管单元8中的功率管81由第一功率MOS管和第二功率MOS管并联组成。
逻辑转换电路如图1所示。其中，Rv和Cv用于脉冲前沿加速，二次加速电路与阵列开关功率器件如图2所示。其中，Q11、Q12、Q21和Q22为功率管，Ck1和Ck2分别为驱动电路储能电容器，Dz1和Dz2分别栅极保护稳压二极管。利用快速电容器Ck为驱动电路提供驱动功率。这种电路不仅可以减小电子开关驱动电路的功率需求，而且还可以加快栅极驱动信号的上升前沿。
首先，利用主回路电压对放电电容Ck1和Ck2充电；然后，同时触发S1、Q11和Q12将电容器储存电压直接施加在栅源两端，采用来自耦合变压器和主电路取能单元前后双脉冲注入功率，无需额外供电电源，既大大减少了电子开关驱动电路体积，又加速了电子开关上升前沿，电子开关驱动电路所需功率大幅减小，尤其适合阵列MOSFET电子开关。
实施例2：一种超快速MOSFET电子开关驱动电路，包括：方波发生器1、推挽电路2、高压MOS管3、加速网络单元4、耦合变压器5和至少2个驱动支路6，此驱动支路6由依次串联的驱动小信号单元7、功率管单元8和主电路取能单元9组成；
所述方波发生器1与推挽电路2的输入端连接，所述高压MOS管3的栅极连接到推挽电路2的输出端，所述高压MOS管3的源极和漏极位于接地和加速网络单元4之间，所述加速网络单元4与耦合变压器5的初级线圈连接，所述加速网络单元4由并联的Rv电阻和Cv电容并联组成；
所述耦合变压器5初级侧和次级侧分别具有一个初级线圈和至少4个次级线圈，此至少4个次级线圈进一步分为至少2个VTp次级线圈和至少2个VTs次级线圈，所述加速网络单元4与耦合变压器5的初级线圈串连连接，耦合变压器5的VTp次级线圈和VTs次级线圈均连接到对应驱动支路6的驱动小信号单元7上；
所述驱动小信号单元7进一步包括滤波模块71、MOS管73和位于滤波模块71、MOS管73之间的第一二极管72，此滤波模块71与VTs次级线圈连接，此MOS管73的栅极和源极分别与VTp次级线圈的高电位输出端和低电位输出端连接，
所述主电路取能单元9进一步包括存储电容91、第二二极管92和2个串联的限流电阻93，所述存储电容91与驱动小信号单元7的MOS管73的漏极连接，所述第二二极管92位于2个串联的限流电阻93的接点与MOS管73与存储电容的接点之间，驱动小信号单元5的MOS管的源极连接到功率管单元8中功率管81的栅极。
上述推挽电路2包括第一功率MOS管21、第二功率MOS管22和第三功率MOS管23，第二功率MOS管22与第三功率MOS管23并联，第一功率MOS管21与第二功率MOS管22和第三功率MOS管23构成的支路并联。
上述驱动支路6数目为2个。
采用上述超快速MOSFET电子开关驱动电路时，其MOSFET电子开关上升前沿可加速至3ns，扩宽了应用范围；采用来自耦合变压器和主电路取能单元前后双脉冲注入功率，无需额外供电电源，既大大减少了电子开关驱动电路体积，又加速了电子开关上升前沿，电子开关驱动电路所需功率大幅减小，尤其适合阵列MOSFET电子开关。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超快速MOSFET电子开关驱动电路，其特征在于：包括：方波发生器（1）、推挽电路（2）、高压MOS管3、加速网络单元（4）、耦合变压器（5）和至少2个驱动支路，此驱动支路由依次串联的驱动小信号单元（7）、功率管单元（8）和主电路取能单元（9）组成；
所述方波发生器（1）与推挽电路（2）的输入端连接，所述高压MOS管3的栅极连接到推挽电路（2）的输出端，所述高压MOS管3的源极和漏极位于接地和加速网络单元（4）之间，所述加速网络单元（4）与耦合变压器（5）的初级线圈连接，所述加速网络单元（4）由并联的Rv电阻和Cv电容并联组成；
所述耦合变压器（5）初级侧和次级侧分别具有一个初级线圈和至少4个次级线圈，此至少4个次级线圈进一步分为至少2个VTp次级线圈和至少2个VTs次级线圈，所述加速网络单元（4）与耦合变压器（5）的初级线圈串连连接，耦合变压器（5）的VTp次级线圈和VTs次级线圈均连接到对应驱动支路的驱动小信号单元（7）上；
所述驱动小信号单元（7）进一步包括滤波模块（71）、MOS管73和位于滤波模块（71）、MOS管73之间的第一二极管（72），此滤波模块（71）与VTs次级线圈连接，此MOS管73的栅极和源极分别与VTp次级线圈的高电位输出端和低电位输出端连接，
所述主电路取能单元（9）进一步包括存储电容（91）、第二二极管（92）和2个串联的限流电阻（93），所述存储电容（91）与驱动小信号单元（7）的MOS管73的漏极连接，所述第二二极管（92）位于2个串联的限流电阻（93）的接点与MOS管73与存储电容（91）的接点之间，驱动小信号单元（5）的MOS管的源极连接到功率管单元（8）中功率管（81）的栅极。
2.根据权利要求1所述的超快速MOSFET电子开关驱动电路，其特征在于：所述功率管单元（8）中的功率管（81）由第一功率MOS管和第二功率MOS管并联组成。
3.根据权利要求1所述的超快速MOSFET电子开关驱动电路，其特征在于：所述推挽电路（2）包括第一功率MOS管（21）、第二功率MOS管（22）和第三功率MOS管（23），第二功率MOS管（22）与第三功率MOS管（23）并联，第一功率MOS管（21）与第二功率MOS管（22）和第三功率MOS管（23）构成的支路并联。
4.根据权利要求1所述的超快速MOSFET电子开关驱动电路，其特征在于：所述驱动支路数目为2个。
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