CN109450232A - 高位mos管的驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高位MOS管的驱动电路，包括依次连接的输入电路、光耦隔离电路和驱动电路；所述输入电路的电压输入端和所述驱动电路的电压输入端均连接供电电源；所述输入电路用于为所述光耦隔离电路提供电源电压，并将驱动信号传输至所述光耦隔离电路；所述光耦隔离电路包括光电耦合器，用于根据所述驱动信号高低实现所述光电耦合器的通断；所述驱动电路用于根据所述光电耦合器的通断实现对高位MOS管的驱动。通过驱动信号的高低实现光电耦合器的通断，利用所述光电耦合器对电路进行了隔离，使得所述高位MOS管的栅极电压的参考电压不依赖于“地”，进而所述驱动电路能根据所述光电耦合器的通断实现对高位MOS管的驱动。

Description

高位MOS管的驱动电路
技术领域
本发明涉及驱动电路技术领域，尤其涉及一种高位MOS管的驱动电路。
背景技术
高位MOS管是指MOS管连接在电路中，MOS管的源极没有直接接地。参见图1，示例性的，以高位MOS管连接在BUCK电路中进行说明，BUCK电路中主MOS管是高位MOS管，所述主MOS管M1的源极不直接接地，源极分别连接了二极管的阴极和电感的一端，当所述主MOS管M1导通时，如果MOS管是直接接地的，源极点的电压就会被拉低，但是高位MOS管的源极不直接接地，则其源极点电压就会被抬升至于与漏极相同的电压，此时如果栅极电压不够高或者不能跟随着源极点电压变化升高，则可能导致导通压降不够而关闭所述主MOS管M1，所以需要一个驱动高位MOS管的驱动电路。
现有技术中，采用升压泵+自举电容+驱动电路来实现驱动，参见图2和图3，发明人在实现本发明实施例时，发现现有技术存在以下缺陷，所需要的元器件多，电路结构复杂，成本高，所以需要一种新型的高位MOS管驱动电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高位MOS管的驱动电路，能实现对高位MOS管的驱动，电路结构简单，成本低。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种高位MOS管的驱动电路，包括依次连接的输入电路、光耦隔离电路和驱动电路；
所述输入电路的电压输入端和所述驱动电路的电压输入端均连接供电电源；
所述输入电路用于为所述光耦隔离电路提供电源电压，并将驱动信号传输至所述光耦隔离电路；
所述光耦隔离电路包括光电耦合器，用于根据所述驱动信号高低实现所述光电耦合器的通断；
所述驱动电路用于根据所述光电耦合器的通断实现对高位MOS管的驱动。
优选地，所述光电耦合器的发光器件的正极与所述输入电路的电压输出端连接，所述发光器件的负极与所述输入电路的驱动信号输出端连接，所述光电耦合器的光接收器件的集电极与所述驱动电路的第一输出端连接，所述光接收器件的发射极与所述驱动电路的第二输出端连接；其中，所述驱动电路的第一输出端用于连接所述高位MOS管的漏极，所述驱动电路的第二输出端用于连接所述高位MOS管的源极。
优选地，所述驱动电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第一二极管；
所述第一二极管的正极连接所述供电电源，所述第一二极管的负极分别连接所述第一电阻的一端和所述第一电容的一端；
所述第二电容的一端分别连接所述第一电阻的另一端、所述光接收器件的集电极及所述第二电阻的一端，所述第二电容的另一端分别连接所述第一电容的另一端、所述第二输出端及所述光接收器件的发射极；
所述第二电阻的另一端连接所述第一输出端。
优选地，所述输入电路包括第三电阻；
所述第三电阻的一端连接所述输入电路的电压输入端，所述第三电阻的另一端连接所述输入电路的电压输出端。
优选地，所述输入电路还包括第四电阻；
所述第四电阻的一端连接所述驱动信号输出端，所述第四电阻的另一端接地。
优选地，所述输入电路还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻及开关管；
所述开关管的输入端分别连接所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端，所述开关管的控制端分别连接所述第七电阻的一端和所述输入电路的驱动信号输入端，所述开关管的输出端接地；
所述第五电阻的另一端分别连接供电电源和所述输入电路的电压输出端；
所述第六电阻的另一端连接所述输入电路的驱动信号输出端；
所述第七电阻的另一端接地。
优选地，所述光电耦合器还包括第五引脚，所述第五引脚连接在所述第一电阻的一端与所述第一二极管的负极之间。
优选地，所述光耦隔离电路还包括第二二极管和第三电容；
所述光电耦合器还包括第五引脚；
所述第二二极管的正极连接所述第一二极管的正极，所述第二二极管的负极分别连接所述第五引脚和所述第三电容的一端；
所述第三电容的另一端连接所述光接收器件的发射极。
优选地，所述开关管为N沟道MOS管；其中，所述开关管的控制端为N型MOS管的栅极，所述开关管的输入端为N型MOS管的漏极，所述开关管的输出端为N型MOS管的源极。
实施本发明，具有如下有益效果：
一种高位MOS管的驱动电路，包括依次连接的输入电路、光耦隔离电路和驱动电路；所述输入电路的电压输入端和所述驱动电路的电压输入端均连接供电电源；所述输入电路用于为所述光耦隔离电路提供电源电压，并将驱动信号传输至所述光耦隔离电路；所述光耦隔离电路包括光电耦合器，用于根据所述驱动信号高低实现所述光电耦合器的通断；所述驱动电路用于根据所述光电耦合器的通断实现对高位MOS管的驱动。通过驱动信号的高低实现光电耦合器的通断，利用所述光电耦合器对电路进行了隔离，使得所述高位MOS管的栅极电压的参考电压不依赖于“地”，进而所述驱动电路能根据所述光电耦合器的通断实现对高位MOS管的驱动。
附图说明
图1是本发明实施例提供的BUCK电路中高位MOS管的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的现有技术高位MOS管的驱动电路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的现有技术另一种高位MOS管的驱动电路的结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的一种高位MOS管的驱动电路的结构示意图；
图5是本发明实施例一提供的另一种高位MOS管的驱动电路的结构示意图；
图6是本发明实施例二提供的一种高位MOS管的驱动电路的结构示意图；
图7是本发明实施例三提供的一种高位MOS管的驱动电路的结构示意图；
图8是本发明实施例四提供的一种高位MOS管的驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图4，本发明实施例一提供的一种高位MOS管的驱动电路的结构示意图。
一种高位MOS管M1的驱动电路03，包括依次连接的输入电路01、光耦隔离电路02和驱动电路03；
所述输入电路01的电压输入端和所述驱动电路03的电压输入端均连接供电电源04；
所述输入电路01用于为所述光耦隔离电路02提供电源电压，并将驱动信号传输至所述光耦隔离电路02；
所述光耦隔离电路02包括光电耦合器OC1，用于根据所述驱动信号高低实现所述光电耦合器OC1的通断；
所述驱动电路03用于根据所述光电耦合器OC1的通断实现对高位MOS管M1的驱动。
优选地，所述光电耦合器OC1的发光器件的正极与所述输入电路01的电压输出端连接，所述发光器件的负极与所述输入电路01的驱动信号输出端连接，所述光电耦合器OC1的光接收器件的集电极与所述驱动电路03的第一输出端连接，所述光接收器件的发射极与所述驱动电路03的第二输出端连接；其中，所述驱动电路03的第一输出端用于连接所述高位MOS管M1的漏极，所述驱动电路03的第二输出端用于连接所述高位MOS管M1的源极。
优选地，所述驱动电路03包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1；
所述第一二极管D1的正极连接所述供电电源04，所述第一二极管D1的负极分别连接所述第一电阻R1的一端和所述第一电容C1的一端；
所述第二电容C2的一端分别连接所述第一电阻R1的另一端、所述光接收器件的集电极及所述第二电阻R2的一端，所述第二电容C2的另一端分别连接所述第一电容C1的另一端、所述第二输出端及所述光接收器件的发射极；
所述第二电阻R2的另一端连接所述第一输出端。
优选地，所述输入电路01包括第三电阻R3；
所述第三电阻R3的一端连接所述输入电路01的电压输入端，所述第三电阻R3的另一端连接所述输入电路01的电压输出端。
优选地，所述输入电路01还包括第四电阻R4；
所述第四电阻R4的一端连接所述驱动信号输出端，所述第四电阻R4的另一端接地。
在本明实施例中，所述光电耦合器OC1为普通光耦，其可以采用如下型号的光耦中的任何一种：TLP521-1、TLP521-2、TLP521-4、4N25、4N35和6N136。
在本发明实施例中，所述第一电阻R1为限流电阻，用于为所述第一电容C1放电时进行限流，防止所述第一电容C1直接短接；所述第二电阻R2为限流电阻，其作用为防止所述高位MOS管M1的驱动电流过大烧坏所述高位MOS管M1；所述第一电容C1是为自举电容，其作用等效电压源，用于驱动后端的负载所述高位MOS管M1；所述第二电容C2为滤波电容，其作用为滤除所述高位MOS管M1驱动电压中的高频分量；所述第三电阻R3是限流电阻；所述第四电阻R4为驱动信号PWM波形的下拉电阻，其作用为在没有给出驱动信号PWM时，给所述光电耦合器OC1的发光器件的负极一个确定的低电平，则所述光电耦合器OC1没有导通；所述第一二极管D1是普通二极管，其作用为所述第一二极管D1的阴极端电位高于所述供电电源04电压时，利用二极管的反向截止性质，以维持所述第一二极管D1的阴极端的电位。
示例性的，以所述高位MOS管M1为Buck电路中的主MOS管进行说明，参见图5，所述驱动电路03包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1；所述输入电路01包括第三电阻R3和第四电阻R4；所述光耦隔离电路02包括光电耦合器OC1。所述光电耦合器OC1为4脚光耦，所述光电耦合器OC1的发光器件的正极通过所述第三电阻R3与所述供电电源04连接，所述发光器件的负极分别连接所述输入电路01的驱动信号输出端和所述第四电阻R4的一端，驱动信号PWM传输至所述光电耦合器OC1的发光器件的负极，控制所述光电耦合器OC1的通断，所述光电耦合器OC1的光接收器件的集电极通过所述第一电阻R1连接所述第一二极管D1的负极，所述光接收器件的集电极通过所述第二电阻R2连接所述高位MOS管M1的栅极连接，所述光接收器件的集电极通过所述第二电容C2连接所述光接收器件的发射极；所述光接收器件的发射极连接所述高位MOS管M1的源极，所述第一电容C1连接在所述第一二极管D1的负极与所述光接收器件的发射极之间，所述第一二极管D1的正极连接所述供电电源04，用于为所述驱动电路03提供电源电压；其中，所述驱动电路03由供电电源04VCC供电，输入的驱动信号为PWM波形，所述驱动电路03的第一输出端为“Mg”，所述驱动电路03的第二输出端为“Ms”，其中，所述第一输出端“Mg”和后级Buck电路中高位MOS管M1栅极相连，所述第二输出端“Ms”和后级Buck电路中高位MOS管M1源极相连。
下面对图5中的电路的工作原理进行说明：
当所述驱动信号PWM为低电平时，所述光电耦合器OC1的发光器件导通，从而导致所述光电耦合器OC1的光接收器件导通；所述第一电容C1为一个大电容，等效为一个电压源，其取值一般为uF级别；一方面所述第一电容C1通过所述第一电阻R1、所述光电耦合器OC1的光接收器件的发射极和集电极进行放电，所述第二电容C2为滤波电容，容值较小一般为PF级别，不作为所述第一电容C1的放电回路路径，只要所述第一电容C1的电压低于所述供电电源04电压VCC，所述第一二极管D1导通，所述供电电源04电压VCC便对所述第一电容C1进行充电，所述第一电容C1的电压VC1始终约等于VCC，所述第一二极管D1的导通与否不影响对后级所述高位MOS管M1的关断，所述第一二极管D1的钳位作用主要体现在MOS管的导通阶段，从所述光电耦合器OC1的内部结构可以看出，普通的光电耦合器OC1是无源器件，电源对其的作用体现在导通和关断所述光电耦合器OC1的发光器件；另一方面由于第二电阻R2其阻值取值较小，一般为欧姆级别，所以所述光电耦合器OC1的集电极与所述高位MOS管M1的栅极可等效为直接连接，所述光电耦合器OC1的发射极和所述高位MOS管M1的源极连接，所以此时所述光电耦合器OC1光接收器件的集电极与发射极之间的电压约等于所述高位MOS管M1栅极与源极之间的电压，由于所述光接收器件导通，所述光接收器件的集电极与发射极之间压差为0，所以所述高位MOS管M1无法导通。
当所述驱动信号PWM为高电平时，所述光电耦合器OC1的发光器件断开，从而导致所述光电耦合器OC1的光接收器件断开；所述第一电容C1为一个大电容，等效为一个电压源，其取值一般为uF级别，此时由于所述光电耦合器OC1的光接收器件的发射极与集电极之间断开，所述第一电容C1无法通过所述光电耦合器OC1进行放电，所述第一电容C1的电压通过所述第一电阻R1、第二电阻R2、第一输出端Mg、第二输出端Ms加在所述高位MOS管M1的栅极和源极上，从而驱动所述高位MOS管M1，使得所述高位MOS管M1导通，所述高位MOS管M1为电压驱动型，流过所述高位MOS管M1的栅极与源极之间的电流一般很小，为nA级别，所以第一电容C1上的电压不会被迅速放电，即在所述光电耦合器OC1导通期间，所述第一电容C1上的电压几乎不会降低；当所述高位MOS管M1导通时，所述高位MOS管M1的漏极与源极之间的压差很小，理想所述高位MOS管M1的压差为0，而所述高位MOS管M1的漏极与Buck电路的输入电源VPOWER连接，所以此时所述高位MOS管M1源极电位等于漏极电位等于VPOWER；进一步的，所述第一电容C1与所述高位MOS管M1源极相连的电位同样被抬升到VPOWER，而此时由于光电耦合器OC1仍然是关断的，且所述高位MOS管M1栅极与源极的电流也很小，所以第一电容C1始终没有放电路径，即无法放电；进一步的，第一电容C1的两端的电压差没有变化，而与所述高位MOS管M1源极连接的一端的电位被抬升到VPOWER，所以第一电容C1与所述第一二极管D1连接一端的电位则为VPOWER+VC1；进一步的，当光电耦合器OC1导通时，第一电容C1的电压VC1约等于VCC，所述光电耦合器OC1其关断时，所述第一电容C1VC1没有放电回路，所以压差不会改变，所以VPOWER+VC2＝VPOWER+VCC>VCC，此时所述第一二极管D1截止，第一电容C1依然没有放电回路，所以电压差依然不会改变，从而能够在所述高位MOS管M1整个导通期间一直维持高电平驱动所述高位MOS管M1，维持所述高位MOS管M1导通。
实施本发明，具有如下有益效果：
一种高位MOS管M1的驱动电路03，包括依次连接的输入电路01、光耦隔离电路02和驱动电路03；所述输入电路01的电压输入端和所述驱动电路03的电压输入端均连接供电电源04；所述输入电路01用于为所述光耦隔离电路02提供电源电压，并将驱动信号传输至所述光耦隔离电路02；所述光耦隔离电路02包括光电耦合器OC1，用于根据所述驱动信号高低实现所述光电耦合器OC1的通断；所述驱动电路03用于根据所述光电耦合器OC1的通断实现对高位MOS管M1的驱动。通过驱动信号的高低实现光电耦合器OC1的通断，利用所述光电耦合器OC1对电路进行了隔离，使得所述高位MOS管M1的栅极电压的参考电压不依赖于“地”，进而所述驱动电路03能根据所述光电耦合器OC1的通断实现对高位MOS管M1的驱动。
实施例二
参见图6，对实施例一中的输入电路01做进一步的优化。
优选地，所述输入电路01还包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及开关管M2；
所述开关管M2的输入端分别连接所述第五电阻R5的一端和所述第六电阻R6的一端，所述开关管M2的控制端分别连接所述第七电阻R7的一端和所述输入电路01的驱动信号输入端，所述开关管M2的输出端接地；
所述第五电阻R5的另一端分别连接供电电源04和所述输入电路01的电压输出端；
所述第六电阻R6的另一端连接所述输入电路01的驱动信号输出端；
所述第七电阻R7的另一端接地。
优选地，所述开关管M2为N沟道MOS管；其中，所述开关管M2的控制端为N型MOS管的栅极，所述开关管M2的输入端为N型MOS管的漏极，所述开关管M2的输出端为N型MOS管的源极。
需要说明的是，所述开关管M2仅以N型MOS管为例进行描述，还可以替换为三极管、场效应管、IGBT、晶闸管等三端控制器件或其派生器件。
在本发明实施例中，在所述输入电路01中增加一个开关管M2做开关，以增强电路的可靠性与适用性。
与实施例一不同的地方在于，所述输入电路01中，包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及开关管M2，所述开关管M2的输入端通过所述第五电阻R5连接所述供电电源04，且所述开关管M2的输入端通过所述第六电阻R6连接所述光电耦合器OC1的负极；所述开关管M2的控制端连接所述第七电阻R7的一端和所述驱动信号输入端，所述开关管M2的输出端接地，所述光电耦合器OC1的正极连接所述第五电阻R5的另一端和所述供电电源04。
实施本实施例具有如下有益效果：
提供一个反向的驱动信号PWM波形，用于增加电路的适用性；当所述驱动信号PWM为高电平时，所述光电耦合器OC1导通，所述高位MOS管M1关断，所述驱动信号PWM为低电平时，所述光电耦合器OC1关断，所述高位MOS管M1导通。
实施例三
参见图7，在实施例二的基础上对所述光耦隔离电路02做进一步的优化。
优选地，所述光电耦合器OC1还包括第五引脚，所述第五引脚连接在所述第一电阻R1的一端与所述第一二极管D1的负极之间。
在于实施例二不同的地方在于，将4脚的光电耦合器OC1换成5脚的光电耦合器OC1，5脚光电耦合器OC1为有源器件，内部增加一个放大器，相比于4脚光电耦合器OC1，5脚光电耦合器OC1有更高的截止频率。
实施例四
参见图8，在实施例三的基础上，对所述光耦隔离电路02做进一步的优化。
优选地，所述光耦隔离电路02还包括第二二极管D2和第三电容C3；
所述光电耦合器OC1还包括第五引脚；
所述第二二极管D2的正极连接所述第一二极管D1的正极，所述第二二极管D2的负极分别连接所述第五引脚和所述第三电容C3的一端；
所述第三电容C3的另一端连接所述光接收器件的发射极。
与实施例三不同的地方在于：给5脚光电耦合器OC1进行单独供电；在实施例三中，在所述光电耦合器OC1其的集电极与发射极之间导通时，所述第一电容C1存在放电的过程，虽然由于供电电源04VCC给第一电容C1进行及时的充电，但是第一电容C1的电压始终有略微的下降，如此的，所述光电耦合器OC1无法得到一个平稳的电压，新增一个第二二极管D2和自举电容第三电容C3，可以给所述光电耦合器OC1提供一个稳定的电压源，新增的自举电容第三电容C3由于除了给所述光电耦合器OC1供电外，完全没有其他的放电路径，所以能保持一个较为稳定的电压。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高位MOS管的驱动电路，其特征在于，包括依次连接的输入电路、光耦隔离电路和驱动电路；
所述输入电路的电压输入端和所述驱动电路的电压输入端均连接供电电源；
所述输入电路用于为所述光耦隔离电路提供电源电压，并将驱动信号传输至所述光耦隔离电路；
所述光耦隔离电路包括光电耦合器，用于根据所述驱动信号高低实现所述光电耦合器的通断；
所述驱动电路用于根据所述光电耦合器的通断实现对高位MOS管的驱动。
2.如权利要求1所述的高位MOS管的驱动电路，其特征在于，所述光电耦合器的发光器件的正极与所述输入电路的电压输出端连接，所述发光器件的负极与所述输入电路的驱动信号输出端连接，所述光电耦合器的光接收器件的集电极与所述驱动电路的第一输出端连接，所述光接收器件的发射极与所述驱动电路的第二输出端连接；其中，所述驱动电路的第一输出端用于连接所述高位MOS管的漏极，所述驱动电路的第二输出端用于连接所述高位MOS管的源极。
3.如权利要求2所述的高位MOS管的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第一二极管；
所述第一二极管的正极连接所述供电电源，所述第一二极管的负极分别连接所述第一电阻的一端和所述第一电容的一端；
所述第二电容的一端分别连接所述第一电阻的另一端、所述光接收器件的集电极及所述第二电阻的一端，所述第二电容的另一端分别连接所述第一电容的另一端、所述第二输出端及所述光接收器件的发射极；
所述第二电阻的另一端连接所述第一输出端。
4.如权利要求2所述的高位MOS管的驱动电路，其特征在于，所述输入电路包括第三电阻；
所述第三电阻的一端连接所述输入电路的电压输入端，所述第三电阻的另一端连接所述输入电路的电压输出端。
5.如权利要求4所述的高位MOS管的驱动电路，其特征在于，所述输入电路还包括第四电阻；
所述第四电阻的一端连接所述驱动信号输出端，所述第四电阻的另一端接地。
6.如权利要求3所述的高位MOS管的驱动电路，其特征在于，所述输入电路还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻及开关管；
所述开关管的输入端分别连接所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端，所述开关管的控制端分别连接所述第七电阻的一端和所述输入电路的驱动信号输入端，所述开关管的输出端接地；
所述第五电阻的另一端分别连接供电电源和所述输入电路的电压输出端；
所述第六电阻的另一端连接所述输入电路的驱动信号输出端；
所述第七电阻的另一端接地。
7.如权利要求6所述的高位MOS管的驱动电路，其特征在于，所述光电耦合器还包括第五引脚，所述第五引脚连接在所述第一电阻的一端与所述第一二极管的负极之间。
8.如权利要求6所述的高位MOS管的驱动电路，其特征在于，所述光耦隔离电路还包括第二二极管和第三电容；
所述光电耦合器还包括第五引脚；
所述第二二极管的正极连接所述第一二极管的正极，所述第二二极管的负极分别连接所述第五引脚和所述第三电容的一端；
所述第三电容的另一端连接所述光接收器件的发射极。
9.如权利要求6所述的高位MOS管的驱动电路，其特征在于，所述开关管为N沟道MOS管；其中，所述开关管的控制端为N型MOS管的栅极，所述开关管的输入端为N型MOS管的漏极，所述开关管的输出端为N型MOS管的源极。
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