CN114362612A - 基于p沟道和n沟道mosfet管的pwm功率放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于P沟道和N沟道MOSFET管的PWM功率放大电路，不需要泵升电路来进行桥式电路上桥臂的导通，电路输出能够恒保持为高电平。本发明电路构造简单，对栅极驱动模块要求低，不需要泵升电路来进行桥式电路上桥臂的导通；电路输出可恒保持为高电平。
Description
技术领域
本发明涉及PWM功率放大技术领域，具体涉及一种基于P沟道和N沟道MOSFET管的PWM功率放大电路。
背景技术
现有技术基本都是应用双N沟道MOSFET管组成功率放大电路，存在如下缺陷：电路设计复杂，多应用专用驱动芯片，驱动芯片需要配备泵升电路，来驱动双N沟道MOSFET管桥式电路的上桥臂；功率放大的输出无法保持为恒高电平，即PWM控制信号的占空比为100％时，功率放大电路输出无法保持。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于P沟道和N沟道MOSFET管的PWM功率放大电路，不需要泵升电路来进行桥式电路上桥臂的导通，电路输出能够恒保持为高电平。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
本发明的一种基于P沟道和N沟道MOSFET管的PWM功率放大电路，包括MOSFET管栅极驱动模块、电阻R1、电阻R2、快恢复二极管V1、快恢复二极管V2、P沟道增强型MOSFET管、N沟道增强型MOSFET管、稳压管V3以及稳压管V4；其中，栅极驱动模块供电端分别接电源正负极Va和VTa，输入端接入MCU的PWM信号，输出端与V1的正极、V2的负极、R1的一端以及R2的一端相连接；V1与R1并联，V1的负极与V3的正极以及P-MOS的G极相连接；V3的负极与P-MOS的S极相连接，并接Va；V2与R2并联，V2的正极与V4的正极以及N-MOS的G极相连接；V4的负极与N-MOS的D极相连接，并接VTa；P-MOS的D极与N-MOS的S极相连接作为桥式电路的输出。
其中，栅极驱动模块选用成熟的栅极驱动电路或集成电路。
其中，与MCU以及隔离模块组成无刷直流力矩电机的驱动电路；所述驱动电路用于驱动电机中的U相。
其中，所述MCU选用单片机、DSP或FPGA。
其中，所述隔离模块选用光隔离或数字隔离。
其中，隔离模块和栅极驱动模块选用隔离式栅极驱动器，集成了数字隔离模块和栅极驱动模块。
其中，用于无刷电机驱动、起落架收放以及光电吊舱。
有益效果：
本发明电路构造简单，对栅极驱动模块要求低，不需要泵升电路来进行桥式电路上桥臂的导通；电路输出可恒保持为高电平。
附图说明
图1为本发明基于P沟道增强型MOSFET管和N沟道增强型MOSFET管的功率放大电路示意图。
图2为本发明的PWM信号的功率放大电路应用于驱动无刷直流力矩电机示意图。
图3为本发明应用于驱动无刷直流力矩电机时的无刷电机U相功率放大电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明解决PWM信号的功率放大的实现问题，基于P沟道增强型MOSFET管和N沟道增强型MOSFET管的导通特性，提出了一种基于P沟道增强型MOSFET管和N沟道增强型MOSFET管的桥式电路，达到PWM信号的功率放大的目的。电路构造如图1所示，图中D1为MOSFET管栅极驱动模块，可为成熟的电路组合或集成电路，由电压Va和VTa接正负极给模块供电，输入为PWM信号，输出为高低电平分别为Va和VTa的栅极驱动信号；R1，R2为适当阻值的电阻；V1和V2为快速恢复二极管；P-MOS为P沟道增强型MOSFET管，N-MOS为N沟道增强型MOSFET管，V3和V4为稳压管，稳压值应分别不大于P-MOS和N-MOS的栅极耐压值，设为Vp和Vn。
具体地，栅极驱动模块D1的供电端分别接电源正负极Va和VTa，D1的输入端接入MCU的PWM信号，D1的输出端(此处位置标记为A)与V1的正极、V2的负极、R1的一端、R2的一端相连接。V1与R1并联，V1的负极(此处位置标记为B)与V3的正极、P-MOS的G极相连接；V3的负极与P-MOS的S极相连接，并接Va。V2与R2并联，V2的正极(此处位置标记为C)与V4的正极、N-MOS的G极相连接；V4的负极与N-MOS的D极相连接，并接VTa。P-MOS的D极与N-MOS的S极相连接作为桥式电路的输出Vout。
电路工作原理：
(1)栅极驱动模块输出高电平，即A点电压等于Va时，B点电压与A点电压相同，为Va，此时由于P沟道增强型MOSFET管导通特性，P-MOS截止。由于稳压管V4的存在，C点电压为Vn，此时由于N沟道增强型MOSFET管导通特性，N-MOS导通。该电路输出Vout＝VTa；
(2)栅极驱动模块输出低电平，即A点电压等于VTa时，C点电压与A点电压相同，为VTa，此时由于N沟道增强型MOSFET管导通特性，N-MOS截止。由于稳压管V3的存在，B点电压为Vp，此时由于P沟道增强型MOSFET管导通特性，P-MOS导通。该电路输出Vout＝Va.
(3)当A点由Va变为VTa过程中，V1截止，由于R1的存在，P-MOS延迟导通。V2导通，R2不过电流，N-MOS会立即截止。即N-MOS立即截止，P-MOS延迟导通，防止了P-MOS、N-MOS同时导通；
(4)当A点由VTa变为Va过程中，V2截止，由于R2的存在，N-MOS延迟导通。V1导通，R1不过电流，P-MOS会立即截止。即P-MOS立即截止，N-MOS延迟导通，防止了P-MOS、N-MOS同时导通。
直流电机的驱动，常用到PWM信号的功率放大电路。应用范例如图2所示，用于驱动无刷直流力矩电机。已知该电机额定电压为28V，峰值堵转电流为6A。
实例中的MCU，可选用单片机、DSP或FPGA等。隔离模块可选用光隔离或数字隔离，栅极驱动模块可选用成熟的栅极驱动电路或集成电路。
本实例构造电路如图3所示，该电路用于驱动电机中的U相。其中隔离模块和栅极驱动模块选用了AD公司的ADUM4120隔离式栅极驱动器，集成了数字隔离模块和栅极驱动模块，支持2.5V-6.5V的低电平信号输入和4.5V到35V的高电平栅极驱动输出，并且峰值电流可到2.3A。
选用P沟道MOSFET管为英飞凌公司的IRFH9310PdF芯片，漏极电压VDS为-30V，最大输出电流ID为-21A，栅极电压VGS为±20V。
选用N沟道MOSFET管为英飞凌公司的IRF40H210芯片，漏记电压VDSS为40V，最大输出电流ID为201A，栅极电压±20V。
稳压管V3和V4选用了DIODES公司的1SMB5927B，稳压值为12V，快速恢复二极管V1和V2选用DIODES公司的1N4148。
电阻R1和R2选用阻值为300欧姆、功率为1W的功率型电阻。由于U1输出为28V时，由于稳压管V3稳压值为12V，则R1两端压差为16V，则通过R1的电流约为0.053A，则R1功率为0.848W，所以选择1W的功率型电阻。
电路过程中，PWM1为高电平时，D1输出为28V的高电平，P1的栅极与源极压差为0V，P1管截止；由于V4稳压作用，N1的源极与栅极的压差为12V，N1管导通。U1输出为28VGND。
PWM1为低电平时，D1输出为的低电平28VGND，由于V3稳压管的存在，P1的栅极与源极压差为12V，P1管导通；N1的栅极与源极压差为0V，N1管截止。U1输出为28V。
由于P1可通过的电流为21A，N1可通过电流为201A，所以满足电机堵转峰值电流为6A的指标。
本发明可应用于无刷电机驱动、起落架收放以及光电吊舱等，内容创新，技术成熟。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于P沟道和N沟道MOSFET管的PWM功率放大电路，其特征在于，包括MOSFET管栅极驱动模块、电阻R1、电阻R2、快恢复二极管V1、快恢复二极管V2、P沟道增强型MOSFET管、N沟道增强型MOSFET管、稳压管V3以及稳压管V4；其中，栅极驱动模块供电端分别接电源正负极Va和VTa，输入端接入MCU的PWM信号，输出端与V1的正极、V2的负极、R1的一端以及R2的一端相连接；V1与R1并联，V1的负极与V3的正极以及P-MOS的G极相连接；V3的负极与P-MOS的S极相连接，并接Va；V2与R2并联，V2的正极与V4的正极以及N-MOS的G极相连接；V4的负极与N-MOS的D极相连接，并接VTa；P-MOS的D极与N-MOS的S极相连接作为桥式电路的输出。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，栅极驱动模块选用成熟的栅极驱动电路或集成电路。
3.如权利要求1或2所述的电路，其特征在于，与MCU以及隔离模块组成无刷直流力矩电机的驱动电路；所述驱动电路用于驱动电机中的U相。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述MCU选用单片机、DSP或FPGA。
5.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述隔离模块选用光隔离或数字隔离。
6.如权利要求3所述的电路，其特征在于，隔离模块和栅极驱动模块选用隔离式栅极驱动器，集成了数字隔离模块和栅极驱动模块。
7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，用于无刷电机驱动、起落架收放以及光电吊舱。
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