[发明专利]一种高压悬浮MOSFET/IGBT连续栅极驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及直流电机驱动技术领域，具体涉及一种高压悬浮MOSFET/IGBT连续栅极驱动电路。

背景技术

直流电机驱动电路是伺服系统的核心单元，主要完成电机的功率驱动和调速，可以广泛应用于航天、航空、船舶、兵器、电子等军用领域和电动汽车、机器人、无人机、风力发电、太阳能发电等工业应用领域。

直流电机驱动电路主要由脉宽调制电路、驱动电路、H桥放大电路组成，脉宽调制电路完成输入误差信号与三角波载波信号的调制，产生输出调宽方波信号，驱动电路完成驱动信号的分配与处理，H桥电路完成功率放大；目前高压驱动电路主要有国外IR等公司提供的专用集成驱动电路，如IR2110、IR2130等，这些专用集成驱动电路高端驱动电源和地是悬浮状态，在应用中均存在当驱动电路输入信号为直流信号时，H桥电路高端MOSFET/IGBT无输出的问题，实际应用中主要是限制驱动电路输入信号占空比在5%～95%之间，但是这样又不能满足MOSFET/IGBT在占空比从0～1范围内连续的栅极驱动要求，限制了功率驱动电路的应用范围；因此需要增加MOSFET/IGBT连续栅极驱动电路，完善上述驱动电路应用的不足。

目前，所示采用的MOSFET/IGBT连续栅极驱动电路实现方式通常是电荷泵型电路，如图1所示，该电路包括充电电路1、充电电路2和方波谐振电路3，当电路工作在100％占空比信号输入时，方波谐振电路3产生一定频率的方波信号，当此方波信号为低电平时，功率电源＋ＶＳ通过V５给储能电容Ｃ10充电，当此方波信号为高电平时，Ｃ10通过V４给自举电容Ｃ9充电，维持自举电容的能量，最终使电路在100％占空比输入信号时，Ｈ桥输出100％占空比信号，保证输出电流的连续性；电荷泵电路实现了MOSFET/IGBT连续栅极驱动，但是连续栅极驱动电路启动工作需要H桥低端管V10先导通，给C9充电，即驱动电路要先工作在方波信号，然后再进入直流输入，才能保证连续栅极驱动功能，这是电荷泵型电路的一个主要缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压悬浮MOSFET/IGBT连续栅极驱动电路，不仅保证在输入信号的线性区内，输出正常调宽方波信号，而且当输入信号在线性区外时，驱动电路输入信号是固定占空比方波信号，保证电机在线性区外也能正常转动。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括方波谐振电路、充电电路、幅度鉴别电路和通道切换电路；所述幅度鉴别电路，用于鉴别输入信号状态，为通道切换电路提供开关控制信号，当输入信号在线性区时输出低电平信号，反之当输入信号在线性区以外时输出高电平信号；所述通道切换电路，用于根据幅度鉴别电路的输出开关控制信号切换驱动电路的输入信号通道，当幅度鉴别电路输出低电平信号时输出正常的调宽方波信号给驱动电路，反之幅度鉴别电路输出高电平信号时将谐振方波信号输出给驱动电路。

所述幅度鉴别电路包括比较器N1A、N1B，二极管V1、V2和电容C2，所述比较器N1A的同相输入端依次经电阻R5为电路的输入端，其的反相输入端经电阻R3与电源VDD相连，其输出端经电阻R9与电源VDD相连，比较器N1A的同相输入端经电阻R7与其输出端相连，所述电容C2的一端与比较器N1A的同相输入端相连，其另一端与比较器N1A的反相输入端相连；所述比较器N1B的同相输入端分别经电阻R2与电源VDD相连、经电阻R1接地，其反相输入端与比较器N1A的同相输入端相连，其输出端经电阻R10与电源VDD相连，所述比较器N1A的输出端与二极管V1的阳极相连，其阴极与二极管V2的阴极相连作为电路的输出端，所述比较器N1B的输出端与二极管V2的阳极相连。

所述幅度鉴别电路还包括输入滤波电路，所述输入滤波电路由电阻R6和电容C1组成，所述电阻R6的一端为电路的输入端，其另一端与电阻R5相连，所述电容C1的一端接地，其另一端连接在电阻R5和电阻R6之间的节点处。

所述通道切换电路采用至少两通道的数字控制模拟电子开关N2，所述数字控制模拟电子开关N2的控制端与幅度鉴别电路的输出端相连，其两通道输入端分别与方波谐振电路、PWM调宽方波信号相连，其输出端与驱动芯片相连。

所述数字控制模拟电子开关N2的型号为CD4053。