[发明专利]一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及半桥驱动电路，特别涉及一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路。

背景技术

功率场效应晶体管（MOSFET）作为大功率开关及高速开关器件，在电力电子技术中得到广泛应用，特别是电机控制领域。在电机驱动应用中，功率MOSFET管以半桥电路形式出现，分为上、下半桥。其中上半桥功率管漏极接母线电源，源极与下半桥的漏极相连，下半桥的源极接功率地，上下半桥功率管的公共端作为半桥的输出端。

功率管的开关由其栅极与源极间的电压确定，而开关动作在逻辑上由微控制器输出的脉宽调制（PWM）信号确定。栅源极的电压本质上有栅极电容的电荷确定，随着栅极电容的充放电，其栅源极的电压产生变化，从而功率管导通或截止。栅极电容瞬间的充放电电流较大，一般微控制器的PWM信号不足以直接驱动功率管，需要考虑设计专门的半桥驱动电路，驱动电路本质上也是一种功率电路。

电机控制器中，常利用三个半桥电路为电机的三个相提供驱动电流。已有方案中，半桥驱动电路可选用集成的驱动芯片或是利用分立电子元件搭建。采用分立电子元件的电路又有采用三极管的驱动电路和采用三极管和MOSFET的混合驱动电路。

图1是一种采用集成的半桥驱动芯片完成的半桥驱动电路，芯片完成半桥上、下功率管的分别驱动，并利用外围二极管和电容组成自举电路完成半桥浮动地的处理。这种方案围绕着驱动芯片完成，电路简洁，但因驱动芯片的价格高成本相对较高。

图2是为了降低成本，采用纯三极管搭建的驱动电路其包括半桥电路1、驱动电路2和自举电容充电电路3。驱动电路2的信号输入端（U+、U-）连接到单片机PWM控制接口，驱动电路2上的上半桥驱动信号输出端（GUH）、上半桥驱动浮动地端、下半桥驱动信号输出端（GUL）和下半桥驱动地端均与半桥电路1相连。驱动电路2接入单片机控制单元的PWM控制信号，PWM控制信号经驱动电路电流放大后，输送给半桥电路1的上下半桥MOSFET管，以驱动半桥电路1工作。自举电容充电电路3同时与驱动电路2上的上半桥驱动浮动电源端和上半桥驱动浮动地端相连，自举电容充电电路3为驱动电路2提供高边驱动的浮动电压。而且自举电容充电电路3与驱动电路2共用低压电源输入端（12V～15V）。

半桥电路1包括上半桥电路和下半桥电路，其中上半桥电路包含：MOSFET管Q4H、驱动电阻R7H、滤波电容C3H和电阻R8H；下半桥电路包含：MOSFET管Q4L、驱动电阻R7L、滤波电容C3L和电阻R8L。上半桥电路MOSFET管Q4H漏极与母线电源VBUS相连，源极与下半桥MOSFET管Q4L的漏极相连，下半桥MOSFET管Q4L的源极与功率地相连，下拉电阻RS1连接在上、下半桥MOSFET管Q4H、Q4L的公共端和功率地之间。

随着功率等级的提高，采用了三极管和MOSFET的混合驱动电路。图3是一种实现方式，想比图2中的三极管驱动电路，在末级增加了两个MOSFET管以提高驱动电路的驱动能力，增加电流并加快驱动速度，详细电路描述参见已有的专利（CN105322948A半桥驱动电路）。

以上的几种驱动电路虽能够驱动功率半桥，但有着一定局限性。或是成本高，或是电路复杂驱动延时大，而提供一种结构紧凑的低成本、小延时的驱动电路显得特别重要。

发明内容

本发明目的是：为克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路，其结构紧凑、成本低、延时小、驱动电流大，能满足较大功率的半桥电路的驱动要求。

本发明的技术方案是：

一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路，包括驱动电路及其连接驱动的功率半桥电路；所述功率半桥电路包括上半桥和下半桥，依次串联在母线电压和功率地之间；所述驱动电路包括上半桥驱动和下半桥驱动，上半桥驱动和下半桥驱动的控制信号输入端分别连接到单片机的PWM输出管脚、驱动信号输出端分别连接上半桥和下半桥的控制端；

所述上半桥驱动包括P型MOSFET Q1和N型MOSFET Q2、Q4；

其中Q1的源极连接低压电源输入端，Q1的漏极通过电阻R1连接上半桥驱动信号输出端，Q1的栅极通过并联的电阻R3、电容C3连接Q4的漏极，Q1的栅极与源极之间还连接有并联的电阻R2、稳压管D2；

其中Q4的栅极通过并联的电阻R7、电容C4连接单片机的PWM输出管脚，Q4的源极连接功率半桥电路的上半桥与下半桥之间的公共端，Q4的漏极连接到Q2的栅极驱动模块；所述Q2源极和漏极分别连接Q4的源极和上半桥驱动信号输出端。