[发明专利]采用电荷泵的功率场效应管的驱动电路

说明书

本发明涉及一种采用电荷泵的功率场效应管的驱动电路，包括：延时单元(10)，电平移位单元(20)，电荷泵单元(30)和驱动单元(40)，其中，所述延时单元(10)，所述电平移位单元(20)，所述电荷泵单元(30)和所述驱动单元(40)依次串接，所述驱动单元(40)输出驱动电压用于驱动功率场效应管；本发明简化了电路结构，减少了电路元件，并且能够满足源极电压超过150V的功率场效应管的驱动。

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种采用电荷泵的功率场效应管的驱动电路。

背景技术

功率MOSFET以其开关速度快，驱动功率小等优点而广泛应用于变换器设计中，因而在电力电子应用中，需要设计驱动电路来为MOSFET提供足够的驱动能力并使其稳定可靠地工作。MOSFET对驱动电路的要求有：1、栅极电压必须高于母线电压l0～l5V，而且栅极电压可能是系统中的最高电压；2、栅极的驱动电压应随源极电位的变化而相对地浮动；3、驱动电路吸收的功率很小，对系统总效率的影响几乎可以忽略不计。因而必须设计符合以上三点的驱动电路，同时驱动电路体积尽可能小。

苏州贝克微电子有限公司在其专利申请文件“一种微功率门电荷泵的功率场效应管”(申请公布号CN103618527A，申请号201310613604.9，申请日期2013.11.27)中公开了一种MOFET驱动电路，该电路中一个高效电源电路对一个晶体管开关的栅极充电，其中电荷泵浦的电压超过提供的电源电压。该电路包括一个电流控制振荡器，该震荡器产生震荡的波形来驱动一个电容的充电泵电路。该电路监测该晶体管的栅极电压，并降低摆动波形的频率，从而降低功耗，此时栅极电压超过一个频率交换值，该值指示晶体管开关已被充分打开，从而允许电路进入微模式。该电路提供一种高效的电源电路，它可以迅速增加电源电压，以便驱动电压超过电源电压的MOSFET的栅极。但是该电路适用于对电荷泵工作效率要求较高，电池供电的应用程序上，并不适用于电力电子应用中源极电压为150V高压的功率MOSFET驱动。

薛涛在其专利申请文件“一种大功率MOSFET负压驱动电路”(申请号201320215600.0，申请日期2013.04.25)中公开了一种利用电荷泵原理来实现定时关断的半桥式大功率MOSFET负压驱动电路。该电路包括半桥式驱动电路、保护电路、负压电路和MOSFET管Q。所述的半桥式驱动电路由NPN型三极管T1和PNP型三极管T2组成；所述的保护电路由电容C1、二极管D和电阻R1组成；所述的负压电路由电容C2、C3和电阻R2、R3组成；所述的MOSFET管Q的栅极G接在电容C1的负极；微处理器输出的PWM信号同时接在双极性三极管T1和T2的基极。该电路结构简单、成本低廉，使用单一电源实现功率MOSFET的负压驱动，提高了驱动电路的抗干扰性，防止干扰波对功率MOSFET的误出发，同时保证MOSFET定时关断，在微处理器故障时，避免MOSFET长时间开通导致电流过大引起的器件损害。该电路保证在晶体管开通瞬时，驱动电路提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升至所需值，防止上升沿高频震荡，但该电路适用于驱动源极接地的MOSFET，并不适用于电力电子应用中源极电压为150V高压的功率MOSFET驱动。

王志强，王莉发表的“一种新颖的MOSFET驱动电路”(电力电子技术，2015.02：1-3)论文中提出了一种新颖的MOSFET驱动电路。电荷泵组成的MOSFET驱动电路由稳压源电路、电荷泵电路、驱动电路和输入控制电路组成。该电路通过使加在驱动电路的电压经电荷泵提升后的值大于MOSFET的栅源开启电压Vgs来维持功率管的导通；当输入控制信号为高电平时MOSFET关断，这时加在驱动电路的电压经电荷泵电路虽有提升，但控制电路的作用使功率管关断，电荷泵电路对MOSFET没有影响。这篇论文所公开的电路存在的问题是：该电路采用两级电荷泵电路，电荷泵电路结构复杂。稳压源电路为电荷泵电路中时钟脉冲的产生电路提供一个工作电源，这样便不适用于开关电源应用场合中，MOSFET源端电压刚开始为一个逐渐上升的值，一段时间后稳定在150V高压的MOSFET的驱动。