[发明专利]一种高压MOSFET开关驱动及保护电路

说明书

一种高压MOSFET开关驱动及保护电路，包括浮地电压源、内部低压源、电荷泵、逻辑控制、过流检测、过温检测以及栅极驱动部分；输入高压电源通过稳压或降压电路获得浮地电源和内部低压源；浮地电源驱动电荷泵电路获得高于输入电源的MOSFET栅极驱动电压；采用栅极逻辑运算单元连接栅极驱动，该栅极逻辑运算单元中输入端为内部低压源与外部TTL输入信号：内部低电压源用于比较外部TTL输入信号以及过流、过温的逻辑控制信号；当外部TTL输入信号为高电平时，栅极逻辑运算单元关断MOSFET，卸载负载电压源。当外部TTL输入信号为低电平时，开启MOSFET，高电压源加载至负载。实现的保护功能：当过流或过温工作时，关断MOSFET，保护驱动电路及负载。

技术领域：

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种高压MOSFET开关驱动电路及保护电路。

背景技术：

功率场效应晶体管(MOSFET)具有开关速度快、驱动功率小和安全工作区宽等特点，在高性能的开关电源及各种控制应用领域得到了广泛的应用。例如，脉冲调宽的低压信号，通过开关高压功率MOSFET可以实现电机的位移控制。在高功率激光的驱动应用中，脉冲宽度控制的脉冲信号通过开关MOSFET高压功率管，实现激光工作电流及工作温度的精密调节。此外，在雷达探测的应用中，氮化镓功率放大器工作在脉冲方式，需要开关MOSFET为功率负载提供高压脉冲电源。以上所述的各种应用对MOSFET驱动电路的要求包括：高压(50-100V)MOSFET开关受外部低压(3.3-5V)信号的控制。为实现快速的MOSFET开启将输入电源加载至负载，MOSFET的栅极电压须高于电源电压(l0～l5V)。并且，此时高压MOSFET对电路吸收的功率很小，对系统总效率的影响需忽略。

当前，为实现高压MOSFET的开启，可使用变压器的MOSFET栅极驱动方式，但是此方式不适用于高速开关的场景。采用独立栅极供电的方式需引入新的电源，增加了系统的复杂性。而采用已有输入电源实现MOSFET的驱动，可以极大的简化电路，提升电路的集成性。此外，为了电路的安全性，驱动电路在MOSFET的负载电流或工作温度超限时，需要能及时关断MOSFET，具备保护开关驱动及后级负载的能力。

发明内容：

为改变现有方案的缺点并满足对驱动和保护能力的需求，本发明目的是，提出一种高压MOSFET开关驱动和保护电路。该驱动电路实现的功能是：当外部TTL输入信号为低电平时，开启MOSFET，将输入高电压源加载至负载。当外部TTL输入信号为高电平时，关断MOSFET，卸载负载电压源。同时，该电路实现的保护功能是：当MOSFET过流或过温工作时，关断MOSFET，保护驱动电路及负载。

本发明的技术方案是，一种高压MOSFET开关驱动及保护电路，包括浮地电压源、内部低压源、电荷泵、逻辑控制、过流检测、过温检测以及MOSFET栅极驱动部分；输入高压电源通过稳压或降压电路获得浮地电源和内部低压源；浮地电源驱动电荷泵电路获得高于输入电源的MOSFET栅极驱动电压；采用栅极逻辑运算单元连接MOSFET栅极驱动电路，该栅极逻辑运算单元中输入端为内部低压源与外部TTL输入信号：内部低电压源用于比较外部TTL输入信号以及过流、过温的逻辑控制信号：当外部TTL输入信号为低电平时，栅极逻辑运算单元开启MOSFET，将输入高电压源加载至负载。当外部TTL输入信号为高电平时，栅极逻辑运算单元关断MOSFET，卸载负载电压源。栅极逻辑运算单元为外部TTL信号和过流检测信号通过各种门电路，完成开启和关闭MOSFET的判断信号。

所述逻辑控制信号通过栅极驱动模块实现高压MOSFET的开断。所述过流检测及过温检测通过电流采样及温度采样获得。

过流检测及过温检测电路连接到栅极逻辑运算单元，当MOSFET工作过流或过温时，栅极逻辑运算单元关断MOSFET，保护驱动电路及负载；过流检测及过温检测通过电流采样及温度采样获得。