[发明专利]一种电容隔离场效应管自驱动电路及方法

说明书

本发明涉及一种PLC输出场效应管自驱动电路。本发明在现有技术方案的基础上，增加一个简单的载波信号f(MCU的IO口提供或简单反相器振荡产生，多路共用)和一个逻辑门U1，以及一个整流二极管D1和储能电容C3，可应用于PLC场效应管自驱动输出，方案简单，成本低廉，元器件占用空间小，适合PLC等高密度多输出回路的控制驱动需要。特别是不需要隔离电源，减少了电路的复杂程度和降低成本。另外，采用场效应管驱动输出，相对于三极管驱动输出，可以降低驱动功耗，减少PLC内部热源，有利于提高PLC可靠性。

技术领域

本发明涉及一种采用电容隔离技术的PLC输出场效应管自驱动电路，属于工业控制领域的输出驱动技术。

背景技术

目前PLC输出常规有继电器输出、可控硅输出和晶体管(含三极管和场效应管)输出三类。继电器输出一般常用于交流或直流高压、大电流驱动，缺点是体积较大，开关时间较长；可控硅输出只能用于交流驱动；晶体管输出则一般用于电压较低(≤48VDC)、电流相对较小(≤2A)场合。

晶体管输出分为三极管输出驱动和场效应管输出驱动。场效应管输出驱动可以做到导通压降非常小，功率损耗较小的优点，但由于场效应管门极电压较高，现有技术如果采用自驱动必然会导致导通压降过大，因此需要配备额外驱动电源，而一般的PLC输出级是隔离的，额外提供隔离电源会增加技术方案的复杂程度和增加成本。三极管驱动输出则可以做到自驱动，无需提供额外驱动电源，输出导通压降较小(≤1.5V)，技术方案非常简洁。

对于PLC应用，由于控制输出回路较多，常见的产品有6、8、12、18、24、32路输出，特别是12路以上输出的PLC，其内部空间非常紧凑，每个输出回路可以占用的空间有限，输出驱动晶体管体积非常有限。实际上，较多路输出的PLC产品，输出驱动三极管贴片封装的，一般无法选择大于SOT-89封装的器件，也就是器件封装功率不大于0.5W。如何在有限条件下，提升输出驱动电流，降低输出驱动三极管功耗是个难题。该技术的实用新型已授权，授权公告号CN 210038526 U。

应用于PLC的场效应管自驱动相关专利技术暂未发现。其他应用场合的类似技术有：授权公告号CN 106787633 B的发明专利《隔离驱动系统》(以下简称为“对比文件1”)和CN 210157172 U的实用新型专利《一种电容隔离驱动电路》(以下简称为“对比文件2”)，应用涉及开关电源的功率开关管驱动领域。

另外，在集成电路中，有公司采用电容隔离技术，国外有德州仪器(Ti)，国内有荣湃半导体(上海)有限公司，相关文献资料“数字容性隔离器的磁场抗扰度”(以下简称“对比文件3”，作者：Thomas Kugelstadt，德州仪器(TI)高级应用工程师)，数据手册“2Pai_π11xM1x_20200416_CN”(以下简称“对比文件4”，荣湃半导体相关器件数据手册)。

如图1所示，现有发明专利具备自驱动，电路简单，PCBA上占用空间小，成本低廉等优势。但也只能应用于较高频率的连续或者离散脉冲驱动，例如开关电源的开关管驱动。无法满足PLC应用领域0～200kHz控制频率的需求。

如图2及图3所示，现有实用新型专利仅增强了图一技术方案的驱动能力，未扩大其工作频率范围。

综上，现有发明专利及现有实用新型专利的驱动信号为连续或者离散的脉冲，无需也无法驱动持续的导通信号或者低频脉冲信号(受限于隔离电容的容值可选择范围)，无法满足PLC应用领域0～几百kHz控制频率的需求。