[发明专利]基于电容自举升压的NMOS高侧开关控制电路及方法

说明书

本发明公开了一种基于电容自举升压的NMOS高侧开关控制电路及方法，包括微控器、定时器、开关控制电路，开关控制电路包括方波电平、第三快速二极管、第三小信号开关NMOS管、小信号PNP型三极管、自举电容、第一开关NMOS管、第二开关NMOS管、小信号NPN型三极管、第一旁路电容、第一快速二极管、第二快速二极管以及直流稳压源。本发明利用微控器输出方波控制电平，控制电容自举升压，使第一开关NMOS管的栅极电位大于源极电位与门阀值电压V_GS(th)之和并持续。本发明解决了同类基于电容自举升压NMOS饱和导通不能持续及使用专用集成电路或升压变压器带来的电路设计复杂，生产制造成本高的技术问题。

技术领域

本发明涉及一种NMOS高侧驱动电路的技术领域，特别涉及一种直流电子系统中基于电容自举升压的NMOS高侧开、关控制电路及方法。

背景技术

电子系统中，通常需要对负载供电进行开、关控制，以实现控制负载启动或停止工作。MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)采用压控多数载流子导电且电阻率低，是开、关控制的理想选择。按沟道类型可分为NMOS和PMOS。NMOS多数载流子为电子，PMOS多数载流子为空穴，电子迁移率为空穴迁移率的2到3倍，进而NMOS具有更低的导通阻抗，相同导通电流下，功耗更低，电流承载能力更大。所以选取NMOS作为开关控制元件具有更大的优势。

NMOS用于高侧电路开、关控制，即漏极(D极)接电源正极，源极S(S极)接负载正极，栅极(G极)接控制信号。饱和导通时，源极S电压近似等于漏极电压，即等于电源电压，根据NMOS的饱和导通条件可知，栅极电位需大于源极S电位与门阀值电压V_GS(th)之和，才能饱和导通。在现有技术中大多采用专用的NMOS高侧驱动集成电路或使用升压变压器产生栅极控制电压，而这样设计大大增加了电路设计的复杂性、生产制造成本以及维护成本，故此需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电容自举升压的NMOS高侧开关控制电路及方法，以解决上述背景技术中提出的电路设计的复杂性、生产制造成本以及维护成本的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电容自举升压的NMOS高侧开关控制电路，包括微控器以及定时器，在微控器上连接有开关控制电路，所述的开关控制电路包括由微控器通过定时器定时设置输出的方波电平V2、第三快速二极管D3、第三小信号开关NMOS管M3、小信号PNP型三极管Q1、自举电容C1、第一开关NMOS管M1、第二开关NMOS管M2、小信号NPN型三极管Q2、第一旁路电容C2、第一快速二极管D1、第二快速二极管D2以及为微控器、开关NMOS管、负载及各分立元件工作提供稳压电能的直流稳压源V1，其中，所述的方波电平V2的输出端正极通过第三快速二极管D3连接第三开关NMOS管M3的栅极G，所述的方波电平V2的输出端正极还通过第四电阻R4连接小信号NPN型三极管Q2的基极，所述小信号NPN型三极管Q2的集电极通过第一电阻R1连接所述直流稳压源V1的正极端，所述小信号NPN型三极管Q2的集电极与小信号PNP型三极管Q1的基极连接，所述小信号PNP型三极管Q1的发射极与所述直流稳压源V1的正极端连接，所述第一快速二极管D1、自举电容C1和第五电阻R5串联在所述直流稳压源V1的正极端与接地端GND之间，所述第一快速二极管D1、自举电容C1的公共端通过串联的第二快速二极管D2、限流电阻R3与第一开关NMOS管M1的栅极G连接，自举电容C1和第五电阻R5的公共端与所述小信号PNP型三极管Q1的集电极连接，第二快速二极管D2、限流电阻R3的公共端与接地端GND之间连接有所述第一旁路电容C2，所述第一开关NMOS管M1的漏极D连接所述直流稳压源V1的正极端，第二开关NMOS管M2的漏极D连接所述第一开关NMOS管M1的栅极G，第二开关NMOS管M2的栅极G通过第二电阻R2连接所述直流稳压源V1的正极端，第二开关NMOS管M2的栅极G还与第三小信号开关NMOS管M3的漏极D连接，第一开关NMOS管M1的源极S与接地端GND之间连接有第六电阻R6，所述的第三小信号开关NMOS管M3和第二开关NMOS管M2的源极S均连接接地端GND，所述第一开关NMOS管M1的源极S作为负载输出。