半橋驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半橋驅(qū)動(dòng)電路，包括自舉電路和半橋電路，自舉電路包括二極管和電容，還包括：第一開關(guān)電路，輸入端連接二極管和電容的公共端，輸出端連接上橋的控制端，控制端用于輸入第一控制信號(hào)；第一開關(guān)電路在第一控制信號(hào)為高電平時(shí)導(dǎo)通，為低電平時(shí)關(guān)斷。第二開關(guān)電路，輸入端設(shè)置有電源接入端，輸出端連接下橋的控制端，控制端用于輸入第二控制信號(hào)；第二開關(guān)電路在第二控制信號(hào)為低電平時(shí)導(dǎo)通，為高電平時(shí)關(guān)斷。通過改變輸入的控制信號(hào)來改變兩個(gè)開關(guān)電路的通斷狀態(tài)從而控制上、下橋的通斷。本發(fā)明通過自舉電路，實(shí)現(xiàn)了利用低電壓去驅(qū)動(dòng)上橋晶體管。用分立式元器件組成的驅(qū)動(dòng)電路代替了集成驅(qū)動(dòng)電路，具有成本低、便于維修的特點(diǎn)。
【專利說明】半橋驅(qū)動(dòng)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)電路，特別是涉及一種半橋驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，具有體積小、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各類電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。在較大功率的開關(guān)電源中，需要使用半橋驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)半橋電路，但半橋驅(qū)動(dòng)電路的高端邊的驅(qū)動(dòng)需要高壓才能實(shí)現(xiàn)，所以一般都采用帶自舉功能的集成電路作為半橋驅(qū)動(dòng)電路。
[0003]半橋電路通常通過兩個(gè)半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)實(shí)現(xiàn)，其中上橋晶體管的漏極(或集電極)與電源連接，源極(或發(fā)射極)與下橋晶體管的漏極(或集電極)相連，下橋晶體管的源極(或發(fā)射極)與地線相連。半橋電路的輸出端為上下橋的公共端。
[0004]一般的半橋驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)具有在高壓輸出端耦合在一起的高端和低端的半橋輸出級(jí)，它包括在集成電路中的低壓控制電路和浮井，還包括用于控制所述高端功率晶體管啟動(dòng)的定時(shí)電路，半橋驅(qū)動(dòng)器電路包括高壓接口電路，用于將所述低壓控制電路的所述控制輸出耦合到所述定時(shí)電路。以此方式，可以獲得集成的半橋驅(qū)動(dòng)器電路。
[0005]但是使用集成電路作為半橋驅(qū)動(dòng)電路存在成本高、不便于維修的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于此，有必要提供一種成本低、便于維修的半橋驅(qū)動(dòng)電路。
[0007]—種半橋驅(qū)動(dòng)電路，包括自舉電路和半橋電路，所述自舉電路包括第一二極管和自舉電容，所述第一二極管的正極設(shè)置有電源接入端，負(fù)極連接所述自舉電容的一端，所述自舉電容的另一端連接所述半橋電路上橋和下橋的公共端，還包括:第一開關(guān)電路，包括輸入端、輸出端和控制端，所述輸入端連接所述第一二極管和自舉電容的公共端，所述輸出端連接所述半橋電路中上橋的控制端，所述第一開關(guān)電路的控制端用于輸入第一控制信號(hào)；所述第一開關(guān)電路在所述第一控制信號(hào)為高電平時(shí)導(dǎo)通，所述第一控制信號(hào)為低電平時(shí)關(guān)斷。第二開關(guān)電路，包括輸入端、輸出端和控制端，所述第二開關(guān)電路的輸入端設(shè)置有所述電源接入端，所述第二開關(guān)電路的輸出端連接所述半橋電路中下橋的控制端，所述第二開關(guān)電路的控制端用于輸入第二控制信號(hào)；所述第二開關(guān)電路在所述第二控制信號(hào)為低電平時(shí)導(dǎo)通，所述第二控制信號(hào)為高電平時(shí)關(guān)斷。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一開關(guān)電路包括第一導(dǎo)電類型的第一開關(guān)管和第二導(dǎo)電類型的第二開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的控制端為所述第一開關(guān)電路的控制端，所述第一開關(guān)管的輸出端接地，所述第一開關(guān)管的輸入端與所述第二開關(guān)管的控制端連接；所述第二開關(guān)管的控制端與輸入端之間設(shè)置有第一偏置電阻，所述第二開關(guān)管的輸出端為所述第一開關(guān)電路的輸出端且通過第一限流電阻與所述上橋的控制端連接，所述第二開關(guān)管的輸入端為所述第一開關(guān)電路的輸入端。所述第二開關(guān)電路包括第一導(dǎo)電類型的第三開關(guān)管和第二導(dǎo)電類型的第四開關(guān)管，所述第三開關(guān)管的輸出端為所述第二開關(guān)電路的控制端，所述第三開關(guān)管的控制端通過第二限流電阻與所述電源接入端連接，所述第三開關(guān)管的輸入端與所述第四開關(guān)管的控制端連接；所述第四開關(guān)管的控制端與輸入端之間設(shè)置有第二偏置電阻，所述第四開關(guān)管的輸出端為所述第二開關(guān)電路的輸出端且通過第三限流電阻與所述下橋的控制端連接；所述第四開關(guān)管的輸入端為所述第二開關(guān)電路的輸入端。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一開關(guān)電路包括退稱電容，所述退稱電容的一端連接所述電源接入端，所述退耦電容的另一端接地。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二開關(guān)電路包括分壓電阻和穩(wěn)壓管，所述分壓電阻設(shè)置在所述電源接入端與所述第二限流電阻之間，所述穩(wěn)壓管的負(fù)極連接于所述第二限流電阻與所述分壓電阻的公共端，所述穩(wěn)壓管的正極接地。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一開關(guān)管的輸出端串聯(lián)設(shè)置有第四限流電阻；所述第一開關(guān)管的控制端串聯(lián)設(shè)置有第五限流電阻；所述第三開關(guān)管的輸出端串聯(lián)設(shè)置有第六限流電阻。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二開關(guān)管的輸出端與所述第一限流電阻之間設(shè)置有第二二極管，所述第二二極管的正極與所述第二開關(guān)管的輸出端連接。
[0013]上述半橋驅(qū)動(dòng)電路工作時(shí)，電源接入端接入直流電源，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)和第二控制信號(hào)同時(shí)為高電平時(shí)，第一開關(guān)電路導(dǎo)通使上橋?qū)?，第二開關(guān)電路關(guān)斷使下橋關(guān)斷；當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)和第二控制信號(hào)同時(shí)為低電平時(shí)，第二開關(guān)電路導(dǎo)通，使下橋?qū)ǎ谝婚_關(guān)電路關(guān)斷使上橋關(guān)斷，此時(shí)由于下橋的導(dǎo)通使上橋的輸出電壓下降接近零伏，從而使自舉電容經(jīng)過電源接入端輸入的直流電源一第一二極管一自舉電容一GND回路充電，為下一次導(dǎo)通做好準(zhǔn)備。通過第一二極管和自舉電容組成的自舉電路，實(shí)現(xiàn)了利用低電壓去驅(qū)動(dòng)上橋晶體管。用分立式元器件組成的驅(qū)動(dòng)電路代替了集成驅(qū)動(dòng)電路，具有成本低、便于維修的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為一實(shí)施例中半橋驅(qū)動(dòng)電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2為一實(shí)施例中半橋驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]一種半橋驅(qū)動(dòng)電路，如圖1所示，包括自舉電路、半橋電路、第一開關(guān)電路110及第二開關(guān)電路120。自舉電路包括第一二極管Dl和自舉電容C2,第一二極管Dl的正極設(shè)置有電源接入端，負(fù)極連接自舉電容C2的一端，自舉電容C2的另一端連接半橋電路上橋和下橋的公共端。半橋電路的上橋和下橋可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)，也可以是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，其中上橋的輸入端與電源連接，輸出端與下橋的輸入端相連，下橋的輸出端與地線相連。
[0017]第一開關(guān)電路110包括輸入端、輸出端和控制端,輸入端連接第一二極管Dl和自舉電容C2的公共端，輸出端連接半橋電路中上橋的控制端，第一開關(guān)電路110的控制端用于輸入第一控制信號(hào)。第一開關(guān)電路110在第一控制信號(hào)為高電平時(shí)導(dǎo)通，在第一控制信號(hào)為低電平時(shí)關(guān)斷。
[0018]第二開關(guān)電路120包括輸入端、輸出端和控制端，第二開關(guān)電路120的輸入端設(shè)置有電源接入端，第二開關(guān)電路120的輸出端連接半橋電路中下橋的控制端，第二開關(guān)電路120的控制端用于輸入第二控制信號(hào)。第二開關(guān)電路120在第二控制信號(hào)為低電平時(shí)導(dǎo)通，第二控制信號(hào)為高電平時(shí)關(guān)斷。
[0019]半橋驅(qū)動(dòng)電路工作時(shí)，電源接入端接入直流電源，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)和第二控制信號(hào)同時(shí)為高電平時(shí)，第一開關(guān)電路110導(dǎo)通使上橋?qū)ǎ诙_關(guān)電路120關(guān)斷使下橋關(guān)斷；當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)和第二控制信號(hào)同時(shí)為低電平時(shí)，第二開關(guān)電路120導(dǎo)通，使下橋?qū)?，第一開關(guān)電路110關(guān)斷使上橋關(guān)斷，此時(shí)由于下橋的導(dǎo)通使上橋的輸出端電壓下降至接近零伏，從而使自舉電容C2經(jīng)過電源接入端輸入的直流電源一第一二極管Dl —自舉電容C2 — GND回路充電，為下一次導(dǎo)通做好準(zhǔn)備。通過第一二極管Dl和自舉電容C2組成的自舉電路，實(shí)現(xiàn)了利用低電壓去驅(qū)動(dòng)上橋晶體管。用分立式元器件組成的驅(qū)動(dòng)電路代替了集成驅(qū)動(dòng)電路，具有成本低、便于維修的特點(diǎn)。
[0020]如圖2所示，本電路中上、下橋采用MOS管，電源接入端接入正15伏直流電源。第一開關(guān)電路110包括NPN型的第一三極管Ql和PNP型的第二三極管Q2，第一三極管Ql的基極為第一開關(guān)電路110的控制端，第一三極管Ql的發(fā)射極接地，集電極與第二三極管Q2的基極連接。第二三極管Q2的基極與發(fā)射極之間設(shè)置有第一偏置電阻R1，第二三極管Q2的集電極為第一開關(guān)電路110的輸出端且通過第一限流電阻R2與上橋MOS管Q7的柵極連接，第二三極管Q2的發(fā)射極為第一開關(guān)電路110的輸入端。
[0021]第二開關(guān)電路120包括NPN型的第三三極管Q4和PNP型的第四三極管Q6，第三三極管Q4的發(fā)射極為第二開關(guān)電路120的控制端，第三三極管Q4的基極通過第二限流電阻RlO與電源接入端連接，集電極與第四三極管Q6的基極連接；第四三極管Q6的基極與發(fā)射極之間設(shè)置有第二偏置電阻R6，第四三極管Q6的集電極為第二開關(guān)電路120的輸出端且通過第三限流電阻R9與下橋MOS管Q8的柵極連接；第四三極管Q6的發(fā)射極為所述第二開關(guān)電路120的輸入端。
[0022]在其它實(shí)施例中，也可以采用N溝道MOS管代替NPN型三極管，用P溝道MOS管代
替PNP型三極管。
[0023]本實(shí)施例中可以將控制信號(hào)高電平設(shè)定為5V，低電平設(shè)定為0V。當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)DR-H和第二控制信號(hào)DR-L同時(shí)為高電平即5V時(shí)，第一開關(guān)電路110中第一三極管Q1、第二三極管Q2導(dǎo)通，自舉電容C2 —端的電壓經(jīng)過第二三極管Q2、第一限流電阻R2降壓后加到上橋MOS管Q7的柵極，使上橋MOS管Q7導(dǎo)通。在導(dǎo)通期間，上橋MOS管Q7的源極電壓接近電源BTl的電壓，所以自舉電容C2兩端的電壓隨著上橋MOS管Q7的源極電壓一起浮動(dòng)，上橋MOS管Q7靠自舉電容C2兩端的電勢(shì)差來維持導(dǎo)通。由于第二控制信號(hào)DR-L為高電平，第二開關(guān)電路120中第三三極管Q4、第四三極管Q6關(guān)閉，下橋MOS管Q8因無柵極電壓而關(guān)閉。當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)DR-H和第二控制信號(hào)DR-L同時(shí)為低電平時(shí)，第二開關(guān)電路120中第三三極管Q4、第四三極管Q6導(dǎo)通，半橋驅(qū)動(dòng)電路通過第三限流電阻R9為下橋MOS管Q8的柵極充電，使下橋MOS管Q8導(dǎo)通。由于第一控制信號(hào)DR-H為低電平,第一開關(guān)電路110中的第一三極管Q1、第二三極管Q2關(guān)閉，由于下橋MOS管Q8的導(dǎo)通，使得上橋MOS管Q7的源極電壓下降至接近零伏而關(guān)閉，從而使自舉電容C2經(jīng)過15V電源一第一二極管Dl —自舉電容C2 — GND回路充電，為下一次導(dǎo)通做好準(zhǔn)備。
[0024]第一控制信號(hào)DR-H和第二控制信號(hào)DR-L同時(shí)為高的狀態(tài)應(yīng)極力避免，否則會(huì)燒壞MOS管，因此需要設(shè)定一定的死區(qū)時(shí)間來防止同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)出現(xiàn)。在其中一個(gè)實(shí)施例中，第一控制信號(hào)DR-H和第二控制信號(hào)DR-L采用同一控制信號(hào)，可以是脈沖寬度調(diào)制信號(hào)(PWM)0
[0025]圖2所示電路中直流電源的電壓只有15伏特，而被半橋電路驅(qū)動(dòng)的負(fù)載(圖2中未示)需要的電壓為36V。通過設(shè)置合適的電路參數(shù)，可以使自舉電路產(chǎn)生的電壓達(dá)到40V以上。在上橋MOS管Q7導(dǎo)通后，上橋MOS管Q7的源極電壓為36V，而上橋MOS管Q7的柵極電壓為40V以上，這樣上橋MOS管Q7的Vgs在4V以上，很容易找到合適的MOS管完成導(dǎo)通功能，實(shí)現(xiàn)低壓控制信號(hào)對(duì)高壓的驅(qū)動(dòng)。
[0026]此外，還可以在第一三極管Ql的發(fā)射極串聯(lián)設(shè)置第四限流電阻R5 ;在第一三極管Ql的基極串聯(lián)設(shè)置第五限流電阻R4 ;在第二三極管Q2的集電極與第一限流電阻R2之間設(shè)置有第二二極管D2，第二二極管D2的正極與第二三極管Q2的集電極連接；在第三二極管Q4的發(fā)射極串聯(lián)設(shè)置第六限流電阻R7。顯然，第四限流電阻R5、第五限流電阻R4、第六限流電阻R7和第二二極管D2在某些實(shí)施例中可以省略。
[0027]在其中一個(gè)實(shí)施例中，第一開關(guān)電路還包括退耦電容Cl，退耦電容Cl的一端連接電源接入端，退耦電容Cl的另一端接地。退耦電容Cl用于防止前后電路網(wǎng)絡(luò)電流大小變化時(shí)，在供電電路中所形成的電流沖動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的正常工作產(chǎn)生影響，能夠有效的消除電路網(wǎng)絡(luò)之間的寄生耦合。
[0028]在其中一個(gè)實(shí)施例中，第二開關(guān)電路還包括分壓電阻Rll和穩(wěn)壓管ZD1，分壓電阻Rll設(shè)置在電源接入端與第二限流電阻RlO之間，穩(wěn)壓管ZDl的負(fù)極連接于第二限流電阻RlO與分壓電阻Rll的公共端，穩(wěn)壓管ZDl的正極接地。穩(wěn)壓管ZDl和分壓電阻Rll是為第三三極管Q4提供基極控制電壓而設(shè)置，一般穩(wěn)壓管ZDl的穩(wěn)定電壓值不小于第二控制信號(hào)高電平的值，以確保第三三極管Q4可靠關(guān)閉。
[0029]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種半橋驅(qū)動(dòng)電路，包括自舉電路和半橋電路，所述自舉電路包括第一二極管和自舉電容，所述第一二極管的正極設(shè)置有電源接入端，負(fù)極連接所述自舉電容的一端，所述自舉電容的另一端連接所述半橋電路上橋和下橋的公共端，其特征在于，還包括: 第一開關(guān)電路，包括輸入端、輸出端和控制端，所述輸入端連接所述第一二極管和自舉電容的公共端，所述輸出端連接所述半橋電路中上橋的控制端，所述第一開關(guān)電路的控制端用于輸入第一控制信號(hào)；所述第一開關(guān)電路在所述第一控制信號(hào)為高電平時(shí)導(dǎo)通，所述第一控制信號(hào)為低電平時(shí)關(guān)斷； 第二開關(guān)電路，包括輸入端、輸出端和控制端，所述第二開關(guān)電路的輸入端設(shè)置有所述電源接入端，所述第二開關(guān)電路的輸出端連接所述半橋電路中下橋的控制端，所述第二開關(guān)電路的控制端用于輸入第二控制信號(hào)；所述第二開關(guān)電路在所述第二控制信號(hào)為低電平時(shí)導(dǎo)通，所述第二控制信號(hào)為高電平時(shí)關(guān)斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第一開關(guān)電路包括第一導(dǎo)電類型的第一開關(guān)管和第二導(dǎo)電類型的第二開關(guān)管， 所述第一開關(guān)管的控制端為所述第一開關(guān)電路的控制端，所述第一開關(guān)管的輸出端接地，所述第一開關(guān)管的輸入端與所述第二開關(guān)管的控制端連接； 所述第二開關(guān)管的控制端與輸入端之間設(shè)置有第一偏置電阻，所述第二開關(guān)管的輸出端為所述第一開關(guān)電路的輸出端且通過第一限流電阻與所述上橋的控制端連接，所述第二開關(guān)管的輸入端為所述第一開關(guān)電路的輸入端； 所述第二開關(guān)電路包括第一導(dǎo)電類型的第三開關(guān)管和第二導(dǎo)電類型的第四開關(guān)管， 所述第三開關(guān)管的輸出端為所述第二開關(guān)電路的控制端，所述第三開關(guān)管的控制端通過第二限流電阻與所述電源接入端連接，所述第三開關(guān)管的輸入端與所述第四開關(guān)管的控制端連接； 所述第四開關(guān)管的控制端與輸入端之間設(shè)置有第二偏置電阻，所述第四開關(guān)管的輸出端為所述第二開關(guān)電路的輸出端且通過第三限流電阻與所述下橋的控制端連接；所述第四開關(guān)管的輸入端為所述第二開關(guān)電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半橋驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第一開關(guān)電路包括退耦電容，所述退耦電容的一端連接所述電源接入端，所述退耦電容的另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半橋驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第二開關(guān)電路包括分壓電阻和穩(wěn)壓管，所述分壓電阻設(shè)置在所述電源接入端與所述第二限流電阻之間，所述穩(wěn)壓管的負(fù)極連接于所述第二限流電阻與所述分壓電阻的公共端，所述穩(wěn)壓管的正極接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的半橋驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第一開關(guān)管的輸出端串聯(lián)設(shè)置有第四限流電阻；所述第一開關(guān)管的控制端串聯(lián)設(shè)置有第五限流電阻；所述第三開關(guān)管的輸出端串聯(lián)設(shè)置有第六限流電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半橋驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第二開關(guān)管的輸出端與所述第一限流電阻之間設(shè)置有第二二極管，所述第二二極管的正極與所述第二開關(guān)管的輸出端連接。
【文檔編號(hào)】H02M1/088GK103683871SQ201210334440
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月11日
【發(fā)明者】周明杰, 管偉芳 申請(qǐng)人:深圳市海洋王照明工程有限公司, 海洋王照明科技股份有限公司