專利名稱：金屬氧化物半導體場效應晶體管柵極驅動電路及開關電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種MOSFET柵極的驅動電路，以及包括該MOSFET柵極驅動電路的開關電源。
背景技術：
目前，對電源的工作效率和功率密度要求越來越高。對于作為功率開關管的MOSFET來說，快速且性能可靠的柵極驅動器對其至關重要。參考圖1所示，為現有技術中一種常用的柵極驅動電路100。Vll是一個PWM驅動，V12是一個12V左右的輔助電源。二極管D11、二極管D12和MOSFET Qll組成柵極驅動電路是初級驅動電路。Tll是驅動變壓器。電阻R11、電阻R12、二極管D13和輔助開關管Q12組成次級驅動電路，Q13是作為功率開關管的M0SFET。當PWM驅動Vll為高電平時，MOSFET Qll導通，驅動電流流過驅動變壓器Tll的初級繞組。此時驅動變壓器Tll的次級繞組電壓上正下負，驅動電流經過驅動變壓器Tll的次級繞組、電阻Rl1、電阻R12和功率開關管Q13，功率開關管MOSFET Q13導通；當PWM驅動VlI為低電平時，MOSFET Qll關斷，驅動變壓器Tll的初級繞組通過二極管Dll和二極管D12續(xù)流，次級繞組的電壓變?yōu)橄抡县?，輔助開關管Q12導通。功率開關管Q13柵極的電荷經過電阻R12和輔助開關管Q12被放電，功率開關管Q13關斷。以上為整個柵極驅動器在正常工作模式下大致的工作過程。但在占空比較小或跳周期工作模式中，功率開關管Q13的關斷時間遠大于驅動變壓器Tll的復位時間。驅動變壓器Tll復位完成后，次級驅動電路中執(zhí)行對功率開關管Q13關斷任務的輔助開關管Q12，其柵極為懸浮狀態(tài)，不能保證功率開關管Q13的有效關斷。另外，功率開關管Q13漏極的噪聲通過其柵漏極之間的電容Cdg和柵源極之間的電容Cgs分壓，使得其柵極同樣產生噪聲。該柵極噪聲在電路實際工作中會觸發(fā)功率開關管Q13的誤導通，可靠性大大降低。

實用新型內容本實用新型提供了一種MOSFET柵極驅動電路，其帶有噪聲抑制電路，解決柵極噪聲的問題。一方面，本實用新型提供了一種MOSFET柵極驅動電路，連接于MOSFET (34)的柵極，包括驅動變壓器(T3)，包括初級繞組和次級繞組；初級驅動電路(31)，包括上述初級繞組；以及次級驅動電路(32)，包括上述次級繞組，第一電阻(R32)以及輔助開關管(Q32);其中，上述輔助開關管(Q32)并聯(lián)于上述MOSFET (34)的柵極和源極；上述MOSFET柵極驅動電路還包括噪聲抑制電路(33)，與上述MOSFET (34)的柵極和源極并聯(lián)；上述噪聲抑制電路(33)包括三極管(Q33)以及第二電阻(R33);上述三極管(Q33)的發(fā)射極與上述MOSFET(34)的源極相連，上述三級管(Q33)的集電極通過與上述第一電阻(R32)串聯(lián)而連接于所述MOSFET (34)的柵極；上述第二電阻(R33)串聯(lián)于上述三極管(Q33)的基極和上述次級繞組的一端之間。上述噪聲抑制電路(33)還包括二極管(D34)，上述二極管(D34)的陽極連接上述三極管(Q33)的基極，上述二極管(D34)的陰極連接于上述三極管(Q33)集電極。上述二極管(D34)是肖特基二極管或者低壓降快速二極管。當上述次級繞組電壓方向為上負下正時，上述三極管(Q33)導通，并與上述MOSFET (34)組成回路。當上述次級繞組電壓方向為上負下正時，上述輔助開關管(Q32)導通，并與上述MOSFET (34)和上述第一電阻(R32)組成回路，上述MOSFET (34)關斷。上述次級驅動電路(32)包括第三電阻(R31)，上述第三電阻(R31)串接于上述次級繞組和所述輔助開關管(Q32)的漏極之間，并與上述第一電阻(R32)串聯(lián)。上述輔助開關管(Q32)是M0SFET，其柵極與上述第二電阻(R33)連接于上述次級繞組的同一端，源極連接于上述MOSFET (34)的源極，漏極連接于上述第一電阻(R32)和第三電阻(R31)的連接節(jié)點(A)。當上述次級繞組電壓方向為上正下負時，上述輔助開關管(Q32)關斷，上述次級繞組與上述第一電阻(R32)、上述第三電阻(R31)以及上述M0SFET(34)組成回路，上述MOSFET(34)導通。本實用新型提供的MOSFET柵極驅動電路，包括用于抑制柵極噪聲的上述噪聲抑制電路(33)。在占空比很小或跳周期工作模式中，在上述MOSFET (34)的柵極會形成振鈴，在實際電路工作的時候會觸發(fā)上述MOSFET (34)的誤導通，引起可靠性問題。而應用本實用新型提供的MOSFET柵極驅動電路，上述MOSFET SI柵極的振鈴會使上述三極管Q33導通，形成從上述MOSFET (34)柵極，上述三極管(Q33)、上述第一電阻(R32)到上述MOSFET
(34)源極的通路，從而旁路掉上述柵極振鈴，避免了 MOSFET (34)的誤導通。再者，上述二極管(D34 )可以避免上述三極管(Q33 )的深度飽和，提高了上述三極管(Q33)的關斷速度，提高上述柵極驅動電路的性能。另一方面，本實用新型還提供了一種開關電源，包括任一的上述MOSFET柵極驅動電路。

圖1是現有技術中的一種MOSFET柵極驅動電路；圖2是本實用新型所提供的MOSFET柵極驅動電路；圖3是本實用新型所提供的MOSFET柵極驅動電路在正常工作模式下PWM驅動電壓(上)以及MOSFET柵極電壓(下)的波形圖；圖4是是本實用新型所提供的MOSFET柵極驅動電路在占空比較小或跳周期工作模式下PWM驅動電壓(上)以及MOSFET柵極電壓(下)的波形圖。
具體實施方式
以下結合附圖以及具體實施例對本實用新型的技術方案做進一步說明。下面對優(yōu)選實施方式的描述僅僅是示范性的，而絕不是對本發(fā)明及其應用或用法的限制。圖2是本實用新型提供的一種MOSFET柵極驅動電路300，包括初級驅動電路31、驅動變壓器T3、次級驅動電路32、噪聲抑制電路33以及功率開關管MOSFET 34。圖2中電路34代表所述功率開關管MOSFET 34的等效電路，包括開關S1、電容C31以及電容C32。如圖2所示，節(jié)點D等效為所述功率開關管MOSFET 34的漏極，節(jié)點G等效為所述功率開關管MOSFET 34的柵極，節(jié)點S等效為所述功率開關管MOSFET 34的源極。所述電容C31連接于所述節(jié)點D、G之間，所述電容C32連接于所述節(jié)點S、G之間。所述初級驅動電路31包括PWM驅動VI，一個12V左右的輔助電源V2，二極管D31和D32，MOSFET Q31以及驅動變壓器T3的初級繞組。所述驅動變壓器T3的初級繞組串接在所述PWM驅動Vl和所述MOSFET Q31的漏極之間。所述MOSFET Q31的源極接地。所述二極管D32陽極接于所述MOSFET Q31的源極，其陰極接于所述MOSFET Q31的柵極。所述二極管D31陽極接于所述MOSFET Q31的漏極和所述初級繞組的下端之間；其陰極接于所述輔助電源V2的陽極。所述次級驅動電路32包括所述驅動變壓器T3的次級繞組、二極管D33、電阻R31、電阻R32以及輔助開關管Q32。所述電阻R31、R32串接于所述次級繞組的上端以及所述節(jié)點G (即所述功率開關管MOSFET 34的柵極)之間，所述二極管D33的陰極與所述次級繞組的下端相連，所述二極管D33的陽極與節(jié)點S (即所述功率開關管MOSFET 34的源極)相連。當所述開關SI閉合，所述次級繞組、所述電阻R31、所述電阻R32、所述開關SI以及所述二極管D33可形成閉合回路。所述輔助開關管Q32為M0SFET，其主要工作是執(zhí)行對所述功率開關管MOSFET 34的關斷任務。所述輔助開關管Q32的柵極接于所述次級繞組的下端，所述輔助開關管Q32的源極連接于所述節(jié)點S，所述輔助開關管Q32的漏極連接于所述電阻R31和所述電阻R32的連接點A。所述輔助開關管Q32并聯(lián)于所述功率開關管MOSFET 34的柵極(即所述節(jié)點G)與源極(即所述節(jié)點S)。當所述輔助開關管Q32和所述開關SI均為導通狀態(tài)時，所述輔助開關管Q32、所述開關SI和所述電阻R32可形成閉合回路。以上電路可組成為常見的柵極驅動電路。當所述PWM驅動V31為高電平時，所述MOSFET Q31導通，驅動電流流過驅動所述變壓器T3的初級繞組。此時所述次級繞組電壓上正下負，驅動電流經過所述次級繞組、所述電阻R31、所述電阻R32和所述功率開關管MOSFET 34，所述功率開關管MOSFET 34導通(即所述開關SI導通);當所述PWM驅動V31為低電平時，所述功率開關管MOSFET 34 Q31關斷，所述驅動變壓器T3的初級繞組通過所述二極管D31、D32續(xù)流，所述次級繞組的電壓變?yōu)橄抡县?，所述輔助開關管Q32導通。所述功率開關管MOSFET 34柵極的電荷經過所述電阻R32和所述輔助開關管Q32被放電，所述功率開關管MOSFET 34關斷(即所述開關SI關斷)。但是，在占空比較小或跳周期工作模式中，所述功率開關管MOSFET 34的關斷時間遠大于所述驅動變壓器T3的復位時間。所述驅動變壓器T3復位完成后，所述次級驅動電路32中的輔助開關管Q12，其柵極為懸浮狀態(tài)，不能保證所述功率開關管MOSFET 34的有效關斷(即所述開關SI的有效關斷)。另外，所述功率開關管MOSFET 34的漏極(即所述節(jié)點S)的噪聲通過其柵漏極之間(即所述節(jié)點G、D之間)的電容C31和柵源極之間(即所述節(jié)點G、S之間)的電容C32分壓，使得所述功率開關管MOSFET 34的柵極同樣產生噪聲。所述柵極噪聲在電路實際工作中會觸發(fā)所述功率開關管MOSFET 34的誤導通，可靠性大大降低。因此，本實用新型在上述的柵極驅動電路中增加了與所述MOSFET (34)的柵極和源極并聯(lián)的噪聲抑制電路33，來解決上述的柵極噪聲問題。所述噪聲抑制電路33包括三極管Q33、電阻R33以及二極管D34。所述電阻R33串接于所述次級繞組的下端以及所述三極管Q33的基極之間。所述三極管Q33的發(fā)射極接地，其集電極通過串聯(lián)所述電阻R32與所述節(jié)點G (即所述功率開關管MOSFET 34的柵極)相連。當所述三極管Q33和所述開關SI(即所述功率開關管MOSFET 34)均導通時，所述電阻R32、所述三極管Q33以及所述開關SI構成閉合回路。所述二極管D34的正向電壓較低，其陽極接于所述三極管Q33的基極和所述電阻R33之間，其陰極連接于所述三極管(Q33)的集電極，所述二極管D34并聯(lián)于所述三極管的集電極和基極。所述二極管D34對于所述MOSFET柵極驅動電路并不為必須，但在正常工作中，所述二極管D34可以避免所述三極管Q33的深度飽和，提高了所述三極管Q33的關斷速度，提高所述柵極驅動電路300的性能。本實用新型的實施例提供的柵極驅動電路中，所述二極管D34采用的是肖特基二極管。本領域的技術人員應該理解，所述二極管D34不限制為肖特二極管，還可以是低壓降快速二極管，所有特性符合的二極管器件都可應用于此處。在占空比較小或跳周期工作模式中，所述功率開關管MOSFET 34的關斷時間遠大于所述驅動變壓器T3的復位時間。當所述PWM驅動V31輸出高電平，所述MOSFET Q31的柵極和源極之間加電壓后導通，驅動電流流過所述驅動變壓器T3的初級繞組。與此同時，所述次級繞組感應電勢，其兩端電壓為上正下負。驅動電流流過所述次級繞組、所述電阻R31、所述電阻R32，驅動所述開關SI開通。所述次級繞組、所述電阻R31、所述電阻R32、所述二極管D33以及所述開關SI形成回路，所述開關SI導通。當所述PWM驅動V31輸出低電平，所述MOSFET Ql關斷，所述初級繞組通過所述二極管D31、D32續(xù)流；所述次級繞組感應電勢，其兩端電壓為下正上負，所述輔助開關管Q32導通。此時，所述輔助開關管Q32、所述電阻R32以及所述開關SI形成閉合回路。通過所述電阻R32的損耗，使得所述開關SI兩端即所述節(jié)點G、S之間電壓越來越小，從而關斷所述開關SI。由于所述開關SI的關斷時間遠大于所述驅動變壓器T3的復位時間，所述輔助開關管Q32的柵極處于懸浮狀態(tài)，不能保證所述開關SI的有效關斷。所述功率開關管MOSFET34漏極的噪聲會通過所述電容C31 (即其漏極和柵極之間的電容)以及所述電容C32 (即其柵極和源極之間的電容)分壓，使得所述功率開關管MOSFET 34的柵極存在噪聲，即所述電容C32兩端存在電壓。此時，所述柵極噪聲會通過所述電阻R32、所述電阻R31、所述次級繞組、所述電阻R33以及所述三極管Q33的BE結，使得所述三極管Q33導通。從而，所述電阻R32、所述三極管Q33以及所述節(jié)點S (即所述功率開關管MOSFET 34的源極)形成通路，所述柵極噪聲被旁路掉，避免了所述電容C32兩端的電壓(即所述柵極噪聲)對所述開關SI的誤導通。所述MOSFET柵極驅動電路300可在抑制柵極噪聲的同時保證驅動能力，不增加額外損耗，提高工作可靠性。在占空比較小或跳周期工作模式下下，所述PWM驅動的驅動電壓(如上圖所示)與所述功率開關管MOSFET 34柵極電壓(如下圖所示)的波形對比，如圖3所示。其中，所述PWM驅動的驅動電壓即為所述MOSFET柵極驅動電路的輸入電壓；所述功率開關管MOSFET34的柵極電壓即為所述MOSFET柵極驅動電路的輸出電壓。由圖3可看出，兩波形的形狀大致相同，幾乎無噪聲，所述功率開關管MOSFET 34工作性能可靠。在占空比較小或跳周期工作模式下，所述PWM驅動的驅動電壓(如上圖所示)與所述功率開關管MOSFET 34柵極電壓(如下圖所示)的波形對比，如圖4所示。由圖4可看出，兩波形的高電平部分相同；所述功率開關管MOSFET 34柵極電壓的波形在低電平部分出現所述柵極噪聲造成的細微波紋，其峰值遠遠小于高電平的壓值。由圖4可見，所述柵極噪聲被所述噪聲抑制電路33所抑制，避免了所述開關SI的誤導通，工作性能可靠。本實用新型還提供了一種開關電源，所述開關電源為變壓器隔離驅動，包括前述的MOSFET柵極驅動電路。所述MOSFET柵極驅動電路抑制所述功率開關管MOSFET 34的柵極噪聲，其不會出現誤導通；所述開關電源效率高，工作性能穩(wěn)定。本實用新型提供的所述MOSFET柵極驅動電路應用于開關電源，其應用范圍僅起示例性作用。所述MOSFET柵極驅動電路可應用于所有變壓器隔離的MOSFET柵極驅動中。本實用新型提供的示例性實施例以使本公開更加完整，并向本領域技術人員全面?zhèn)鬟_其保護范圍。闡述許多細節(jié)，比如特定部件、裝置和方法的例子，以提供對本公開的全面的實施例的理解。對本領域技術人員來說很明顯的，不必提供細節(jié)，示例性實施例可以許多不同形式實施，且不應該解釋為限制本公開的范圍。在某些示例性實施例中，眾所周知的過程、眾所周知的裝置結構和眾所周知的技術不作詳細說明。盡管在此可以使用術語第一、第二、第三等等以描述各種元件、部件或部分，但這些元件、部件或部分不應被這些術語限制；這些術語可僅用于區(qū)別一個元件、部件或部分。當在此使用術語如“第一”、“第二”及其他數值術語時，其并不包含順序或次序，除非上下文中明確指出。因此，在不脫離示例性實施例的說明的情況下，以下所述第一元件、部件、部分可以解釋為術語第一元件、部件、部分。盡管在此已詳細描述本實用新型的各種實施方式，但是應該理解本實用新型并不局限于這里詳細描述和示出的具體實施方式
，在不偏離本實用新型的實質和范圍的情況下可由本領域的技術人員實現其它的變型和變體。所有這些變型和變體都落入本實用新型的范圍內。而且，所有在此描述的構件都可以由其他技術性上等同的構件來代替。
權利要求1.一種MOSFET柵極驅動電路，連接于MOSFET (34)的柵極，包括 驅動變壓器(T3)，包括初級繞組和次級繞組； 初級驅動電路(31)，包括所述初級繞組；以及 次級驅動電路(32)，包括所述次級繞組，第一電阻(R32)以及輔助開關管(Q32)； 其中，所述輔助開關管(Q32)并聯(lián)于所述MOSFET (34)的柵極和源極； 其特征在于，所述MOSFET柵極驅動電路還包括與所述MOSFET (34)的柵極和源極并聯(lián)的噪聲抑制電路(33);所述噪聲抑制電路(33)包括三極管(Q33)以及第二電阻(R33);所述三極管(Q33 )的發(fā)射極與所述MOSFET (34 )的源極相連，所述三級管(Q33 )的集電極通過與所述第一電阻(R32)串聯(lián)而連接于所述MOSFET (34)的柵極；所述第二電阻(R33)串聯(lián)于所述三極管(Q33)的基極和所述次級繞組的一端之間。
2.根據權利要求1所述的MOSFET柵極驅動電路，其特征在于，所述噪聲抑制電路(33)還包括二極管(D34)，所述二極管(D34)的陽極連接所述三極管(Q33)的基極，所述二極管(D34)的陰極連接于所述三極管(Q33)集電極。
3.根據權利要求2所述的MOSFET柵極驅動電路，其特征在于，所述二極管(D34)是肖特基二極管或者低壓降快速二極管。
4.根據權利要求1或3所述的MOSFET柵極驅動電路，其特征在于，當所述次級繞組電壓方向為上負下正時，所述三極管(Q33)導通，并與所述MOSFET (34)組成回路。
5.根據權利要求1或3所述的MOSFET柵極驅動電路，其特征在于，當所述次級繞組電壓方向為上負下正時，所述輔助開關管(Q32)導通，并與所述MOSFET (34)和所述第一電阻(R32)組成回路，所述MOSFET (34)關斷。
6.根據權利要求1或3所述的MOSFET柵極驅動電路，其特征在于，所述次級驅動電路(32)包括第三電阻(R31)，所述第三電阻(R31)串接于所述次級繞組和所述輔助開關管(Q32)的漏極之間，并與所述第一電阻(R32)串聯(lián)。
7.根據權利要求6所述的MOSFET柵極驅動電路，其特征在于，所述輔助開關管(Q32)是M0SFET，其柵極與所述第二電阻(R33)連接于所述次級繞組的同一端，源極連接于所述MOSFET (34)的源極，漏極連接于所述第一電阻(R32)和第三電阻(R31)的連接節(jié)點(A)。
8.根據權利要求6所述的MOSFET柵極驅動電路，其特征在于，當所述次級繞組電壓方向為上正下負時，所述輔助開關管(Q32)關斷，所述次級繞組與所述第一電阻(R32)、所述第三電阻(R31)以及所述MOSFET (34)組成回路，所述MOSFET (34)導通。
9.一種開關電源，其特征在于，包括如權利要求1-8任一所述的MOSFET柵極驅動電路。
專利摘要本實用新型提供了一種金屬氧化物半導體場效應晶體管柵極驅動電路及開關電源，該MOSFET柵極驅動電路，連接于MOSFET(34)的柵極，包括與所述MOSFET(34)的柵極和源極并聯(lián)的噪聲抑制電路(33)；上述噪聲抑制電路(33)包括三極管(Q33)以及第二電阻(R33)；上述三極管(Q33)的發(fā)射極與上述MOSFET(34)的源極相連，上述三級管(Q33)的集電極通過與上述第一電阻(R32)串聯(lián)而連接于所述MOSFET(34)的柵極；上述第二電阻(R33)串聯(lián)于上述三極管(Q33)的基極和上述次級繞組的一端之間。該MOSFET柵極驅動電路可在抑制柵極噪聲的同時保證驅動能力，不增加額外損耗，提高工作可靠性。
文檔編號H02M3/335GK202978714SQ201220669138
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權日2012年12月6日
發(fā)明者劉軍, 張振東, 魏晨, 陳偉龍 申請人:雅達電子國際有限公司