一種功率開關(guān)管的保護(hù)及緩沖電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種功率開關(guān)管的保護(hù)及緩沖電路，特別涉及一種利用電荷泵和緩沖電容原理來實現(xiàn)功率開關(guān)管定時關(guān)斷的保護(hù)電路。該電路包括保護(hù)電路、緩沖電路和MOS管Q。所述的保護(hù)電路由電容C2、二極管D3和電阻R組成；所述的緩沖電路由二極管D1、D2，電感L、電容C1組成；所述的MOS管Q的柵極G接在電容C1的負(fù)極；微處理器輸出的PWM信號接在電容C1的正極。該電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，不僅可以實現(xiàn)MOS管的定時關(guān)斷，在微處理器故障時，避免MOS管長時間開通導(dǎo)致電流過大引起的器件損害，同時也可以實現(xiàn)變壓器漏感能量的回收及功率開關(guān)器件的軟開關(guān)動作。
【專利說明】一種功率開關(guān)管的保護(hù)及緩沖電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型公開了一種功率開關(guān)管的保護(hù)及緩沖電路，特別涉及一種利用電荷泵和緩沖電容原理來實現(xiàn)功率開關(guān)管定時關(guān)斷的保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電源由于體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點，應(yīng)用已經(jīng)越來越普及。MOS管由于開關(guān)速度快、易并聯(lián)、所需驅(qū)動功率小等優(yōu)點已成為開關(guān)電源最常用的功率開關(guān)器件之一。功率MOS管屬于電壓控制型器件，當(dāng)其柵極和源極之間的電壓超過閥值電壓時，MOS管就會導(dǎo)通。由于MOS管存在結(jié)電容，關(guān)斷時其漏極和源極兩端電壓的突然上升將會通過結(jié)電容在柵極和源極兩端產(chǎn)生干擾電壓，干擾電壓波將會造成MOS管的誤觸發(fā)。傳統(tǒng)常用的互補(bǔ)驅(qū)動電路的關(guān)斷回路阻抗小，關(guān)斷速度較快，但它不能提供負(fù)壓，故其抗干擾性較差。同時，傳統(tǒng)的高頻低功率MOS管驅(qū)動電路，缺少MOS管保護(hù)電路，當(dāng)電路出現(xiàn)故障，輸出的PWM持續(xù)為高電平時，MOS管將長時間導(dǎo)通，導(dǎo)致電路電流過大，造成電路元件損害等嚴(yán)重問題。在傳統(tǒng)的脈沖變壓器工作電路中，由于器件開關(guān)速度較快，電路產(chǎn)生的di/dt，du/dt較大，在電路開關(guān)過程中存在著端電壓和器件電流同時較大的情況，引起器件很高的瞬時功率，極易產(chǎn)生局部熱點，從而損壞器件。同時，傳統(tǒng)電路對影響反激變換器效率的漏感能量沒有進(jìn)行吸收利用，存在能量浪費的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本實用新型的目的在于，提供一種功率開關(guān)管的保護(hù)及緩沖電路，它利用儲能電感在功率器件斷開瞬間吸收漏感能量并將漏感能量回饋到輸入電源， 實現(xiàn)開關(guān)器件的軟開關(guān)動作。該電路還可以實現(xiàn)電路定時關(guān)斷，防止MOSFET管長時間導(dǎo)通，導(dǎo)致電路電流過大，造成電路元件損害等嚴(yán)重問題。
[0004]為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本實用新型采用如下的技術(shù)解決方案:
[0005]一種功率開關(guān)管的保護(hù)及緩沖電路，特別涉及一種利用電荷泵和緩沖電容原理來實現(xiàn)功率開關(guān)管定時關(guān)斷的保護(hù)電路。該電路包括保護(hù)電路、緩沖電路和MOS管Q，所述的保護(hù)電路包括電容C2、二極管D3和電阻R，所述電容C2的正極接PWM信號輸入端，電容C2的負(fù)極同時與二極管D3的負(fù)極和MOS管Q的門極G相連；所述二極管D3的正極接電源負(fù)極V-;所述電阻R接在電容C2的負(fù)極與電源負(fù)極V-兩端；所述的緩沖電路包括二極管D1、D2、電感L、電容Cl，所述二極管D2的正極與電源負(fù)極V-端相連，D2的負(fù)極同時與電感L的負(fù)極和電容Cl的負(fù)極相連；所述電感L的正極與電容Cl的正極相連；所述二極管Dl的正極與電容Cl的正極相連，Dl的負(fù)極與電源正極V+相連；所述MOS管Q的源極S與電源負(fù)極V-端相連，MOS管的漏極D與變壓器原邊非同名端相連。
[0006]本實用新型的有益效果是:
[0007]微處理器輸出的PWM信號為高電平時，電容C2的正極電壓突變?yōu)楦唠妷?，電容C2正負(fù)兩極的電壓差不發(fā)生突變，因此電容C2的負(fù)極也突變?yōu)楦唠妷?，使MOS管柵極G和源極S之間的電壓超過閥值電壓，這時MOS管Q開通。當(dāng)電路出現(xiàn)故障，PWM輸出持續(xù)為高電平時，電源通過電阻R對電容C2進(jìn)行充電，電容C2的正極電壓被箝位為高電壓，負(fù)極電壓不斷下降，直到MOS管柵極G和源極S之間的電壓小于導(dǎo)通閥值電壓時，MOS關(guān)斷，該充電過程為RC電路的階躍響應(yīng)，通過選取合適的電容C2和電阻R，可以實現(xiàn)MOSFET管可控的定時關(guān)斷時間。
[0008]微處理器輸出的PWM信號變?yōu)榈碗娖胶?，由于電容C2兩端電壓差不發(fā)生突變，電容C2的負(fù)極瞬時減少至負(fù)電壓，此時MOSFET管柵極G和源極S之間的電壓變?yōu)樨?fù)值，實現(xiàn)了 MOSFET的負(fù)壓驅(qū)動關(guān)斷，提高了驅(qū)動電路的抗干擾性，以及關(guān)斷速度，適用于高頻場合。
[0009]在開關(guān)管關(guān)斷的瞬間，利用電容Cl兩端電壓不能突變的基本原理，實現(xiàn)主管軟關(guān)斷，同時，變壓器的漏感能量轉(zhuǎn)移到儲能電感L中，隨著能量的增加，儲能電感L的電壓不斷上升，直至高于電源正極電壓V+時，儲能電感L通過二極管Dl將儲存的漏感能量回饋給輸入電源。
[0010]電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，不僅可以實現(xiàn)MOSFET的負(fù)壓驅(qū)動以及定時關(guān)斷，提高了驅(qū)動電路的抗干擾性，在微處理器在出現(xiàn)故障時，防止MOSFET管長時間開通，有效避免了電路電流過大引起器件損害。同時也可以利用儲能電感在功率器件斷開瞬間吸收漏感能量并通過饋能電阻，并將漏感能量回饋到輸入電源，同時利用緩沖電容C2實現(xiàn)開關(guān)器件的軟開關(guān)動作，該電路有效實現(xiàn)了變壓器漏感能量的吸收及開關(guān)器件的軟開關(guān)動作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步的解釋說明。
[0012]圖1是電路原理圖；
[0013]圖2是電路中主要工作波形。
[0014]圖1中，Q為MOSFET管，Cl、C2為電容、D1、D2、D3為二極管，L為電感，R為電阻，
T為反激式脈沖變壓器。
[0015]圖2中，D為占空比，T為開關(guān)周期，DT為導(dǎo)通時間，(1-D) T為關(guān)斷時間，V_PWM為輸入PWM脈沖波形，V_GS為功率MOSFET的柵極和源極之間的電壓。
【具體實施方式】
[0016]如圖1中，由電容C2、二極管D3和電阻R組成的保護(hù)電路，通過合理匹配電阻R和電容C2的數(shù)值可以實現(xiàn)MOS管的自動定時關(guān)斷。在微處理器在出現(xiàn)故障時，防止MOS管長時間開通，有效避免了電路電流過大引起的器件損害。由電容C2、二極管D1、D2和電感L組成的緩沖電路，利用電容兩端電壓不能突變的基本原理，實現(xiàn)主管軟關(guān)斷。其中儲能電感L的數(shù)值在實際應(yīng)用中取大一些，緩沖電容Cl數(shù)值時不宜過大，否則會影響開關(guān)電路的動態(tài)特性和危機(jī)開關(guān)管的安全工作。
[0017]圖2為驅(qū)動電路中的幾個主要波形，設(shè)PWM信號的占空比為D，開關(guān)周期為T。在DT導(dǎo)通時間內(nèi)，PWM輸出信號變?yōu)楦唠妷?，MOS管柵極與源極之間的電壓VGS變?yōu)樽畲笾岛箝_始不斷減少，VGS的電壓高于MOS管源柵極之間的電壓閥值，MOS管Q開通。
[0018]當(dāng)微處理器出現(xiàn)故障，輸出的PWM信號持續(xù)為高電平時，VGS不斷減少，直到降低于其電壓閥值，即可以實現(xiàn)MOS管Q的自動斷開。MOS管的導(dǎo)通過程為RC電路的階躍響應(yīng)，通過合理的選擇電容C2和電阻R的數(shù)值可以準(zhǔn)確控制MOS管Q的導(dǎo)通時間，避免電路長時間導(dǎo)通造成的電流過大，引起器件損害。在(1-D)T關(guān)斷期間，PWM輸出信號變?yōu)榈碗娖?，MOS管柵極G與源極S之間的電壓VGS迅速下降至負(fù)壓，柵極電荷快速放電，實現(xiàn)了 MOS管的負(fù)壓驅(qū)動關(guān)斷。
【權(quán)利要求】
1.一種功率開關(guān)管的保護(hù)及緩沖電路，其特征在于，包括保護(hù)電路、緩沖電路和MOS管Q，所述的保護(hù)電路包括電容C2、二極管D3和電阻R，所述電容C2的正極接PWM信號輸入端，電容C2的負(fù)極同時與二極管D3的負(fù)極和MOS管Q的門極G相連；所述二極管D3的正極接電源負(fù)極V-;所述電阻R接在電容C2的負(fù)極與電源負(fù)極V-兩端；所述的緩沖電路包括二極管D1、D2、電感L、電容Cl，所述二極管D2的正極與電源負(fù)極V-端相連，D2的負(fù)極同時與電感L的負(fù)極和電容Cl的負(fù)極相連；所述電感L的正極與電容Cl的正極相連；所述二極管Dl的正極與電容Cl的正極相連，Dl的負(fù)極與電源正極V+相連；所述MOS管Q的源極S與電源負(fù)極V-端相連，MOS管的漏極D與變壓器原邊非同名端相連。
【文檔編號】H02M1/34GK203617897SQ201320827087
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】葉健成, 張文軍, 李思 申請人:葉健成