一種雙向驅(qū)動電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙向驅(qū)動電路，該電路中的全橋驅(qū)動電路采用第一至第四N溝道MOS管，為了使第一或第二N溝道MOS管保持導(dǎo)通，提供了一個升壓電路，該升壓電路包括脈沖電壓輸入端口、第一電容、第二電容、第一二極管和第二二極管；脈沖電壓輸入端口與第一電容的一端相連，第一電容的另一端與第一二極管的陰極相連，第一二極管的陽極與電源電壓相連；第二二極管的陽極與第一二極管的陰極相連，第二二極管的陰極分別與第一光耦的集電極、第二光耦的集電極、第二電容的一端相連，第二電容的另一端接地。該電路結(jié)構(gòu)簡單便于實施。
【專利說明】—種雙向驅(qū)動電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種驅(qū)動電路，更加具體地為一種雙向驅(qū)動電路及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前雙向驅(qū)動電路有多種方案:采用繼電器組成的橋式驅(qū)動電路；采用三極管組成的橋式驅(qū)動電路；采用P溝道MOS管和N溝道MOS管組成的橋式驅(qū)動電路。
[0003]如圖1所示的繼電器橋式驅(qū)動電路，當(dāng)?shù)谝浑妷簽楦唠娖角业诙妷簽榈碗娖綍r，第一繼電器和第三繼電器閉合，第二繼電器和第四繼電器斷開，驅(qū)動電路的第一輸出端和第二輸出端之間為正電壓。當(dāng)?shù)谝浑妷簽榈碗娖角业诙妷簽楦唠娖綍r，第二繼電器和第四繼電器閉合，第一繼電器和第三繼電器斷開，驅(qū)動電路的第一輸出端和第二輸出端之間為負(fù)電壓。由于采用繼電器，該驅(qū)動電路具有體積大、噪音大以及反應(yīng)速度慢的缺點。
[0004]如圖2所示的三極管橋式驅(qū)動電路，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)斷開且第二開關(guān)閉合后，第二三極管的集電極為第一輸出端。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)和第二開關(guān)閉合后，第四三極管的集電極為第二輸出端。由于三極管存在顯著的導(dǎo)通壓降，當(dāng)用于驅(qū)動大電流器件時，該驅(qū)動電路有很大的功率損耗。
[0005]如圖3所示的P溝道MOS管和N溝道MOS管組成的橋式驅(qū)動電路，第一 MOS管和第二 MOS管為P溝道MOS管，第三MOS管和第四MOS管為N溝道MOS管。當(dāng)?shù)谝浑妷簽楦唠娖角业诙妷簽榈碗娖綍r，第一三極管、第一 MOS管和第三MOS管導(dǎo)通，驅(qū)動電路的第一輸出端和第二輸出端之間為正電壓。當(dāng)?shù)谝浑妷簽榈碗娖角业诙妷簽楦唠娖綍r，第二三極管、第二 MOS管和第四MOS管導(dǎo)通，驅(qū)動電路的第一輸出端和第二輸出端之間為負(fù)電壓。由于維持N溝道MOS管在高壓側(cè)的持續(xù)導(dǎo)通需要高于電源電壓的門極控制電壓，因此MOS管橋式驅(qū)動電路的高壓側(cè)開關(guān)一般使用P溝道MOS管，而P溝道MOS管存在導(dǎo)通電阻大的缺點，所以該驅(qū)動電路有很大的功率損耗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的主要發(fā)明點在于:本發(fā)明采用第一至第四N溝通MOS管組成的全橋驅(qū)動電路，為了使第一或第二 N溝通MOS管保持導(dǎo)通，本發(fā)明提出一種新的升壓電路產(chǎn)生一個高于電源電壓的第二節(jié)點電壓。
[0007]本發(fā)明公開了一種雙向驅(qū)動電路，包括全橋驅(qū)動電路和控制電路，所述全橋驅(qū)動電路包括四個開關(guān)管，所述控制電路包括第一電壓輸入端口、第二電壓輸入端口、第一光耦、第二光耦和第一至第六電阻，所述四個開關(guān)管分別為第一至第四N溝道MOS管，還包括一升壓電路，所述升壓電路包括脈沖電壓輸入端口、第一電容、第二電容、第一二極管和第二二極管；脈沖電壓輸入端口與第一電容的一端相連，第一電容的另一端與第一二極管的陰極相連，第一二極管的陽極與電源電壓相連；第二二極管的陽極與第一二極管的陰極相連，第二二極管的陰極分別與第一光耦的集電極、第二光耦的集電極、第二電容的一端相連，第二電容的另一端接地。[0008]進(jìn)一步地優(yōu)選方案，本發(fā)明雙向驅(qū)動電路中，第一電壓輸入端口通過第一電阻與第一光稱的陽極相連，同時第一電壓輸入端口還通過第五電阻與第三N溝道MOS管的門極相連；第一光稱的發(fā)射極通過第三電阻與第一 N溝道MOS管的門極相連；
第二電壓輸入端口通過第二電阻與第二光耦的陽極相連，同時第二電壓輸入端口還通過第六電阻與第四N溝道MOS管的門極相連；第二光耦的發(fā)射極通過第四電阻與第二 N溝道MOS管的門極相連；
第一 N溝道MOS管的源極與第四N溝道MOS管的漏極的連接點為驅(qū)動電路的第一輸出端，第二 N溝道MOS管的源極與第三N溝道MOS管的漏極的連接點為驅(qū)動電路的第二輸出端，第一 N溝道MOS管的漏極和第二 N溝道MOS管的漏極與所述電源電壓相連，第三N溝道MOS管的源極和第四N溝道MOS管的源極接地。
[0009]同時，為了實現(xiàn)上述雙向驅(qū)動電路實現(xiàn)雙向驅(qū)動，本發(fā)明提出該雙向驅(qū)動電路的控制方法，包括兩部分:
A、升壓電路中的脈沖電壓端口輸入低電平時，電源電壓通過第一二極管對第一電容充電產(chǎn)生第一節(jié)點電壓，當(dāng)輸入高電平時，第一節(jié)點電壓被抬高，高于電源電壓，第一二極管處于反向偏置，第一節(jié)點電壓通過第二二極管對第二電容充電產(chǎn)生第二節(jié)點電壓，直至第二節(jié)點電壓和第一節(jié)點電壓相等，當(dāng)再次輸入低電平時，第一節(jié)點電壓被拉低，第二二極管處于反向偏置，而電源電壓通過第一二極管再次對第一電容充電，不斷循環(huán)，使第二節(jié)點電壓保持在高于電源電壓的狀態(tài)；
B、控制電路中，當(dāng)?shù)谝浑妷狠斎攵丝谳斎敫唠娖綍r，第二電壓輸入端口輸入低電平時，第一光稱導(dǎo)通，第二節(jié)點電壓經(jīng)第一光稱控制第一 N溝道MOS管導(dǎo)通,第一 N溝道MOS管源極輸出電源電壓；
當(dāng)?shù)谝浑妷狠斎攵丝谳斎氲碗娖綍r，第二電壓輸入端口輸入高電平時，第二光稱導(dǎo)通，第二節(jié)點電壓經(jīng)第二光耦控制第二 N溝道MOS管導(dǎo)通，第二 N溝道MOS管源極輸出電源電壓。
[0010]同時在基于上述雙向驅(qū)動電路的基礎(chǔ)上，提出一種半導(dǎo)體制冷片雙向驅(qū)動電路，將上述驅(qū)動電路的第一輸出端與半導(dǎo)體制冷片的正極或負(fù)極相連，半導(dǎo)體制冷片的另一極與驅(qū)動電路的第二輸出端相連。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著的優(yōu)點:(1)克服了【背景技術(shù)】中繼電器
橋式驅(qū)動電路噪音大和切換速度慢的缺點，同時減小了電路的體積；(2)全部采用導(dǎo)通電阻較小的N溝道MOS管，有效地解決了【背景技術(shù)】中三極管和P溝道MOS管功率損耗大的問題；(3)采用兩個電容、兩個二極管和輸入脈沖電壓組成結(jié)構(gòu)簡單的升壓電路，可以維持高壓側(cè)N溝道MOS管的持續(xù)導(dǎo)通，解決了【背景技術(shù)】中N溝道MOS管在橋式驅(qū)動電路高壓側(cè)的持續(xù)驅(qū)動問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中繼電器組成的橋式驅(qū)動電路的電路圖；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中三極管組成的橋式驅(qū)動電路的電路圖；
圖3為現(xiàn)有技術(shù)中P溝道MOS管和N溝道MOS管組成的橋式驅(qū)動電路的電路圖；
圖4為本發(fā)明的雙向驅(qū)動電路的電路圖； 圖5為本發(fā)明中升壓電路工作的時序圖；
圖6為本發(fā)明的半導(dǎo)體制冷片雙向驅(qū)動電路的電路圖。
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【具體實施方式】
[0014]如圖4所示，本發(fā)明一種雙向驅(qū)動電路，包括全橋驅(qū)動電路、升壓電路和控制電路，所述全橋驅(qū)動電路包括第一至第四N溝道MOS管，所述控制電路包括第一電壓輸入端口V1、第二電壓輸入端口 V2、第一光耦01、第二光耦02和第一至第六電阻，所述升壓電路包括脈沖電壓輸入端口 VP、第一電容Cl、第二電容C2、第一二極管Dl和第二二極管D2 ;脈沖電壓輸入端口 VP與第一電容Cl的一端相連，第一電容Cl的另一端與第一二極管Dl的陰極相連，第一二極管Dl的陽極與電源電壓相連；第二二極管D2的陽極與第一二極管Dl的陰極相連，第二二極管D2的陰極分別與第一光耦01的集電極、第二光耦02的集電極、第二電容C2的一端相連，第二電容C2的另一端接地；
第一電壓輸入端口 Vl通過第一電阻Rl與第一光稱01的陽極相連，同時第一電壓輸入端口 Vl還通過第五電阻R5與第三N溝道MOS管T3的門極相連；第一光耦的發(fā)射極通過第三電阻R3與第一 N溝道MOS管Tl的門極相連；
第二電壓輸入端口 V2通過第二電阻R2與第二光耦02的陽極相連，同時第二電壓輸入端口 V2還通過第六電阻R6與第四N溝道MOS管T4的門極相連；第二光耦02的發(fā)射極通過第四電阻R4與第二 N溝道MOS管T2的門極相連；
第一 N溝道MOS管Tl的源極與第四N溝道MOS管T4的漏極的連接點為驅(qū)動電路的第一輸出端，第二 N溝道MOS管T2的源極與第三N溝道MOS管T3的漏極的連接點為驅(qū)動電路的第二輸出端，第一 N溝道MOS管Tl的漏極和第二 N溝道MOS管T2的漏極與所述電源電壓相連，第三N溝道MOS管T3的源極和第四N溝道MOS管T4的源極接地。
[0015]一種雙向驅(qū)動電路的控制方法，包括兩部分:
升壓電路部分:當(dāng)VP端輸入低電平時，電源電壓通過第一二極管Dl對第一電容Cl充電，產(chǎn)生第一節(jié)點電壓V3，當(dāng)VP端輸入高電平時，第一節(jié)點電壓V3被抬高至高于電源電壓，第一二極管Dl處于反向偏置,第一節(jié)點電壓V3通過第二二極管D2對第二電容C2充電，產(chǎn)生第二節(jié)點電壓V4，直至第二節(jié)點電壓V4和第一節(jié)點電壓V3相等，當(dāng)VP端再次輸入低電平時，第一節(jié)點電壓V3被拉低，第二二極管D2處于反向偏置，而電源電壓通過第一二極管Dl再次對第一電容Cl充電，當(dāng)脈沖電壓輸入VP端后，以上過程不斷循環(huán)，第二節(jié)點電壓V4保持在高于電源電壓的狀態(tài)，以便于維持第一 N溝道MOS管Tl或第二 N溝道MOS管T2的持續(xù)導(dǎo)通；
如圖5所示，假設(shè)脈沖電壓VP的占空比為80%，高電平為5V，低電平為0V。在初始時刻tl，脈沖電壓VP為0V，第一二極管Dl導(dǎo)通，第一節(jié)點電壓V3為24V，第一電容Cl兩端電壓差為:V3-VP=24V，第二二極管D2導(dǎo)通，第二節(jié)點電壓V4為24V。在t2時刻，脈沖電壓VP為5V，根據(jù)電容兩端電壓差不能突變的性質(zhì)，第一電容Cl兩端電壓差仍為24V，所以第一節(jié)點電壓V3=24V+VP=29V，此時第一節(jié)點電壓V3大于第二節(jié)點電壓V4，第一電容Cl向第二電容C2充電，使第二電容C2兩端電壓差達(dá)到29V，因為第二電容C2的一端接地，所以第二節(jié)點電壓V4為29V，t3時刻后第二節(jié)點電壓V4穩(wěn)定在29V。描述以上過程的前提是第一電容Cl的容值遠(yuǎn)大于第二電容C2的容值，所以在第一電容Cl向第二電容C2充電的過程中，不考慮第一電容Cl兩端電壓差的下降。
[0016]控制電路部分:當(dāng)由Vl端輸入的第一電壓為高電平且由V2端輸入的第二電壓為低電平時，第一光耦01、第三N溝道MOS管T3導(dǎo)通且第二光耦02、第四N溝道MOS管T4關(guān)斷，而當(dāng)?shù)谝还怦?1導(dǎo)通且第二光耦02關(guān)斷后，第一 N溝道MOS管Tl導(dǎo)通且第二 N溝道MOS管T2關(guān)斷，第一 N溝道MOS管Tl的源極輸出電源電壓，如24V電壓；當(dāng)由Vl端輸入的第一電壓為低電平且由V2端輸入的第二電壓為高電平時,第一光稱01、第三N溝道MOS管T3關(guān)斷且第二光耦02、第四N溝道MOS管T4導(dǎo)通，而當(dāng)?shù)谝还怦?1關(guān)斷且第二光耦02導(dǎo)通后，第一 N溝道MOS管Tl關(guān)斷且第二 N溝道MOS管T2導(dǎo)通，第二 N溝道MOS管T2的源極輸出電源電壓，如24V電壓；
如圖4所示，當(dāng)由Vl端輸入的第一電壓為高電平且由V2端輸入的第二電壓為低電平時，第一光耦01導(dǎo)通，第一光耦01的發(fā)射極和集電極相通，第二節(jié)點電壓V4通過第一光耦01的發(fā)射極控制第一 N溝道MOS管Tl的門極，使第一 N溝道MOS管Tl導(dǎo)通，由于第二節(jié)點電壓V4始終維持在29V，在第一 N溝道MOS管Tl導(dǎo)通的情況下，第二節(jié)點電壓V4保持對第一 N溝道MOS管Tl源極有5V的電壓差，所以第一 N溝道MOS管Tl能夠持續(xù)導(dǎo)通，第二光耦02關(guān)閉，第二光耦02的發(fā)射極和集電極斷開，第二節(jié)點電壓V4不能通過第二光耦02的發(fā)射極控制第二 N溝道MOS管T2的門極，所以第二 N溝道MOS管T2關(guān)斷。與此同時，由Vl端輸入的第一電壓使第三N溝道MOS管T3導(dǎo)通，由V2端輸入的第二電壓使第四N溝道MOS管T4關(guān)斷；
當(dāng)由Vl端輸入的第一電壓為低電平且由V2端輸入的第二電壓為高電平時，第二光耦02導(dǎo)通，第二光耦02的發(fā)射極和集電極相通，第二節(jié)點電壓V4通過第二光耦02的發(fā)射極控制第二 N溝道MOS管T2的門極，使第二 N溝道MOS管T2導(dǎo)通，由于第二節(jié)點電壓V4始終維持在29V，在第二 N溝道MOS管T2導(dǎo)通的情況下，第二節(jié)點電壓V4保持對第二 N溝道MOS管T2源極有5V的電壓差，所以第二 N溝道MOS管T2能夠持續(xù)導(dǎo)通。第一光耦01關(guān)閉，第一光耦01的發(fā)射極和集電極斷開，第二節(jié)點電壓V4不能通過第一光耦01的發(fā)射極控制第一 N溝道MOS管Tl的門極，所以第一 N溝道MOS管Tl關(guān)斷。與此同時，由Vl端輸入的第一電壓使第三N溝道MOS管T3關(guān)斷，由V2端輸入的第二電壓使第四N溝道MOS管T4導(dǎo)通。
[0017]如表1所不，當(dāng)Vl端口輸入為高電平，V2端口輸入為低電平,第一輸出端和第二輸出端之間的電壓為+24V。當(dāng)Vl端口輸入為低電平，V2端口輸入為高電平，第一輸出端和第二輸出端之間的電壓為-24V。
[0018]表1
【權(quán)利要求】
1.一種雙向驅(qū)動電路，包括全橋驅(qū)動電路和控制電路，所述全橋驅(qū)動電路包括四個開關(guān)管，所述控制電路包括第一電壓輸入端口、第二電壓輸入端口、第一光稱、第二光稱和第一至第六電阻，其特征在于，所述四個開關(guān)管分別為第一至第四N溝道MOS管，還包括一升壓電路，所述升壓電路包括脈沖電壓輸入端口、第一電容、第二電容、第一二極管和第二二極管；脈沖電壓輸入端口與第一電容的一端相連，第一電容的另一端與第一二極管的陰極相連，第一二極管的陽極與電源電壓相連；第二二極管的陽極與第一二極管的陰極相連，第二二極管的陰極分別與第一光耦的集電極、第二光耦的集電極、第二電容的一端相連，第二電容的另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向驅(qū)動電路，其特征在于，第一電壓輸入端口通過第一電阻與第一光稱的陽極相連，同時第一電壓輸入端口還通過第五電阻與第三N溝道MOS管的門極相連；第一光耦的發(fā)射極通過第三電阻與第一 N溝道MOS管的門極相連； 第二電壓輸入端口通過第二電阻與第二光耦的陽極相連，同時第二電壓輸入端口還通過第六電阻與第四N溝道MOS管的門極相連；第二光耦的發(fā)射極通過第四電阻與第二 N溝道MOS管的門極相連； 第一 N溝道MOS管的源極與第四N溝道MOS管的漏極的連接點為驅(qū)動電路的第一輸出端，第二 N溝道MOS管的源極與第三N溝道MOS管的漏極的連接點為驅(qū)動電路的第二輸出端，第一 N溝道MOS管的漏極和第二 N溝道MOS管的漏極與所述電源電壓相連，第三N溝道MOS管的源極和第四N溝道MOS管的源極接地。
3.—種權(quán)利要求1或2所述雙向驅(qū)動電路的控制方法，其特征在于，該方法包括兩部分: A、升壓電路中的脈沖電壓端口輸入低電平時，電源電壓通過第一二極管對第一電容充電產(chǎn)生第一節(jié)點電壓，當(dāng)輸入高電平時，第一節(jié)點電壓被抬高，高于電源電壓，第一二極管處于反向偏置，第一節(jié)點電壓通過第二二極管對第二電容充電產(chǎn)生第二節(jié)點電壓，直至第二節(jié)點電壓和第一節(jié)點電壓相等，當(dāng)再次輸入低電平時，第一節(jié)點電壓被拉低，第二二極管處于反向偏置，而電源電壓通過第一二極管再次對第一電容充電，不斷循環(huán)，使第二節(jié)點電壓保持在高于電源電壓的狀態(tài)； B、控制電路中，當(dāng)?shù)谝浑妷狠斎攵丝谳斎敫唠娖綍r，第二電壓輸入端口輸入低電平時，第一光稱導(dǎo)通，第二節(jié)點電壓經(jīng)第一光稱控制第一 N溝道MOS管導(dǎo)通,第一 N溝道MOS管源極輸出電源電壓； 當(dāng)?shù)谝浑妷狠斎攵丝谳斎氲碗娖綍r，第二電壓輸入端口輸入高電平時，第二光稱導(dǎo)通，第二節(jié)點電壓經(jīng)第二光耦控制第二 N溝道MOS管導(dǎo)通，第二 N溝道MOS管源極輸出電源電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述脈沖電壓為占空比可調(diào)、頻率可變的脈沖寬度調(diào)制波。
5.一種半導(dǎo)體制冷片雙向驅(qū)動電路，其特征在于，該驅(qū)動電路基于權(quán)利要求1或2所述的雙向驅(qū)動電路來實現(xiàn)，驅(qū)動電路的第一輸出端與半導(dǎo)體制冷片的正極或負(fù)極相連，半導(dǎo)體制冷片的另一極與驅(qū)動電路的第二輸出端相連。
【文檔編號】H02M1/08GK103986313SQ201410161919
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】盛守照, 朱彥菘, 蔣曉亮, 孫臣武, 魏源源 申請人:南京航空航天大學(xué)