專利名稱：P型功率mos開關(guān)管驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)朋涉及電子元件的應(yīng)用，特別涉及一種P型功率MOS開關(guān)管的驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
在過去的十幾年中，大功率MOS管不僅引發(fā)了電源和能源控制技術(shù)的革命， 而且大大地促進了電子工業(yè)的發(fā)展。由于功率MOS管具有高速的開關(guān)速度，因此， 電源控制系統(tǒng)的開關(guān)頻率可以做的很高，使得電源控制系統(tǒng)的體積進一步縮小， 從而獲得最佳的質(zhì)量功率輸出比。尤其是P型功率MOS管，在航天等對電源的控 制有特殊要求的領(lǐng)域，用P型功率MOS管作為主開關(guān)控制器件不僅是最佳的選擇， 而且有可能是唯一的選擇。特別是對星上蓄電池充電過程中，因為蓄電池的電 壓是線性浮動的若使用N型MOS管會產(chǎn)生驅(qū)動電壓不穩(wěn)定的問題，這時只能使用P 型功率MOS管進行電流控制。
目前，公知的P型功率M0S管僅在其柵極和漏極之間施加一個負脈沖(-10V)， 作為驅(qū)動輸入電路，但是，由于功率M0S管的柵源、柵漏和漏源之間存有寄生 電容效應(yīng)，其充放電的時間不僅延遲了 MOS管的開通和截止時間，而且增加了 功率損耗。因此，P型功率MOS管作為功率開關(guān)管在電路中高速開通和關(guān)斷的過 程中，不僅需要在柵源之間施加負脈沖電壓，還必須在P型功率M0S管柵極注 入和抽出足夠大的電荷，才能使P型功率M0S管在開關(guān)電路中迅速的開通和截 止，使得P型功率M0S管極間電容的電壓在極短的時間內(nèi)快速上升和下降到期 望的電壓值，從而減少P型功率M0S管在開關(guān)過程中的功率損耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決P型功率MOS管不能快速開通和截止、以及開關(guān)過程中的功率損耗 等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路，利用本發(fā)明， 除了在MOS管柵源之間施加一定量的負脈沖電壓之外，還在P型功率MOS管柵極施
加一定量的驅(qū)動電流，使得P型功率MOS管極間電容的電壓在極短的時間內(nèi)快速 上升或下降到期望的電壓值，從而改善P型功率MOS管在開關(guān)過程中的動態(tài)特性， 使P型功率MOS管在控制過程中迅速的開通和截止。
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供 一種P型功率MOS開關(guān)管的驅(qū)動電路，根據(jù)本發(fā)明，該裝置還包括在P型功 率M0S開關(guān)管的源極和柵極之間連接有一個推挽驅(qū)動電路和一個浮動分壓電路
上述推挽驅(qū)動電路包括NPN三極管Q1、 PNP三極管Q2推挽連接，它們的基 極通過電阻R4與驅(qū)動輸入電路連接；NPN三極管Q1的集電極通過電阻R2與P型功 率MOS開關(guān)管的源極并聯(lián)連接至電源電壓輸入端；NPN三極管Q1、 PNP三極管Q2的 發(fā)射極并聯(lián)，通過電阻R1連接至P型功率M0S開關(guān)管的柵極。
上述浮動分壓電路包括穩(wěn)壓二極管V1的負極與電容C1的一端并聯(lián)連接 至電源電壓的輸入端；上述穩(wěn)壓二極管VI的正極與上述電容Cl的另一端并聯(lián) 連接至PNP三極管Q2的集電極，并通過電阻R3接地；P型功率MOS開關(guān)管的漏
極向負載提供電壓輸出。
本發(fā)明P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路由于使用了浮動電壓控制和推挽電路驅(qū) 動的方式對P型功率MOS管進行開關(guān)控制，從而改善了P型功率MOS管的動態(tài)特性 和開關(guān)工作效率。它通過電容的電路特性為P型MOS管的柵極關(guān)斷提供電荷輸出 回路和浮動電壓，從而降低了P型功率MOS管驅(qū)動電路的控制復(fù)雜度、提高了航 天飛行器電源控制系統(tǒng)的效率和能源利用率，取得了穩(wěn)定可靠、控制靈活、節(jié) 省能源等有益效果。
本發(fā)明通過仿真測試分析，達到了如下的性能指標在電路開關(guān)工作頻率 為50kHZ時，P型M0S管的開通和關(guān)斷時間均為3us。


圖l為N型功率MOS管工作電原理圖； 圖2為P型功率MOS管工作電原理圖； 圖3為本發(fā)明P型功率M0S開關(guān)管驅(qū)動電路的原理結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明的仿真波形。
具體實施例方式
本發(fā)明P型功率M0S開關(guān)管驅(qū)動電路使用了浮動電壓控制及推挽電路驅(qū)動 方式對P型功率M0S管進行開關(guān)控制，改善了 P型功率M0S管的動態(tài)特性和開 關(guān)工作效率。它通過電容的電路特性為P型M0S管的柵極關(guān)斷提供電荷輸出回 路和浮動電壓，從而降低了 P型功率M0S管驅(qū)動電路的控制復(fù)雜度。
功率M0S管分為N型功率M0S管和P型功率M0S管兩種，N型功率M0S管適 用于正電源供電。P型功率MOS管適用于負電源供電。
圖l為N型功率MOS管的工作電原理圖；負載連接在電源正極和MOS管的漏極 之間。在N型功率M0S管柵源之間施加有+10V的驅(qū)動電壓，漏極電流由正的柵源 電壓控制，從正供電母線流入通過負載阻抗到漏極，然后從源極返回到供電母 線。
圖2為P型功率MOS管的工作電原理圖；P型功率MOS管適用于負電源供 電，在航天飛行器上普遍適用，負載連接在電源負極和漏極之間。在P型功率 MOS管柵源之間施加有-10V的驅(qū)動電壓，漏極電流由負的柵源極間電壓控制， 從正供電母線流入源極，從漏極流出，然后通過負載阻抗流到負供電母線。
從上可見，現(xiàn)有技術(shù)中，僅在P型功率MOS管的柵極施加一個負脈沖作為 驅(qū)動，MOS管的極間電容的充、放電效應(yīng)，不但延遲了 MOS管的開通和截至時間， 而且產(chǎn)生較大的功率損耗。
下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖3為本發(fā)明P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路的原理圖；如圖3的實施例所 示，該裝置包括在P型功率MOS開關(guān)管的源極和柵極之間連接有一個推挽驅(qū) 動電路和一個浮動分壓電路。
上述推挽驅(qū)動電路包括NPN三極管Q1、 PNP三極管Q2推挽連接，它們的 基極通過電阻R4與驅(qū)動輸入電路連接；NPN三極管Ql的集電極通過電阻R2連 接至P型功率MOS開關(guān)管的源極S,并一起連接至電源電壓輸入端(Vi)。 NPN三 極管Ql、 PNP三極管Q2的發(fā)射極并聯(lián)，通過電阻Rl連接至P型功率MOS開關(guān) 管的柵極G。
上述浮動分壓電路包括 一個硅型穩(wěn)壓二極管VI的負極與一個無極性瓷片
電容C1的一端并聯(lián)連接至電源電壓的輸入端(Vi)，上述硅型穩(wěn)壓二極管V1的 正極與上述無極性瓷片電容Cl的另一端并聯(lián)連接至Q2的集電極，并通過電阻 R3接地。P型功率MOS開關(guān)管的漏極D向負載提供電壓輸出(V0)。
上述本發(fā)明的驅(qū)動電路中，三極管和功率電阻的參數(shù)由P型M0S管所需驅(qū) 動工作電流大小決定。本發(fā)明實施例中NPN三極管Q1的型號為3DK9， PNP三 極管Q2的型號為3CK10; Rl、 R2采用功率為0. 5W的碳膜電阻。上述浮動分壓 電路中，電容和電阻的參數(shù)由M0S管所需驅(qū)動工作電流大小決定。本發(fā)明實施 例中無極性瓷片電容C1的型號為CT4L，硅型穩(wěn)壓二極管V1的型號為ZW113, 穩(wěn)壓值為10 15V;電阻R3的功率為0. 25W。
下面進一步對本發(fā)明的工作過程進行描述。
當外部輸入為高電平時，三極管Q1開通，Q2截止，此時，輸入電壓Vi通過 電阻R2， R1和三極管Q1對P型M0S管的寄生電容進行快速充電，P型MOS管柵、源 間電壓差值迅速變?yōu)镺V。
穩(wěn)壓二極管V1穩(wěn)壓值為13V，因此，如圖3所示，A點電位高于B點電位之差 為13V。當外部輸入為低電平時，三極管Q1截止，Q2開通，P型MOS管柵源間電壓 差值為-13V。因電路中浮動電容C1兩端的電壓值不能瞬間突變，所以利用浮動 電容的偶合特性，使P型M0S管通過電阻R1和三極管Q2，把P型MOS管內(nèi)寄生電容 中抽出的電荷量快速注入浮動電容的一端。
P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路中所包含電阻電容和三極管的參數(shù)選取方式
P型MOS管驅(qū)動電流為、=& x / x 50;
電阻R1和R2的取值為 2 3 '、
c_ 60gg
浮動電容C1為 巳-^ ;
電阻R3的取值為 A=^〃z 。
式中
^為輸入電壓值；
Qg為P型MOS管寄生電容電荷量；
f為電路工作頻率；IZ為穩(wěn)壓二極管所需的穩(wěn)壓電流值。
由上可見，本發(fā)明由于采取了推挽式驅(qū)動電路，在P型功率MOS管開通和關(guān) 斷過程中，利用三極管Q1和Q2相互交替開通時所產(chǎn)生的瞬態(tài)電流對P型功率M0S 管內(nèi)部的寄生電容進行快速的充放電控制，從而提高P型功率MOS管的動態(tài)特性， 降低了P型功率MOS管的開關(guān)損耗。同時，浮動分壓電路為P型功率MOS管提供一 個穩(wěn)定的負脈沖柵源電壓值，當外部驅(qū)動輸入為高電平時三極管Q1開通Q2截止P 型功率MOS管柵源之間電壓為OV，此時P型功率MOS管處于截止狀態(tài)。當外部驅(qū)動 輸入為低電平時三極管Q2開通Q1截止，P型功率MOS管柵源之間電壓差為穩(wěn)壓二 極管的穩(wěn)壓值，此時，P型功率MOS管處于開通狀態(tài)。電容C1在三極管Q1截止Q2 開通的狀態(tài)下利用電容的穩(wěn)壓和偶合特性為P型功率MOS管內(nèi)部的寄生電容提供 快速釋放的通路。
圖4為本發(fā)明的仿真測試波形圖，圖中，縱坐標表示輸入電壓幅度，此仿 真輸入條件為工作電流5A、輸入電壓28V、開關(guān)工作頻率50kHZ。橫坐標表示 MOS管在開通和關(guān)斷瞬間，上升沿和下降沿的時間。由圖可見，本發(fā)明在電路開 關(guān)工作頻率為50kHZ時，M0S管的開通和關(guān)斷時間均為3us。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路進行 各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改 和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這 些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路，包括P型功率MOS開關(guān)管和驅(qū)動輸入電路其特征在于，所述的P型功率MOS開關(guān)管的源極和柵極之間還連接有一個推挽驅(qū)動電路和一個浮動分壓電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路，其特征在于所 述的推挽驅(qū)動電路包括NPN三極管Q1、 PNP三極管Q2推挽連接，它們的基極通 過電阻R4與驅(qū)動輸入電路連接；NPN三極管Q1的集電極通過電阻R2與P型功率M0S 開關(guān)管的源極并聯(lián)連接至電源電壓輸入端；NPN三極管Q1、 PNP三極管Q2的發(fā)射 極并聯(lián)，通過電阻R1連接至P型功率M0S開關(guān)管的柵極；所述的浮動分壓電路包括穩(wěn)壓二極管V1的負極與電容C1的一端并聯(lián)連接 至電源電壓的輸入端；所述的穩(wěn)壓二極管V1的正極與所述的電容C1的另一端并 聯(lián)連接至PNP三極管Q2的集電極，并通過電阻R3接地；P型功率MOS開關(guān)管的漏極 向負載提供電壓輸出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路，其特征在于所 述的推挽驅(qū)動電路中，NPN三極管Q1的型號為3DK9， PNP三極管Q2的型號為3CK10; Rl、 R2采用功率為0.5W的碳膜電阻。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路，其特征在于所 述的浮動分壓電路中，電容C1的型號為CT4L無極性瓷片電容；穩(wěn)壓二極管V1的 型號為ZW113硅型穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓值為10 15V;電阻R3的功率為0.25W。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種P型功率MOS開關(guān)管驅(qū)動電路，在P型功率MOS開關(guān)管的源極和柵極之間連接有一個推挽驅(qū)動電路和一個浮動分壓電路。推挽驅(qū)動電路利用三極管Q1和Q2相互交替開通時所產(chǎn)生的瞬態(tài)電流對P型功率MOS管內(nèi)部的寄生電容進行快速的充放電控制；浮動分壓電路為P型功率MOS管提供一個穩(wěn)定的負脈沖柵源電壓值。從而提高P型功率MOS管的動態(tài)特性，降低它的開關(guān)損耗。取得了穩(wěn)定可靠、控制靈活、節(jié)省能源等有益效果。
文檔編號H03K17/687GK101355352SQ200710044259
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者劉詠暉, 昂 沈 申請人:上?？臻g電源研究所