可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路，包括NPN型三极管Q1和NPN型三极管Q2，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C2；NPN型三极管Q1的基极为驱动控制电路的输入端，NPN型三极管Q1的集电极与电阻R1的一端相接，电阻R1的另一端为驱动控制电路的输出端；电容C2和电阻R2串联后的一端与NPN型三极管Q1的集电极相接，另一端与NPN型三极管Q2的基极相接；NPN型三极管Q2的发射极与驱动控制电路的输出端相接；本发明专利技术还公开了一种可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路的设计方法。本发明专利技术电路结构简单，实现方便且成本低，设计方法步骤简单，实用性强，市场前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路的设计方法
本专利技术属于PMOS开关管的驱动控制
，具体涉及一种可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路的设计方法。
技术介绍
开关变换器的应用变得越来越广泛，对开关器件的性能要求也更高。MOS功率开关器件属于电压控制性器件，通过调节栅极电压即可改变漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，因此，在中小功率开关变换器中的开关器件大多采用MOS管。从导电沟道的类型可将MOS功率开关器件分为NMOS和PMOS器件，NMOS管形成导电沟道的载流子是电子，PMOS管形成导电沟道的载流子是空穴，电子的迁移率比空穴的迁移率大得多，所以在几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，NMOS管的跨导大、速度快、电流大。因此NMOS管比PMOS更具有优势，应用范围更广，开关电源或开关变换器的开关器件一般都采用NMOS开关管。但在有些场合则不太适合采用NMOS管，如在BUCK、BUCK-BOOST开关变换器或LDO中，如果仍采用NMOS管，由于其源端没有接地，而是在导通时处于相对较高的电压状态，而要使NMOS开关管导通，必须要求栅源电压大于阈值电压，因此，给其驱动带来相当的难度，必须采用自举电路或隔离驱动电路，否则输入与输出将产生较大的压差，在引起可观功率损耗的同时，输入电源电压的利用率也受到限制。在BUCK、BUCK-BOOST开关变换器或LDO中，采用PMOS开关管却更具有优势。采用PMOS管可以使源漏电压降尽可能低，导通压降可低到几百毫伏，甚至0V，极大地减小了变换器的功率损耗。因而，PMOS管的低压差、低功耗性能在开关电源或开关变换器中受到了关注和重视。但PMOS开关管存在的栅源寄生电容影响开关特性，尤其对关断过程影响更为严重，因而，也使其在应用中受到限制。MOSFET的开关特性与驱动电路的性能密切相关，设计优良的驱动电路能够有效地改善MOSFET的开关特性，从而减少开关损耗，提高整机效率及功率器件工作的稳定性。因此驱动电路通常要求：①PWM触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度；②开通时以低电阻为栅极电容充电，关断时为栅极提供低电阻放电回路，以提高功率MOSFET的开关速度；③为了使功率MOSFET可靠触发导通，触发脉冲电压应高于管子的开启电压；④功率开关管开关时所需驱动电流为栅极电容的充放电电流，功率管极间电容越大，所需电流越大。常见NMOS管的驱动电路可以分为直接驱动型和隔离驱动型两种。直接驱动型只能驱动NMOS管源极接地的场合，如BOOST变换器、正激及反激变换器等。而隔离型驱动电路的应用相对较广，其中主要包括电磁隔离和光耦隔离两种形式。电磁隔离用脉冲变压器作为隔离元件，具有响应速度快，原边和副边的绝缘强度高，但信号的最大传输宽度受到磁饱和特性的限制，且脉冲变压器体积大、笨重、工艺复杂，还会产生电磁干扰。光耦隔离具有体积小，结构简单等优点，但却存在共模抑制能力差，传输速度慢的缺点，还需要额外提供辅助电源，在高频高效开关电源中的应用受到限制。有少数驱动电路可通过自举电容实现对变换器中高压端开关器件的驱动，但成本高，可靠性及脉冲宽度变化范围受到限制。而专门用于PMOS管的驱动电路却很少见，为了使现有驱动电路或PWM控制器能正常用于对PMOS管的控制或驱动，提升BUCK、BUCK-BOOST开关变换器或LDO的性能，针对现有驱动电路存在的缺点以及PMOS开关器件不能快速关断的问题，急需提出一种可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电路结构简单、实现方便且成本低、能够有效保证PMOS开关管快速关断、实用性强的可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路，其特征在于：包括NPN型三极管Q1和NPN型三极管Q2，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C2；所述NPN型三极管Q1的基极为驱动控制电路的输入端，所述NPN型三极管Q1的发射极与外部电源的负极输出端VIN-相接，所述NPN型三极管Q1的集电极与电阻R1的一端相接，所述电阻R1的另一端为驱动控制电路的输出端；所述电容C2和电阻R2串联后的一端与NPN型三极管Q1的集电极相接，另一端与NPN型三极管Q2的基极相接；所述NPN型三极管Q2的集电极与外部电源的正极输出端VIN+相接，所述NPN型三极管Q2的发射极与驱动控制电路的输出端相接；所述电阻R3接在NPN型三极管Q2的基极与发射极之间，所述电阻R4接在NPN型三极管Q2的集电极与发射极之间。上述的可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路，其特征在于：包括稳压二极管D2，所述稳压二极管D2的阳极与NPN型三极管Q2的发射极相接，所述稳压二极管D2的阴极与NPN型三极管Q2的集电极相接。本专利技术还提供了一种方法步骤简单，实现方便，能够有效保证PMOS开关管快速关断的可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路的设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、选择合适参数的电容C2以及电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，其具体过程如下：步骤101、根据公式选取电阻R1的阻值和电阻R4的阻值，其中，VIN为外部电源的输出电压，VTH为PMOS开关管的阈值电压，VR1为电阻R1两端的电压，e为自然常数，C1为PMOS开关管的栅极与源极之间的寄生电容，ton为PMOS开关管从NPN型三极管Q1开始导通到寄生电容C1充电到电压值等于VTH的2倍所需的时间；步骤102、根据公式选取电容C2的容值、电阻R2的阻值和电阻R3的阻值，其中，toff为驱动控制电路接收到低电平的PWM控制信号到PMOS开关管关断的时间，Vbe为NPN型三极管Q2的发射结电压且取值为0.7V；步骤二、连接NPN型三极管Q1和NPN型三极管Q2，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C2；其具体过程如下：步骤201、将NPN型三极管Q1的发射极接到外部电源的负极输出端VIN-，并将NPN型三极管Q2的集电极接到外部电源的正极输出端VIN+；步骤202、将电阻R1的一端以及串联后的电容C2和电阻R2的一端接到NPN型三极管Q1的集电极，并将串联后的电容C2和电阻R2的另一端接到NPN型三极管Q2的基极；步骤203、将NPN型三极管Q2的发射极接到电阻R1的另一端，并将电阻R3接到NPN型三极管Q2的基极与发射极之间，将电阻R4接到NPN型三极管Q2的集电极与发射极之间。上述的可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路的设计方法，其特征在于：步骤203后还要给驱动控制电路中接入稳压二极管D2，且将稳压二极管D2的阳极接到NPN型三极管Q2的发射极，将稳压二极管D2的阴极接到NPN型三极管Q2的集电极。上述的可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路的设计方法，其特征在于：步骤101中所述PMOS开关管的栅极与源极之间的寄生电容C1的取值为100pF～5000pF。上述的可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路的设计方法，其特征在于：步骤101中所述ton的取值为50ns～300ns。上述的可快速关断PMOS开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路，其特征在于：包括NPN型三极管Q1和NPN型三极管Q2，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C2；所述NPN型三极管Q1的基极为驱动控制电路(1)的输入端，所述NPN型三极管Q1的发射极与外部电源的负极输出端VIN‑相接，所述NPN型三极管Q1的集电极与电阻R1的一端相接，所述电阻R1的另一端为驱动控制电路(1)的输出端；所述电容C2和电阻R2串联后的一端与NPN型三极管Q1的集电极相接，另一端与NPN型三极管Q2的基极相接；所述NPN型三极管Q2的集电极与外部电源的正极输出端VIN+相接，所述NPN型三极管Q2的发射极与驱动控制电路(1)的输出端相接；所述电阻R3接在NPN型三极管Q2的基极与发射极之间，所述电阻R4接在NPN型三极管Q2的集电极与发射极之间。

【技术特征摘要】
1.一种可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路的设计方法，所述可快速关断PMOS开关管的驱动控制电路包括NPN型三极管Q1和NPN型三极管Q2，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C2；所述NPN型三极管Q1的基极为驱动控制电路(1)的输入端，所述NPN型三极管Q1的发射极与外部电源的负极输出端VIN-相接，所述NPN型三极管Q1的集电极与电阻R1的一端相接，所述电阻R1的另一端为驱动控制电路(1)的输出端；所述电容C2和电阻R2串联后的一端与NPN型三极管Q1的集电极相接，另一端与NPN型三极管Q2的基极相接；所述NPN型三极管Q2的集电极与外部电源的正极输出端VIN+相接，所述NPN型三极管Q2的发射极与驱动控制电路(1)的输出端相接；所述电阻R3接在NPN型三极管Q2的基极与发射极之间，所述电阻R4接在NPN型三极管Q2的集电极与发射极之间；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、选择合适参数的电容C2以及电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，其具体过程如下：步骤101、根据公式选取电阻R1的阻值和电阻R4的阻值，其中，VIN为外部电源的输出电压，VTH为PMOS开关管的阈值电压，VR1为电阻R1两端的电压，e为自然常数，C1为PMOS开关管的栅极与源极之间的寄生电容，ton为PMOS开关管从NPN型三极管Q1开始导通到寄生电容C1充电到电压值等于VTH的2倍所需的时间；步骤102、根据公式选取电容C2的容值、电阻R2的阻值和电阻R3的阻值，其中，toff为驱动控制电路(1)接收到低电平的PWM控制信号到PMOS开关管关断的时间，Vbe为NPN型三极管Q2的发射结电压且取值为0.7V；步骤二、连接NPN型三极管Q1和NPN型三极管Q2，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C2；其具...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树林，邓俊青，郭星，赵亚娟，李青青，聂燊，汪子为，王肖，张琼，王磊，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61