一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路，包括半桥驱动电路、功率半桥电路和自举电容充电电路。半桥驱动电路连接在母线电压和功率地之间，输入控制端连接到微处理器的PWM输出引脚，驱动电路的上、下半桥驱动信号输出端、以及各自接地端与功率半桥电路相连；驱动电路使用单一的MOSFET作为有源器件，上、下半桥驱动均仅使用三个MOSFET管，比传统三极管驱动电路输出电流大，易于模块集成，与使用驱动芯片的方案相比具有成本优势；自举电容充电电路同时与上半桥驱动电源端和上半桥驱动浮动地端相连，且自举电容充电电路与驱动电路共用低压电源输入。本发明专利技术具体有紧凑的结构，驱动速度快，易于集成，适于各种功率半桥电路的驱动。

【技术实现步骤摘要】
一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路
本专利技术涉及半桥驱动电路，特别涉及一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路。
技术介绍
功率场效应晶体管（MOSFET）作为大功率开关及高速开关器件，在电力电子技术中得到广泛应用，特别是电机控制领域。在电机驱动应用中，功率MOSFET管以半桥电路形式出现，分为上、下半桥。其中上半桥功率管漏极接母线电源，源极与下半桥的漏极相连，下半桥的源极接功率地，上下半桥功率管的公共端作为半桥的输出端。功率管的开关由其栅极与源极间的电压确定，而开关动作在逻辑上由微控制器输出的脉宽调制（PWM）信号确定。栅源极的电压本质上有栅极电容的电荷确定，随着栅极电容的充放电，其栅源极的电压产生变化，从而功率管导通或截止。栅极电容瞬间的充放电电流较大，一般微控制器的PWM信号不足以直接驱动功率管，需要考虑设计专门的半桥驱动电路，驱动电路本质上也是一种功率电路。电机控制器中，常利用三个半桥电路为电机的三个相提供驱动电流。已有方案中，半桥驱动电路可选用集成的驱动芯片或是利用分立电子元件搭建。采用分立电子元件的电路又有采用三极管的驱动电路和采用三极管和MOSFET的混合驱动电路。图1是一种采用集成的半桥驱动芯片完成的半桥驱动电路，芯片完成半桥上、下功率管的分别驱动，并利用外围二极管和电容组成自举电路完成半桥浮动地的处理。这种方案围绕着驱动芯片完成，电路简洁，但因驱动芯片的价格高成本相对较高。图2是为了降低成本，采用纯三极管搭建的驱动电路其包括半桥电路1、驱动电路2和自举电容充电电路3。驱动电路2的信号输入端（U+、U-）连接到单片机PWM控制接口，驱动电路2上的上半桥驱动信号输出端（GUH）、上半桥驱动浮动地端、下半桥驱动信号输出端（GUL）和下半桥驱动地端均与半桥电路1相连。驱动电路2接入单片机控制单元的PWM控制信号，PWM控制信号经驱动电路电流放大后，输送给半桥电路1的上下半桥MOSFET管，以驱动半桥电路1工作。自举电容充电电路3同时与驱动电路2上的上半桥驱动浮动电源端和上半桥驱动浮动地端相连，自举电容充电电路3为驱动电路2提供高边驱动的浮动电压。而且自举电容充电电路3与驱动电路2共用低压电源输入端（12V～15V）。半桥电路1包括上半桥电路和下半桥电路，其中上半桥电路包含：MOSFET管Q4H、驱动电阻R7H、滤波电容C3H和电阻R8H；下半桥电路包含：MOSFET管Q4L、驱动电阻R7L、滤波电容C3L和电阻R8L。上半桥电路MOSFET管Q4H漏极与母线电源VBUS相连，源极与下半桥MOSFET管Q4L的漏极相连，下半桥MOSFET管Q4L的源极与功率地相连，下拉电阻RS1连接在上、下半桥MOSFET管Q4H、Q4L的公共端和功率地之间。随着功率等级的提高，采用了三极管和MOSFET的混合驱动电路。图3是一种实现方式，想比图2中的三极管驱动电路，在末级增加了两个MOSFET管以提高驱动电路的驱动能力，增加电流并加快驱动速度，详细电路描述参见已有的专利（CN105322948A半桥驱动电路）。以上的几种驱动电路虽能够驱动功率半桥，但有着一定局限性。或是成本高，或是电路复杂驱动延时大，而提供一种结构紧凑的低成本、小延时的驱动电路显得特别重要。
技术实现思路
本专利技术目的是：为克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路，其结构紧凑、成本低、延时小、驱动电流大，能满足较大功率的半桥电路的驱动要求。本专利技术的技术方案是：一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路，包括驱动电路及其连接驱动的功率半桥电路；所述功率半桥电路包括上半桥和下半桥，依次串联在母线电压和功率地之间；所述驱动电路包括上半桥驱动和下半桥驱动，上半桥驱动和下半桥驱动的控制信号输入端分别连接到单片机的PWM输出管脚、驱动信号输出端分别连接上半桥和下半桥的控制端；所述上半桥驱动包括P型MOSFETQ1和N型MOSFETQ2、Q4；其中Q1的源极连接低压电源输入端，Q1的漏极通过电阻R1连接上半桥驱动信号输出端，Q1的栅极通过并联的电阻R3、电容C3连接Q4的漏极，Q1的栅极与源极之间还连接有并联的电阻R2、稳压管D2；其中Q4的栅极通过并联的电阻R7、电容C4连接单片机的PWM输出管脚，Q4的源极连接功率半桥电路的上半桥与下半桥之间的公共端，Q4的漏极连接到Q2的栅极驱动模块；所述Q2源极和漏极分别连接Q4的源极和上半桥驱动信号输出端。优选的，所述Q2的栅极驱动模块包括互相并联的电阻R5、二极管D3和电容C2，以及连接在Q2的栅极与源极之间的稳压管D4。优选的，还包括自举电容充电电路，所述自举电容充电电路包括二极管D1和电解电容C1，所述二极管D1串联在低压电源输入端的母线上，电解电容C1的正极和负极分别连接二极管D1的阴极和功率半桥电路的上半桥与下半桥之间的公共端。优选的，所述功率半桥电路的上半桥和下半桥分别采用N型MOSFETQ3和Q5，所述上半桥的Q3的漏极连接母线电压，源极连接Q5的漏极，两者的公共端连接到电机的对应相线，Q5的源极接到功率地。优选的，所述驱动电路的上半桥驱动的参考地具有浮动的电压，其完成对上半桥MOSFET管Q3的驱动；下半桥驱动参考地电压固定，完成对下半桥MOSFET管Q5的驱动。优选的，所述下半桥驱动包括P型MOSFETQ6和N型MOSFETQ7、Q8；其中Q6的源极连接低压电源输入端，Q6的漏极通过电阻R8连接下半桥驱动信号输出端，Q6的栅极通过并联的电阻R11、电容C7连接Q8的漏极，Q6的栅极与源极之间还连接有并联的电阻R13、稳压管D5；其中Q8的栅极通过并联的电阻R15、电容C8连接单片机的PWM输出管脚，Q8的源极连接功率地，Q8的漏极还通过驱动电阻R12连接到Q7的栅极，所述Q7源极和漏极分别连接功率地和下半桥驱动信号输出端,Q7源极和栅极之间还连接有电阻R14。优选的，所述功率半桥电路的上、下半桥的公共端与功率地之间连接有电阻RS1。本专利技术的优点是：1．本专利技术提供得分立MOSFET构成的半桥驱动电路，上下半桥各自仅采用三个分立MOSFET管，完成了较大功率半桥电路的驱动，并且逻辑输入到功率驱动输出的延时较小，结构紧凑，易于后续的模块化集成。2.本专利技术MOSFET驱动管和功率半桥的MOSFET管栅极采用限流电阻连接，同时低压和高压部分的转换连接采用的高压隔离MOSFET管，其栅极串接的阻容并行电路来增强可靠性和提高转换传输速度。3．本专利技术的半桥功率MOSFET管采用两个N型MOFET串联连接，上管的源极接下管的漏极，并作为功率输出端，用于和电机的相线直接相连。同时输出端和功率地之间并接一个大电阻，用于母线加电时为自举电容充电，提高稳定性。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为现有使用集成芯片半桥驱动电路原理图。图2为现有三极管半桥驱动电路原理图；图3为现有三极管和MOSFET混合驱动电路原理图；图4为本专利技术分立MOSFET构成的半桥驱动电路原理图。其中：1、功率半桥电路；2、半桥驱动电路；3、自举电容充电电路。具体实施方式下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图4所示，本专利技术提供的半桥驱动电路包括功率半桥电路1、驱动电路2和自举电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路，包括驱动电路及其连接驱动的功率半桥电路；所述功率半桥电路包括上半桥和下半桥，依次串联在母线电压和功率地之间；所述驱动电路包括上半桥驱动和下半桥驱动，上半桥驱动和下半桥驱动的控制信号输入端分别连接到单片机的PWM输出管脚、驱动信号输出端分别连接上半桥和下半桥的控制端，其特征在于：所述上半桥驱动包括P型MOSFET Q1和N型MOSFET Q2、Q4；其中Q1的源极连接低压电源输入端，Q1的漏极通过电阻R1连接上半桥驱动信号输出端，Q1的栅极通过并联的电阻R3、电容C3连接Q4的漏极，Q1的栅极与源极之间还连接有并联的电阻R2、稳压管D2；其中Q4的栅极通过并联的电阻R7、电容C4连接单片机的PWM输出管脚，Q4的源极连接功率半桥电路的上半桥与下半桥之间的公共端，Q4的漏极连接到Q2的栅极驱动模块；所述Q2源极和漏极分别连接Q4的源极和上半桥驱动信号输出端。

【技术特征摘要】
1.一种分立MOSFET构成的半桥驱动电路，包括驱动电路及其连接驱动的功率半桥电路；所述功率半桥电路包括上半桥和下半桥，依次串联在母线电压和功率地之间；所述驱动电路包括上半桥驱动和下半桥驱动，上半桥驱动和下半桥驱动的控制信号输入端分别连接到单片机的PWM输出管脚、驱动信号输出端分别连接上半桥和下半桥的控制端，其特征在于：所述上半桥驱动包括P型MOSFETQ1和N型MOSFETQ2、Q4；其中Q1的源极连接低压电源输入端，Q1的漏极通过电阻R1连接上半桥驱动信号输出端，Q1的栅极通过并联的电阻R3、电容C3连接Q4的漏极，Q1的栅极与源极之间还连接有并联的电阻R2、稳压管D2；其中Q4的栅极通过并联的电阻R7、电容C4连接单片机的PWM输出管脚，Q4的源极连接功率半桥电路的上半桥与下半桥之间的公共端，Q4的漏极连接到Q2的栅极驱动模块；所述Q2源极和漏极分别连接Q4的源极和上半桥驱动信号输出端。2.根据权利要求1所述的分立MOSFET构成的半桥驱动电路，其特征在于：所述Q2的栅极驱动模块包括互相并联的电阻R5、二极管D3和电容C2，以及连接在Q2的栅极与源极之间的稳压管D4。3.根据权利要求1所述的分立MOSFET构成的半桥驱动电路，其特征在于：还包括自举电容充电电路，所述自举电容充电电路包括二极管D1和电解电容C1，所述二极管D1串联在低压电源输入端的母线上，电解电容C1的正极和负极分别连接二极管D1的阴极和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张惠国，顾涵，周平，陈琪，
申请(专利权)人：常熟理工学院，苏州培英实验设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32