电容隔离场效应管自驱动电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种PLC输出场效应管自驱动电路。本实用新型专利技术在现有技术方案的基础上，增加一个简单的载波信号f(MCU的IO口提供或简单反相器振荡产生，多路共用)和一个逻辑门U1，以及一个整流二极管D1和储能电容C3，可应用于PLC场效应管自驱动输出，方案简单，成本低廉，元器件占用空间小，适合PLC等高密度多输出回路的控制驱动需要。特别是不需要隔离电源，减少了电路的复杂程度和降低成本。另外，采用场效应管驱动输出，相对于三极管驱动输出，可以降低驱动功耗，减少PLC内部热源，有利于提高PLC可靠性。PLC可靠性。PLC可靠性。

【技术实现步骤摘要】
电容隔离场效应管自驱动电路


[0001]本技术涉及一种采用电容隔离技术的PLC输出场效应管自驱动电路，属于工业控制领域的输出驱动技术。

技术介绍

[0002]目前PLC输出常规有继电器输出、可控硅输出和晶体管(含三极管和场效应管)输出三类。继电器输出一般常用于交流或直流高压、大电流驱动，缺点是体积较大，开关时间较长；可控硅输出只能用于交流驱动；晶体管输出则一般用于电压较低(≤48VDC)、电流相对较小(≤2A)场合。
[0003]晶体管输出分为三极管输出驱动和场效应管输出驱动。场效应管输出驱动可以做到导通压降非常小，功率损耗较小的优点，但由于场效应管门极电压较高，现有技术如果采用自驱动必然会导致导通压降过大，因此需要配备额外驱动电源，而一般的PLC输出级是隔离的，额外提供隔离电源会增加技术方案的复杂程度和增加成本。三极管驱动输出则可以做到自驱动，无需提供额外驱动电源，输出导通压降较小(≤1.5V)，技术方案非常简洁。
[0004]对于PLC应用，由于控制输出回路较多，常见的产品有6、8、12、18、24、32路输出，特别是12路以上输出的PLC，其内部空间非常紧凑，每个输出回路可以占用的空间有限，输出驱动晶体管体积非常有限。实际上，较多路输出的PLC产品，输出驱动三极管贴片封装的，一般无法选择大于SOT-89封装的器件，也就是器件封装功率不大于0.5W。如何在有限条件下，提升输出驱动电流，降低输出驱动三极管功耗是个难题。该技术的技术已授权，授权公告号C N210038526 U。
[0005]应用于PLC的场效应管自驱动相关专利技术暂未发现。其他应用场合的类似技术有：授权公告号CN 106787633 B的技术专利《隔离驱动系统》(以下简称为“对比文件1”)和CN 210157172 U的技术专利《一种电容隔离驱动电路》(以下简称为“对比文件2”)，应用涉及开关电源的功率开关管驱动领域。
[0006]另外，在集成电路中，有公司采用电容隔离技术，国外有德州仪器(Ti)，国内有荣湃半导体(上海)有限公司，相关文献资料“数字容性隔离器的磁场抗扰度”(以下简称“对比文件3”，作者：Thomas Kugelstadt，德州仪器(TI)高级应用工程师)，数据手册“2Pai_π11xM1x_20200416_CN”(以下简称“对比文件4”，荣湃半导体相关器件数据手册)。
[0007]如图1所示，现有技术专利具备自驱动，电路简单，PCBA上占用空间小，成本低廉等优势。但也只能应用于较高频率的连续或者离散脉冲驱动，例如开关电源的开关管驱动。无法满足PLC应用领域0～200kHz控制频率的需求。
[0008]如图2及图3所示，现有技术专利仅增强了图一技术方案的驱动能力，未扩大其工作频率范围。
[0009]综上，现有技术专利及现有技术专利的驱动信号为连续或者离散的脉冲，无需也无法驱动持续的导通信号或者低频脉冲信号(受限于隔离电容的容值可选择范围)，无法满足PLC应用领域0～几百kHz控制频率的需求。
[0010]现有公开技术对比文件3和对比文件4提及的电容隔离技术不存在上述限制，其可传送的信号频率范围可达0～几百MHz，例如荣湃半导体的产品“可实现1.5kV rms到5.0kV rms隔离耐压等级和DC到600Mbps信号传输”。但是，无论是Ti的技术还是荣湃的技术，其优势还在于信号传输，受限于硅片电容的容量，无法做到电容隔离的同时传送能量，因此，采用这些现有技术，必须配备隔离电源，无法做到单侧供电信号传输，传输信号所需的调制和解调分列隔离的两侧，单侧供电，只能调制无法解调，或者无法调制空有解调器正常工作。

技术实现思路

[0011]本技术的目的是：采用较低频率的(例如0～200kHz)驱动信号调制一个1MHz(或更高频率)载波信号的技术方案解决PLC应用领域0～200kHz控制频率的需求。
[0012]为了达到上述，本技术的一个技术方案是提供了一种PLC输出场效应管自驱动电路，其特征在于，包括逻辑与门U1，低频率的控制信号DO及高频率的载波信号f分别输入逻辑与门U1的两个输入端；逻辑与门U1的输出端与隔离电容C1的一端相连，隔离电容C1的另一端连接至整流二极管D1的阳极和箝位二极管D2的阴极；箝位二极管D2的阳极连接隔离电容C2的一端，隔离电容C2的另一端接地；整流二极管D1的阴极连接放电电阻R1的一端、储能电容C3的一端及输出场效应管Q1的栅极；放电电阻R1的另一端、储能电容C3的另一端及输出场效应管Q1的源极连接隔离电容C2的一端；输出场效应管Q1的漏极及源极形成输出。
[0013]本技术专利的有益效果是：在现有技术方案的基础上，增加一个简单的载波信号f(MCU的IO口提供或简单反相器振荡产生，多路共用)和一个逻辑门U1，以及一个整流二极管D1和储能电容C3，可应用于PLC场效应管自驱动输出，方案简单，成本低廉，元器件占用空间小，适合PLC等高密度多输出回路的控制驱动需要。
[0014]特别是不需要隔离电源，减少了电路的复杂程度和降低成本。另外，采用场效应管驱动输出，相对于三极管驱动输出，可以降低驱动功耗，减少PLC内部热源，有利于提高PLC可靠性。
附图说明
[0015]图1为技术专利CN 106787633B电路原理图(对比文件1之图4)；
[0016]图2为技术CN 210157172U参考原理图之一(对比文件2之图1)；
[0017]图3为技术CN 210157172U参考原理图之二(对比文件2之图2)；
[0018]图4为本技术技术电路原理图；
[0019]图5为实施例的控制端波形；
[0020]图6为实施例的驱动端波形；
[0021]图7为对比文件3《数字容性隔离器的磁场抗扰度》之图2；
[0022]图8为对比文件3《数字容性隔离器的磁场抗扰度》之图3；
[0023]图9为对比文件4数据手册“2Pai_π11xM1x_20200416_CN”之图1。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本
技术而不用于限制本技术的范围。此外应理解，在阅读了本技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0025]如图4所示，本技术的技术方案是在图1表述的现有技术方案基础上，在驱动控制端中加入一个逻辑与门U1和一个载波信号f，通过隔离电容C1和C2的信号除了现有方案的箝位二极管D2外，增加一个整流二极管D1和储能电容C3。
[0026]如图4所示，本技术提供的一种PLC输出场效应管自驱动电路包括逻辑与门U1，低频率的控制信号DO及高频率的载波信号f分别输入逻辑与门U1的输入端B、输入端A；逻辑与门U1的输出端Y与隔离电容C1的一端相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PLC输出场效应管自驱动电路，其特征在于，包括逻辑与门U1，低频率的控制信号DO及高频率的载波信号f分别输入逻辑与门U1的两个输入端；逻辑与门U1的输出端与隔离电容C1的一端相连，隔离电容C1的另一端连接至整流二极管D1的阳极和箝位二极管D2的阴极；箝位二极管D2的阳极...

【专利技术属性】
技术研发人员：琚长江，聂佳，滕宇，张军平，吴海良，应成，向力力，
申请(专利权)人：上海电器科学研究所集团有限公司，
类型：新型
国别省市：