CN102522978B - 隔离型功率管驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隔离型功率管驱动器，所述隔离型功率管驱动器包括PWM控制器、输入驱动器、隔离电路、输出驱动电路和功率管控制电路；所述PWM控制器，用于输出频率和占空比可调的方波信号，所述方波信号为TTL电平或CMOS电平；所述输入驱动器，用于实现输入级的TTL或CMOS逻辑信号到后级电路所需电平的转换；所述隔离电路，用于实现输入级控制信号与输出级功率信号的隔离；所述输出驱动电路，用于将隔离电路输出的逻辑信号转换为功率控制信号；所述功率管控制电路，用于根据输出驱动电路提供的控制信号来判断控制功率管开通或关断。本发明有效解决了现有技术中的问题，可应用于高电压功率管控制领域，驱动能力强，开关速度快，性能稳定。
Description
技术领域
本发明的应用领域为电力电子技术领域，主要涉及一种隔离型功率管驱动器。
背景技术
高压型功率管在数控机床、汽车电子、开关电源、数字音响、无线通讯等领域有着广泛的应用。在现有的技术中，功率驱动器一般工作在低电压领域,难以满足高电压应用领域的需求。如今面世的高压集成电路（HVIC）多应用在1KV以下的全桥或半桥控制领域，功率管驱动器多应用在100V以下有应用领域，千伏级功率管驱动领域一直是一片空白，它们共同面对的难题是功率器件与控制部分共地而带来的干扰无法从根本上解决。如何提高功率管在高电压控制领域工作的稳定性、有效发挥其性能是当务之急。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种隔离型功率管驱动器，有效解决了现有技术中的问题，可应用于高电压功率管控制领域，驱动能力强，开关速度快，性能稳定。
本发明采用以下技术方案：
一种隔离型功率管驱动器，其特征在于：所述隔离型功率管驱动器包括PWM控制器、输入驱动器、隔离电路、输出驱动电路和功率管控制电路；所述PWM控制器，用于输出频率和占空比可调的方波信号，所述方波信号为TTL电平或CMOS电平；所述输入驱动器，用于实现输入级的TTL或CMOS逻辑信号到后级电路所需电平的转换；所述隔离电路，用于实现输入级控制信号与输出级功率信号的隔离；所述输出驱动电路，用于将隔离电路输出的逻辑信号转换为功率控制信号；所述功率管控制电路，用于根据输出驱动电路提供的控制信号来判断控制功率管开通或关断；所述输出驱动电路的信号地接功率管的源极，信号输出端接功率管的栅极，功率管的漏极接电源VCC3。
进一步，所述电流型开关电路包括P沟道场效应管、N沟道场效应管、电阻和电容。
进一步，所述输出负载电路包括栅极电阻、功率场效应管和负载电阻。
进一步，所述隔离电路包括信号隔离电路和电源隔离电路。
本发明的有益效果是：
本发明为一种可应用于高电压领域控制的功率管驱动器，是基于信号隔离及电源隔离的功率管驱动器，区别于普通商用的非隔离型功率管驱动器。本发明可以应用于高电压功率管控制领域，结构简单，易于实现；驱动能力强，可以有效降低场效应管栅极电容的影响；关速度快，可以满足不同应用场所的需求。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明包括PWM控制器1、输入驱动器2、隔离电路3、输出驱动电路4和功率管控制电路5。PWM控制器1用于输出频率和占空比可调的方波信号，由PWM控制器1输出的方波信号可以为TTL电平或CMOS电平。
输入驱动器2用于实现输入级的TLL电平到后级电路所需电平的转换；隔离电路3用于实现输入级控制信号与输出级功率信号的隔离，经输出驱动电路4， 隔离后的控制信号可由功率管控制电路5用于控制功率管的导通和关断。输出驱动电路4用于将隔离电路3输出的逻辑信号转换为功率控制信号，功率管控制电路5用于根据输出驱动电路4提供的控制信号来判断控制功率管开通或关断。
如图2所示，输入驱动器2的功能是将输入的TTL或CMOS逻辑信号（通常为PWM信号）转变成可以控制功率管工作的控制信号（通常为10伏级的逻辑信号）；输入级的TTL电平是来自PWM控制器1或高速时钟的信号，它所在的逻辑电平不能直接用来驱动大功率场效应管，经输入驱动器出来的逻辑信号在为0伏或12伏，可以用来驱动大功率场效应管。高速低延迟的输入驱动器2将输入级的TTL电平转换为0到10伏级逻辑电平，足以控制功率管的工作。
隔离电路3用于实现驱动电路输出与后级驱动级的电气隔离。隔离电路3共包括控制逻辑隔离（信号隔离）电路和电源隔离电路两部分。其中逻辑隔离和电源隔离可以根据应用场所选择电气隔离的级别。电源隔离为后级的驱动器提供功率输入。经过隔离电路3，低电压输入控制级的信号与高电压输出级完全实现了电气上的隔离。
输出驱动电路4的作用是将隔离电路3输出的逻辑信号转换为功率控制信号。两种信号的区别在于其带负载能力的差异。逻辑信号只提供高低电平，没有带负载能力，不能直接用于控制功率管工作。功率控制信号是逻辑信号经驱动之后的信号，有带负载能力，可以直接用于功率管的控制。输出驱动电路4包括一个NPN型三极管Q1和一个PNP型三极管Q2，三极管Q1的集电极接电源VCC2，发射极接三极管Q2的发射极，基极分别接隔离电路的信号输出端和三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极接地。输出驱动电路4信号地接功率管的源极，信号输出端接功率管的栅极，功率管的漏极接电源VCC3。
功率管控制电路5的功率控制信号与功率管实现浮地是本发明的核心思路。功率控制信号与功率管不共用一套电源，从而可以实现对功率管的控制并且不受功率管供电系统的影响。功率管控制电路5可以取代HVIC的部分功能并弥补其在高电压控制领域的不足，可以弥补非隔离型驱动器在百伏级应用领域的缺陷。可以广泛应用于大功率BUCK型开关电源、半桥高边驱动等电路之中。
本发明的工作过程为：PWM控制器1输出的通常为COMS电平或TTL电平的逻辑控制信号，输入驱动器2接收PWM控制器1输出的控制信号，并将其转换为可以控制开通或关断功能管的逻辑信号。隔离电路3接收输入驱动器2的输出，并实现控制信号在电气上的隔离。输出驱动电路4接收隔离电路3输出的隔离信号，并把其转换为可以直接驱动功率管的信号。输出驱动电路4的信号地接功率管的源极，信号输出接功率管的栅极。实现输出驱动电路4与功率管控制电路5的浮地，并为功率管控制电路5提供可以控制功率管开通或判断的控制信号。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种隔离型功率管驱动器，其特征在于：所述隔离型功率管驱动器包括PWM控制器、输入驱动器、隔离电路、输出驱动电路和功率管控制电路；
所述PWM控制器，用于输出频率和占空比可调的方波信号，所述方波信号为TTL电平或CMOS电平；
所述输入驱动器，用于实现输入级的TTL或CMOS逻辑信号到后级电路所需电平的转换；
所述隔离电路，接收所述输入驱动器的输出，并实现低电压的输入级控制信号与高电压的输出级控制信号电气上的隔离，所述隔离电路根据应用场所选择隔离的级别；
所述输出驱动电路，用于将隔离电路输出的逻辑信号转换为功率控制信号；所述功率管控制电路，用于根据输出驱动电路提供的所述功率控制信号来控制功率管开通或关断；
其中，所述输出驱动电路包括一个NPN型三极管Q1和一个PNP型三极管Q2，三极管Q1的集电极接电源VCC2，发射极接三极管Q2的发射极，基极分别接隔离电路的信号输出端和三极管Q2的基极，并且，三极管Q2的集电极接地以作为输出驱动电路的信号地，三极管Q2的发射极作为该输出驱动电路的信号输出端，该三极管Q1的基极与集电极不连接，三极管Q2的基极与集电路也不连接，该输出驱动电路的信号地接功率管的源极，该输出驱动电路的信号输出端接功率管的栅极，功率管的漏极接电源VCC3，该电源VCC3与电源VCC2不同；并且所述隔离电路包括信号隔离电路和电源隔离电路，该信号隔离电路为光耦隔离。
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