專利名稱：新型低端mosfet/igbt負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種負(fù)壓驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路及其電路控制方法。
背景技術(shù)：
近幾年，隨著技術(shù)的發(fā)展，電壓源驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)頻率已經(jīng)逐漸超過(guò)了 1MHz，但是開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，其中阻礙電壓源驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)頻率提高的主要障礙就是開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的損耗、門(mén)極驅(qū)動(dòng)的損耗和開(kāi)關(guān)器件輸出電容的損耗，而電流源驅(qū)動(dòng)正好可以解決上述問(wèn)題，它可以極大的提高開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率，減小開(kāi)關(guān)損耗，因此被廣泛應(yīng)用。電流源驅(qū)動(dòng)通過(guò)一個(gè)恒定的電流信號(hào)對(duì)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行充電和放電來(lái)達(dá)到減小開(kāi)關(guān)損耗的作用，特別值得注意的是，電流源驅(qū)動(dòng)最大的好處就是能夠在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的過(guò)程中以小于零的負(fù)壓關(guān)斷開(kāi)關(guān)管，相比于傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路，電流源驅(qū)動(dòng)電路能夠在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程中以更快的關(guān)斷速度將其關(guān)斷。但是，隨著電路集成化程度的提高，作為電流源驅(qū)動(dòng)電路中的重要元件電感，由于其體積大，難以集成化，所以電感成為了電流源驅(qū)動(dòng)電路集成化的一個(gè)難點(diǎn)(Jizhen Fu. Topologies and modelings of novel bipolar gate drivertechniques for next-generation high frequency voltage regulators[D]. Queen，sUniversity Master’ s thesis, 2010 :73-76.)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中由于開(kāi)關(guān)頻率的不斷升高而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗加大等問(wèn)題而提出了一種新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法，本發(fā)明的電路和方法加快了開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度，提高了驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾能力，可有效防止開(kāi)關(guān)器件的誤導(dǎo)通。技術(shù)方案
本發(fā)明的技術(shù)法案是這樣實(shí)現(xiàn)的
新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路，它包括負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元，所述的負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元與BOOST升壓?jiǎn)卧娐愤B接。所述的負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元由電源V。。、自舉電容Cp自舉電容C2、二極管D1、二極管D2、M0SFET開(kāi)關(guān)管SpMOSFET開(kāi)關(guān)管S2、M0SFET開(kāi)關(guān)管S3和MOSFET開(kāi)關(guān)管S4組成，所述的電源V。。的負(fù)極接地，電源V。。的正極與二極管D1的正極相連，二極管D1的負(fù)極與MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的漏極連接，所述的自舉電容C1的一端接入二極管D1的負(fù)極與MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的漏極之間，自舉電容C1的另一端與自舉電容C2連接，自舉電容C2的另一端與和二極管D2正極連接，二極管D2的負(fù)極接地，所述MOSFET開(kāi)關(guān)管S4的漏極與電源V。。的正極相連，MOSFET開(kāi)關(guān)管S3的漏極接在電容C1與C2之間，MOSFET開(kāi)關(guān)管S3的源極與地連接，MOSFET開(kāi)關(guān)管S4的源極接在MOSFET開(kāi)關(guān)管S3的漏極上，MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的源極與BOOST升壓?jiǎn)卧蠱OSFET開(kāi)關(guān)管Q的柵極相連，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2的漏極與MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的源極連接，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2的源極接在電容C2和二極管D2之間。所述負(fù)壓箝位單元是通過(guò)控制四個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)管S1' S2, S3、S4的開(kāi)通關(guān)斷時(shí)序，構(gòu)成不同的回路，對(duì)BOOST電路MOSFET Q進(jìn)行充放電，以及自舉電容C1, C2的箝位作用以此控制Q的導(dǎo)通關(guān)斷，并將其箝位于電源電壓或負(fù)壓。更進(jìn)一步地，所述的BOOST升壓?jiǎn)卧奢斎腚娫碫in、輸入電容Cin、電感Lmain、MOSFET開(kāi)關(guān)管Q、二極管Ds、輸出電容Cwt和負(fù)載電阻R組成，輸入電源Vin與輸入電容Cin并聯(lián)，電感Lmain、二極管Ds和輸出電容Ctjut依次串聯(lián)后與輸入電容Cin并聯(lián)，電感Lmain的一端與輸入電容的正極連接，電感Lmain的另一端與二極管Ds的正極連接、二極管Ds的負(fù)極與輸出電容Ctjut的正極連接，輸出電容Cwt的負(fù)極接地，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的漏極接在電感Lmain與二極管Ds之間，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的源極接地，所述負(fù)載電阻R并聯(lián)在輸出電容Cwt的兩端。所述的BOOST升壓?jiǎn)卧奢斎腚娫碫in供電，經(jīng)過(guò)輸入電容Cin穩(wěn)壓濾波后，通過(guò)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管Q通斷來(lái)對(duì)主電路電感Lmain,輸出電容Ctjut進(jìn)行充放電，來(lái)達(dá)到升壓的目的。新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，其步驟為
主要是同時(shí)給負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元中的MOSFET開(kāi)關(guān)管Sp S2, S3、S4驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2與S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相反，且兩種信號(hào)之間留有一定的死區(qū)時(shí)間，具體包括以下步驟
(1)首先控制負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元的MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與MOSFET開(kāi)關(guān)管S4處于導(dǎo)通狀態(tài)，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2與MOSFET開(kāi)關(guān)管S3處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)電源V。。通過(guò)MOSFET開(kāi)關(guān)管S4給自舉電容C2充電，使自舉電容C2上的電壓值由零伏開(kāi)始充電，最終達(dá)到U1，此電壓值是忽略MOSFET開(kāi)關(guān)管S4的導(dǎo)通壓降后得到的，其中Ud2為二極管D2上的導(dǎo)通壓降辦的計(jì)算公式如下
U1=Vcc-Ud2(I)
電源V。。通過(guò)二極管D1和MOSFET開(kāi)關(guān)管S1給BOOST升壓?jiǎn)卧蠱OSFET開(kāi)關(guān)管Q充電，使其導(dǎo)通，充電電壓值開(kāi)始為U2，此電壓值是忽略MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的導(dǎo)通壓降后得到的，其中Udi為二極管D1上的導(dǎo)通壓降；U2的計(jì)算公式如下
U2= Vcc-Um(2)
輸入電源Vin開(kāi)始對(duì)電感Lmain充電，隨著自舉電容C2上的電壓值的增加，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q上的充電電壓也隨之增長(zhǎng)，最終達(dá)到U3，并穩(wěn)定在此值上，該過(guò)程的等效電路圖如圖3和圖4所示；U3的計(jì)算公式如下
U3=2VCC-UD1-UD2(3)
(2)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管SpMOSFET開(kāi)關(guān)管S2、M0SFET開(kāi)關(guān)管S3和MOSFET開(kāi)關(guān)管S4都處于關(guān)斷狀態(tài)，由于二極管D1的反向截止作用，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源極上的電壓始終維持在U3上不變，該過(guò)程的等效電路圖如圖5所示；
(3)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管S2與S3處于導(dǎo)通狀態(tài)，而MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與S4處于關(guān)斷狀態(tài)，自舉電容C2上的電壓極性與MOSFET開(kāi)關(guān)管Q上的柵源電壓極性正好相反，形成反向箝位，由于電容上的電壓不能突變，故MOSFET開(kāi)關(guān)管Q上的柵源電壓將會(huì)被箝位在電壓U4上，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q瞬間被關(guān)斷，該過(guò)程的等效電路圖如圖6和圖7所示，輸入電源Vin和電感Lmain同時(shí)對(duì)輸出電容Ctjut充電，完成升壓功能；U4的計(jì)算公式如下
U4=- Vcc +Ud2(4)
(4)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管SpMOSFET開(kāi)關(guān)管S2、M0SFET開(kāi)關(guān)管S3和MOSFET開(kāi)關(guān)管S4處于不導(dǎo)通狀態(tài)，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源極上的電荷沒(méi)有放電回路，故MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源極上的電壓維持在U4上，該過(guò)程的等效電路圖如圖8所示。有益效果
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)本發(fā)明的電路通過(guò)對(duì)自舉電容C2充電，利用自舉電容上的電壓不能突變?cè)韺OSFET開(kāi)關(guān)管Q反向關(guān)斷，相比于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路，該電路在僅僅使用一個(gè)正電源條件下，即 可實(shí)現(xiàn)關(guān)斷MOSFET的PWM信號(hào)為負(fù)電壓，關(guān)斷時(shí)間極短，防止了 MOSFET關(guān)斷時(shí)由于驅(qū)動(dòng)電壓波動(dòng)而造成的誤導(dǎo)通，并且大大減小了關(guān)斷損耗；
(2)與傳統(tǒng)電流源驅(qū)動(dòng)電路相比，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路中沒(méi)有電感這類體積相對(duì)比較龐大的元器件，極大地減小了電路的體積，集成化程度高。


圖I :新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路原理 圖2 :新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)參數(shù)波形 圖3 :新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)I等效電路 圖4 :新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)2等效電路 圖5 :新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)3等效電路 圖6 :新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)4等效電路 圖7 :新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)5等效電路 圖8 :新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路的工作模態(tài)6等效電路 圖9 :開(kāi)關(guān)頻率為500KHz時(shí)MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源電壓波形；
圖10 :開(kāi)關(guān)頻率為500KHz時(shí)MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源電壓導(dǎo)通波形；
圖11 :開(kāi)關(guān)頻率為500KHz時(shí)MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源電壓關(guān)斷波形；
圖中1-B00ST升壓?jiǎn)卧?-負(fù)壓驅(qū)動(dòng)箝位單元。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例I
如圖1，本實(shí)施例的新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路，它包括BOOST升壓?jiǎn)卧狪和負(fù)壓驅(qū)動(dòng)箝位單元2。圖2為新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)參數(shù)波形圖，從圖中可以看到，在一個(gè)周期內(nèi)，即從這段時(shí)間內(nèi)，開(kāi)關(guān)管Q的工作模態(tài)可以分為6個(gè)，具體每個(gè)工作模態(tài)如圖3 圖8所示。BOOST升壓?jiǎn)卧狪由14V輸入電源Vin、50uf輸入電容Cin、50uH電感Lmain、型號(hào)為FQDN10TM的MOSFET開(kāi)關(guān)管Q、二極管Ds、IOuF輸出電容Ctjut與負(fù)載電阻R組成，輸入電源Vin與輸入電容Cin并聯(lián)，電感Lmain、二極管Ds和輸出電容Cwt依次串聯(lián)后與輸入電容Cin并聯(lián)，電感Lniain的一端與輸入電容的正極連接，電感Lniain的另一端與二極管Ds的正極連接、二極管Ds的負(fù)極與輸出電容Ctjut的正極連接，輸出電容Cwt的負(fù)極接地，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的漏極接在電感Lmain與二極管Ds之間，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的源極接地，負(fù)載電阻R并聯(lián)在輸出電容Cout的兩端。
負(fù)壓驅(qū)動(dòng)箝位單元2由5. 3V輸入電源V。。，型號(hào)為FDN335N的MOSFET開(kāi)關(guān)管S1, S2,S3, S4, 5uF的自舉電容C1與自舉電容C2, 二極管D1和二極管D2組成，電源V。。的負(fù)極接地，電源V。。的正極與二極管D1的正極相連，二極管D1的負(fù)極與MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的漏極連接，自舉電容C1的一端接入二極管D1的負(fù)極與MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的漏極之間，自舉電容C1的另一端與自舉電容C2連接，自舉電容C2的另一端與和二極管D2正極連接，二極管D2的負(fù)極接地，MOSFET開(kāi)關(guān)管S4的漏極與電源V。。的正極相連，MOSFET開(kāi)關(guān)管S3的漏極接在電容C1與C2之間，MOSFET開(kāi)關(guān)管S3的源極與地連接，MOSFET開(kāi)關(guān)管S4的源極接在MOSFET開(kāi)關(guān)管 S3的漏極上，MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的漏極與二極管D1的負(fù)極相連，MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的源極與BOOST升壓?jiǎn)卧狪中MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的柵極相連，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2的漏極與MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的源極連接，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2的源極接在電容C2和二極管D2之間。本實(shí)施例的新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，其步驟為
(I)首先控制負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元2的MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與MOSFET開(kāi)關(guān)管S4處于導(dǎo)通狀態(tài)，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2與MOSFET開(kāi)關(guān)管S3處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)電源V。。為5. 3V通過(guò)MOSFET開(kāi)關(guān)管S4給5uF的自舉電容C2充電，使自舉電容C2上的電壓值由零伏開(kāi)始充電，最終達(dá)到
4.6V，此電壓值是忽略MOSFET開(kāi)關(guān)管S4的導(dǎo)通壓降后得到的，其中二極管D2上的導(dǎo)通壓降為0. 7V ；5. 3V的電源V。。通過(guò)二極管D1和MOSFET開(kāi)關(guān)管S1給BOOST升壓?jiǎn)卧狪中MOSFET開(kāi)關(guān)管Q充電，使其導(dǎo)通，充電電壓值開(kāi)始為4. 6V，此電壓值是忽略MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的導(dǎo)通壓降后得到的，其中二極管D1上的導(dǎo)通壓降為0. 7V，14V的輸入電源Vin開(kāi)始對(duì)50uH電感Lmain充電，隨著自舉電容C2上的電壓值的增加，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q上的充電電壓也隨之增長(zhǎng)，最終達(dá)到9. 2V，并穩(wěn)定在此值上。如圖3。(2)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管S1、MOSFET開(kāi)關(guān)管S2、MOSFET開(kāi)關(guān)管S3和MOSFET開(kāi)關(guān)管S4都處于關(guān)斷狀態(tài)，由于二極管D1的反向截止作用，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源極上的電壓始終維持在9. 2V上不變。(3)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管S2與S3處于導(dǎo)通狀態(tài)，而MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與S4處于關(guān)斷狀態(tài)，自舉電容C2上的電壓極性與MOSFET開(kāi)關(guān)管Q上的柵源電壓極性正好相反，形成反向箝位，由于電容上的電壓不能突變，故MOSFET開(kāi)關(guān)管Q上的柵源電壓將會(huì)被箝位在-4. 6V上，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q瞬間被關(guān)斷，該過(guò)程的等效電路圖如圖6和圖7所示，14V的輸入電源Vin和50uH的電感Lmain同時(shí)對(duì)IOuF輸出電容Ctjut充電，完成升壓功能。(4)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管S1、MOSFET開(kāi)關(guān)管S2、MOSFET開(kāi)關(guān)管S3和MOSFET開(kāi)關(guān)管S4處于不導(dǎo)通狀態(tài)，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源極上的電荷沒(méi)有放電回路，故MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源極上的電壓維持在-4. 6V上，該過(guò)程的等效電路圖如圖8所示。令電路工作頻率為f=500KHz，MOSFET開(kāi)關(guān)管S1和S2，S3和S4相互之間的死區(qū)時(shí)間為20ns。圖9為BOOST升壓?jiǎn)卧狪中MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的柵源極電壓Vras的仿真波形，由圖可知，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期2us內(nèi)，當(dāng)MOSFET開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通后，其柵源極電壓Vas被穩(wěn)定在
9.8V左右，Q關(guān)斷時(shí)，其柵源極電壓Vras被箝位于-4. 6V左右，實(shí)現(xiàn)了以負(fù)壓關(guān)斷MOSFET開(kāi)關(guān)管，并且開(kāi)通與關(guān)斷信號(hào)均小于MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的柵源電壓承受的額定電壓±20V。圖10為BOOST升壓?jiǎn)卧狪中MOSFET開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通階段柵源電壓Vras波形圖，由圖10可知，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的柵源電壓Vas經(jīng)過(guò)約IOns的時(shí)間由-4. 6V上升到9. 8V，導(dǎo)通時(shí)間是比較快的，根據(jù)MOSFET的導(dǎo)通特性可知，驅(qū)動(dòng)電壓越高，開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟時(shí)間越短，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通電阻越小，開(kāi)關(guān)管性能越好。圖11為BOOST升壓?jiǎn)卧狪中MOSFET開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷階段柵源電壓Vas波形圖，由圖11可知，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)的柵源電壓Vas由9. 8V下降到OV所 用的時(shí)間為2. 4ns,并且其后柵源電壓Vas繼續(xù)下降并最終箝位在-4. 6V，有效地防止了由于外界的干擾因素而導(dǎo)致的誤導(dǎo)通。綜上所述，相比于傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路，本發(fā)明提出的驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法能夠極大地降低開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，有效地減小了開(kāi)關(guān)損耗。
權(quán)利要求
1.新型低端MOSFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路，它包括負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元(2)，所述的負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元(2)與BOOST升壓?jiǎn)卧?I)電路連接，其特征在于 所述的負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元(2)由電源V。。、自舉電容仏、自舉電容C2、二極管口工、二極管D2、M0SFET開(kāi)關(guān)管SpMOSFET開(kāi)關(guān)管S2、M0SFET開(kāi)關(guān)管S3和MOSFET開(kāi)關(guān)管S4組成，所述的電源V。。的負(fù)極接地，電源V。。的正極與二極管D1的正極相連，二極管D1的負(fù)極與MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的漏極連接，所述的自舉電容C1的一端接入二極管D1的負(fù)極與MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的漏極之間，自舉電容C1的另一端與自舉電容C2連接，自舉電容C2的另一端與和二極管D2正極連接，二極管D2的負(fù)極接地，所述MOSFET開(kāi)關(guān)管S4的漏極與電源V。。的正極相連，MOSFET開(kāi)關(guān)管S3的漏極接在電容C1與C2之間，MOSFET開(kāi)關(guān)管S3的源極與地連接，MOSFET開(kāi)關(guān)管S4的源極接在MOSFET開(kāi)關(guān)管S3的漏極上，MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的源極與BOOST升壓?jiǎn)卧?I)中MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的柵極相連，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2的漏極與MOSFET開(kāi)關(guān)管S1的源極連接，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2的源極接在電容C2和二極管D2之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述的BOOST升壓?jiǎn)卧?I)由輸入電源Vin、輸入電容Cin、電感Lmain、M0SFET開(kāi)關(guān)管Q、二極管Ds、輸出電容Crat和負(fù)載電阻R組成，輸入電源Vin與輸入電容Cin并聯(lián)，電感Lmain、二極管Ds和輸出電容Ctjut依次串聯(lián)后與輸入電容Cin并聯(lián)，電感Lmain的一端與輸入電容Cin的正極連接，電感Lmain的另一端與二極管Ds的正極連接、二極管Ds的負(fù)極與輸出電容Ctjut的正極連接，輸出電容Ctjut的負(fù)極接地，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的漏極接在電感Lmain與二極管Ds之間，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q的源極接地，所述負(fù)載電阻R并聯(lián)在輸出電容Cwt的兩端。
3.新型低端M0SFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，同時(shí)給所述負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元(2)中的MOSFET開(kāi)關(guān)管Sp MOSFET開(kāi)關(guān)管S2、MOSFET開(kāi)關(guān)管S3和MOSFET開(kāi)關(guān)管S4驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與MOSFET開(kāi)關(guān)管S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2與MOSFET開(kāi)關(guān)管S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與MOSFET開(kāi)關(guān)管S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相反，且兩種信號(hào)之間留有一定的死區(qū)時(shí)間，具體包括以下步驟 (1)首先控制負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元(2)的MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與MOSFET開(kāi)關(guān)管S4處于導(dǎo)通狀態(tài)，MOSFET開(kāi)關(guān)管S2與MOSFET開(kāi)關(guān)管S3處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)電源V。。通過(guò)MOSFET開(kāi)關(guān)管S4給自舉電容C2充電，使自舉電容C2上的電壓值由零伏開(kāi)始充電，最終達(dá)到U1，其中Ud2為二極管D2上的導(dǎo)通壓降W1的計(jì)算公式如下U1=Vcc-Ud2(I) 電源V。。通過(guò)二極管D1和MOSFET開(kāi)關(guān)管S1給BOOST升壓?jiǎn)卧?I)中MOSFET開(kāi)關(guān)管Q充電，使其導(dǎo)通，提供的充電電壓值開(kāi)始為U2，其中Udi為二極管0:上的導(dǎo)通壓降；U2的計(jì)算公式如下 U2= Vcc-Um(2) 輸入電源Vin開(kāi)始對(duì)電感Lmain充電，隨著自舉電容C2上的電壓值的增加，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q上的充電電壓也隨之增長(zhǎng)，最終達(dá)到U3，并穩(wěn)定在此值上，U3的計(jì)算公式如下 U3=2VCC-UD1-UD2(3) (2)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管SpMOSFET開(kāi)關(guān)管S2、M0SFET開(kāi)關(guān)管S3和MOSFET開(kāi)關(guān)管S4都處于關(guān)斷狀態(tài)，由于二極管D1的反向截止作用，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源極上的電壓始終維持在U3上不變；(3)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管S2與S3處于導(dǎo)通狀態(tài)，而MOSFET開(kāi)關(guān)管S1與S4處于關(guān)斷狀態(tài)，自舉電容C2上的電壓極性與MOSFET開(kāi)關(guān)管Q上的柵源電壓極性正好相反，形成反向箝位，由于電容上的電壓不能突變，故MOSFET開(kāi)關(guān)管Q上的柵源電壓將會(huì)被箝位在電壓U4上，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q瞬間被關(guān)斷，輸入電源Vin和電感Lmain同時(shí)對(duì)輸出電容Cwt充電，完成升壓功能；U4的計(jì)算公式如下 U4=- Vcc +Ud2(4) (4)控制MOSFET開(kāi)關(guān)管SpMOSFET開(kāi)關(guān)管S2、M0SFET開(kāi)關(guān)管S3和MOSFET開(kāi)關(guān)管S4處于不導(dǎo)通的狀態(tài)，MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源極上的電荷沒(méi)有放電回路，故MOSFET開(kāi)關(guān)管Q柵源極上的電壓維持在U4上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型低端MOSFET/IGBT負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法，屬于電力電子驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。它包括電路連接的負(fù)壓箝位驅(qū)動(dòng)單元與BOOST升壓?jiǎn)卧豢刂品椒ǖ牟襟E為(1)控制S1與S4處于導(dǎo)通狀態(tài)，S2與S3處于關(guān)斷狀態(tài)；(2)控制S1、S2、S3和S4處于關(guān)斷狀態(tài)，Q柵源極上的電壓始終維持在U3上不變；(3)控制S2與S3處于導(dǎo)通狀態(tài)，S1與S4處于關(guān)斷狀態(tài)，Q上的柵源電壓將會(huì)被箝位在電壓U4上，Q瞬間被關(guān)斷；(4)控制S1、S2、S3和S4都處于不導(dǎo)通狀態(tài)，Q柵源極上的電壓維持在U4上。其中S1、S2、S3、S4和Q均代表不同的MOSFET開(kāi)關(guān)管。本發(fā)明提高了驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾能力，可有效防止開(kāi)關(guān)器件的誤導(dǎo)通。
文檔編號(hào)H02M1/088GK102684462SQ20121017627
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者何勝方, 宋斌, 葛蘆生, 陳宗祥 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)