本发明专利技术公开了一种基于MOSFET开关动态特性的驱动电路，其包括控制单元、隔离单元、MOSFET驱动单元。控制单元用于采样MOSFET开关过程中的栅极电压并产生MOSFET开关各阶段切换驱动电阻所需的逻辑信号。隔离单元用于实现控制单元与MOSFET驱动单元的电气隔离，提高电路抗干扰性。MOSFET驱动单元用于接收经电气隔离后控制单元的逻辑信号，完成MOSFET开关各阶段驱动电阻的切换。本发明专利技术基于MOSFET的动态开关特性，以牺牲较小开关速度和电路简易度的代价，提升了MOSFET器件的稳定性及安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子
，更进一步涉及电力电子
中的一种基于金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)开关动态特性的驱动电路。本专利技术可用于改善MOSFET在开关过程中的电压过冲及电流过冲，并兼顾开关器件的损耗，可用于指导设计MOSFET大功率电路的驱动电路。
技术介绍
目前，在电力电子
中，常用的MOSFET驱动方法有两种方案：一种是采用小电阻驱动，另一种是采用大电阻驱动。小电阻驱动是指MOSFET栅极至地的驱动回路中采用较小的驱动电阻。大电阻驱动是指MOSFET栅极至地的驱动回路中采用较大的驱动电阻。采用小电阻驱动可以加快MOSFET开关速度，使得MOSFET开关损耗降低，有利于提升MOSFET应用电路的系统效率，但是MOSFET开关过程时过大的di/dt变化率，会引发开启时MOSFET漏电流的过冲以及关断时会引起MOSFET源漏电压过冲，给电路稳定性带来隐患；采用大电阻驱动可以降低开关过程中的di/dt的变化率，因此有利于降低开关期间MOSFET漏电流和源漏电压的过冲，但是MOSFET开关损耗会增加，导致MOSFET应用电路系统效率降低。综上：从MOSFET的驱动设计角度，影响MOSFET开关特性的关键因素为栅极驱动电阻。如何根据电路要求以及MOSFET在开关状态时的动态特性来选择合适的栅极驱动电阻对于提高电路稳定性及电路系统效率格外重要。南京航空航天大学在其申请专利“一种高可靠性MOSFET驱动电路”(申请公布号CN 103944549A，申请号201410132304.3，申请日期2014.04.03)中公开了一种MOSFET驱动电路。该驱动电路中开启和关断阶段选用不同驱动电阻走不同驱动回路，可通过调节两个驱动电阻的大小来调节MOSFET的开启与关断速度。该电路存在的不足之处是，对于开启或关断任意一个过程，驱动电阻在选定后就不能改变。这意味着若选用小驱动电阻，那么开通或关断速度就会变小，MOSFET开启时的电流过冲及和关断时的电压过冲就会变大。若选用大驱动电阻，MOSFET开启时的电流过冲和关断时的电压过冲就会得到改善。但是开通或关断速度就会变大，导致开关损耗增加。上海理工大学在其申请专利“一种大功率MOSFET驱动电路”(申请公布号CN 103715871A，申请号201410000233.1，申请日期2014.01.02)中公开了一种MOSFET驱动电路。该驱动电路中开启和关断阶段同样选用不同驱动电阻走不同驱动回路，可通过调节两个驱动电阻的大小来调节MOSFET的开启与关断速度。该专利的一项权利要求中给出栅极电阻取值为5-10欧，此范围的电阻取值有利于加快开关速度，降低开关损耗。但是，该电路存在的不足之处是，关断时易导致MOSFET产生电压过冲。综上：减轻功率主电路中MOSFET关断时的过冲电压主要方法是给关断电路提供一条较大阻抗的放电回路来抑制电流变化率，从而减轻有杂散电感引起的电压过冲。由于MOSFET器件CISS是固定不变的，由充放电时间常数t＝CISSRG可知：提高开关速度的主要方式就是减小充放电回路的阻抗。由于电压过冲和开关速度中存在矛盾，传统的固定电阻驱动方法无法同时兼顾两者，使功率电路同时具有开关速度快和电路稳定性好的特点。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提出一种基于MOSFET开关动态特性的驱动电路。本专利技术可在MOSFET开关不同阶段选择不同驱动电阻来驱动MOSFET，在开关过程的各危险阶段选用大电阻驱动，其余阶段选用小电阻驱动。本专利技术在MOSFET开关速度及损耗变化不大的基础上，降低了MOSFET开关过程中的电流过冲及电压过冲，提高了电路系统的稳定性。为实现本专利技术的目的，本专利技术包括控制单元、隔离单元、MOSFET驱动单元，控制单元的第一个输出端、第二个输出端分别连接隔离单元的第二个输入端、第三个输入端。隔离单元的第一个输入端用于接收PWM输入信号。MOSFET驱动单元的第一个输入端、第二个输入端、第三个输入端分别连接隔离单元的第一个输出端、第二个输出端、第三个输出端。控制单元用于采样第一个MOSFET开关过程中的栅极电压，并产生第一个MOSFET开关过程各阶段切换驱动电阻的逻辑信号。控制单元中的三个电压比较器U1A、U1B、U1F的同相输入端，三个电压比较器U1C、U1D、U1E的反向输入端均与MOSFET驱动单元中第一个MOSFET栅极连接，三个电压比较器U1A、U1B、U1F的反向输入端分别与参考电压V0、V1、V5连接，三个电压比较器U1C、U1D、U1E的同向输入端分别与参考电压V2、V3、V4连接，三个电压比较器U1A、U1B、U1C的输出端分别连接与门芯片AND1的三个输入端。与门芯片AND1的输出端连接或门芯片OR的一个输入端，或门芯片OR另一个输入端与反向器芯片INV的输出端连接。反向器芯片INV输入端用于接收PWM输入信号，或门芯片OR的输出端与隔离单元中的光耦U2B输入端连接。三个电压比较器U1D、U1E、U1F的输出端分别连接与门芯片AND2的三个输入端，与门芯片AND2的输出端连接或非门芯片NOR的一个输入端，或非门芯片NOR的另一个输入端用于接收PWM输入信号连接，或非门芯片NOR输出端与隔离单元中的光耦U2C输入端连接。隔离单元用于实现控制单元与MOSFET驱动单元的电气隔离，提高电路抗干扰性。隔离单元中的光耦U2A输入端用于接收PWM输入信号，光耦U2A的输出端与MOSFET驱动单元的电平转换电路U3A的输入端连接。光耦U2B的输入端与控制单元中的或门芯片OR输出端连接，光耦U2B的输出端与MOSFET驱动单元中的电平转换电路U3B的输入端连接。光耦U2C的输入端与控制单元中的或非门芯片NOR输出端连接，光耦U2C的输出端与MOSFET驱动单元中的电平转换电路U3C的输入端连接。MOSFET驱动单元，用于接收经电气隔离后控制单元的逻辑信号，完成第一个MOSFET开关各阶段驱动电阻的切换。MOSFET的驱动单元中的电平转换电路U3A输入端与隔离单元中的光耦U2A输出端连接，电平转换电路U3A的输出端分别与二极管D1的正极连接、二极管D2的负极连接，二极管D1的负极、二极管D2的正极分别与驱动电阻R1、驱动电阻R2的一端相连，驱动电阻R1、驱动电阻R2的另一端均连接第一个MOSFET的栅极。MOSFET的驱动单元中的电平转换电路U3B的输入端与隔离单元中的光耦U2B输出端连接，电平转换电路U3B输出端与第二个MOSFET的栅极连接，第二个MOSFET的源级与高电平VDD连接。第二个MOSFET的漏级与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极连接驱动电阻R3的一端，驱动电阻R3的另一端连接第一个MOSFET的栅极。电平转换电路U3C的输入端与隔离单元中的光耦U2C输出端连接，电平转换电路U3C的输出端与第三个MOSFET的栅极连接，第三个MOSFET的源级与地连接，第三个MOSFET的漏级与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极连接驱动电阻R4的一端，驱动电阻R4的另一端连接第一个MOSFET的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于MOSFET开关动态特性的驱动电路，包括控制单元、隔离单元、MOSFET驱动单元，其特征在于：所述控制单元的第一个输出端、第二个输出端分别连接隔离单元的第二个输入端、第三个输入端；所述的隔离单元的第一个输入端用于接收PWM输入信号；所述的MOSFET驱动单元的第一个输入端、第二个输入端、第三个输入端分别连接隔离单元的第一个输出端、第二个输出端、第三个输出端；所述控制单元，用于采样第一个MOSFET开关过程中的栅极电压，并产生第一个MOSFET开关过程各阶段切换驱动电阻的逻辑信号；所述控制单元中的三个电压比较器U1A、U1B、U1F的同相输入端，三个电压比较器U1C、U1D、U1E的反向输入端均与MOSFET驱动单元中第一个MOSFET栅极连接，三个电压比较器U1A、U1B、U1F的反向输入端分别与参考电压V0、V1、V5连接，三个电压比较器U1C、U1D、U1E的同向输入端分别与参考电压V2、V3、V4连接，三个电压比较器U1A、U1B、U1C的输出端分别连接与门芯片AND1的三个输入端；所述与门芯片AND1的输出端连接或门芯片OR的一个输入端，所述或门芯片OR另一个输入端与反向器芯片INV的输出端连接；所述反向器芯片INV输入端用于接收PWM输入信号，或门芯片OR的输出端与隔离单元中的光耦U2B输入端连接；三个电压比较器U1D、U1E、U1F的输出端分别连接与门芯片AND2的三个输入端，与门芯片AND2的输出端连接或非门芯片NOR的一个输入端，或非门芯片NOR的另一个输入端用于接收PWM输入信号连接，或非门芯片NOR输出端与隔离单元中的光耦U2C输入端连接；所述隔离单元，用于实现控制单元与MOSFET驱动单元的电气隔离，提高电路抗干扰性；所述隔离单元中的光耦U2A输入端用于接收PWM输入信号，光耦U2A的输出端与MOSFET驱动单元中的电平转换电路U3A的输入端连接；所述光耦U2B的输入端与所述控制单元中的或门芯片OR输出端连接，所述光耦U2B的输出端与MOSFET驱动单元中的电平转换电路U3B的输入端连接；所述光耦U2C的输入端与所述控制单元中的或非门芯片NOR输出端连接，所述光耦U2C的输出端与MOSFET驱动单元中的电平转换电路U3C的输入端连接；所述MOSFET驱动单元，用于接收经电气隔离后控制单元的逻辑信号，完成第一个MOSFET开关各阶段驱动电阻回路的切换；所述MOSFET的驱动单元中的电平转换电路U3A输入端与隔离单元中的光耦U2A输出端连接，电平转换电路U3A的输出端分别与二极管D1的正极连接、二极管D2的负极连接，二极管D1的负极、二极管D2的正极分别与驱动电阻R1、驱动电阻R2的一端相连，驱动电阻R1、驱动电阻R2的另一端均连接第一个MOSFET的栅极；所述MOSFET的驱动单元中的电平转换电路U3B的输入端与隔离单元中的光耦U2B输出端连接，电平转换电路U3B输出端与第二个MOSFET的栅极连接，第二个MOSFET的源级与高电平VDD连接，所述第二个MOSFET的漏级与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极连接驱动电阻R3的一端，驱动电阻R3的另一端连接第一个MOSFET的栅极；所述电平转换电路U3C的输入端与隔离单元中的光耦U2C输出端连接，电平转换电路U3C的输出端与第三个MOSFET的栅极连接；所述第三个MOSFET的源级与地连接，第三个MOSFET的漏级与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极连接驱动电阻R4的一端，驱动电阻R4的另一端连接第一个MOSFET的栅极。...
【技术特征摘要】
1.一种基于MOSFET开关动态特性的驱动电路，包括控制单元、隔离单元、MOSFET驱动单元，其特征在于：所述控制单元的第一个输出端、第二个输出端分别连接隔离单元的第二个输入端、第三个输入端；所述的隔离单元的第一个输入端用于接收PWM输入信号；所述的MOSFET驱动单元的第一个输入端、第二个输入端、第三个输入端分别连接隔离单元的第一个输出端、第二个输出端、第三个输出端；所述控制单元，用于采样第一个MOSFET开关过程中的栅极电压，并产生第一个MOSFET开关过程各阶段切换驱动电阻的逻辑信号；所述控制单元中的三个电压比较器U1A、U1B、U1F的同相输入端，三个电压比较器U1C、U1D、U1E的反向输入端均与MOSFET驱动单元中第一个MOSFET栅极连接，三个电压比较器U1A、U1B、U1F的反向输入端分别与参考电压V0、V1、V5连接，三个电压比较器U1C、U1D、U1E的同向输入端分别与参考电压V2、V3、V4连接，三个电压比较器U1A、U1B、U1C的输出端分别连接与门芯片AND1的三个输入端；所述与门芯片AND1的输出端连接或门芯片OR的一个输入端，所述或门芯片OR另一个输入端与反向器芯片INV的输出端连接；所述反向器芯片INV输入端用于接收PWM输入信号，或门芯片OR的输出端与隔离单元中的光耦U2B输入端连接；三个电压比较器U1D、U1E、U1F的输出端分别连接与门芯片AND2的三个输入端，与门芯片AND2的输出端连接或非门芯片NOR的一个输入端，或非门芯片NOR的另一个输入端用于接收PWM输入信号连接，或非门芯片NOR输出端与隔离单元中的光耦U2C输入端连接；所述隔离单元，用于实现控制单元与MOSFET驱动单元的电气隔离，提高电路抗干扰性；所述隔离单元中的光耦U2A输入端用于接收PWM输入信号，光耦U2A的输出端与MOSFET驱动单元中的电平转换电路U3A的输入端连接；所述光耦U2B的输入端与所述控制单元中的或门芯片OR输出端连接，所述光耦U2B的输出端与MOSFET驱动单元中的电平转换电路U3B的输入端连接；所述光耦U2C的输入端与所述控制单元中的或非门芯片NOR输出端连接，所述光耦U2C的输出端与MOSFET驱动单元中的电平转换电路U3C的输入端连接；所述MOSFET驱动单元，用于接收经电气隔离后控制单元的逻辑信号，完成第一个MOSFET开关各阶段驱动电阻回路的切换；所述MOSFET的驱动单元中的电平转换电路U3A输入端与隔离单元中的光耦U2A输出端连接，电平转换电路U3A的输出端分别与二极管D1的正极连接、二极管D2的负极连接，二极管D1的负极、二极管D2的正极分别与驱动电阻R1、驱动电阻R2的一端相连，驱动电阻R1、驱动电阻R2的另一端均连接第一个MOSFET的栅极；所述MOSFET的驱动单元中的电平转换电路U3B的输入端与隔离单元中的光耦U2B输出端连接，电平转换电路U3B输出端与第二个MOSFET的栅极连接，第二个MOSFET的源级与高电平VDD连接，所述第二个MOSFET的漏级与二极管D3的正极...
【专利技术属性】
技术研发人员：张艺蒙，许耀，宋庆文，汤晓燕，张玉明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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