本實用新型涉及NMOS管驅動電路，尤其是涉及一種NMOS管高電壓高速驅動電路。

背景技術：

NMOS管由于其輸入電阻高、電壓驅動型(柵極與源極之間電壓高于一定值即可導通)、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域寬、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，目前廣發(fā)應用于電子行業(yè)，但因其制造工藝的限制，會在NMOS管的三個管腳之間產(chǎn)生寄生電容，而寄生電容會導致NMOS管導通關斷變慢，從而增加了NMOS管的開關損耗，因此需要一個能高速驅動NMOS管的電路要減小寄生電容對開關MOS管的影響。目前存在NMOS管驅動電路，存在以下缺點: （1）功耗大,成本高。（2）可承受輸入電壓幅值范圍小。（3）開關速度慢。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服傳統(tǒng)的NMOS管驅動電路功耗大、成本高，可承受輸入電壓幅值范圍小，開關速度慢等缺點，本實用新型的目的在于提供一種NMOS管高電壓高速驅動電路，是一種功耗小、成本低，可承受輸入電壓范圍大，開關速度快的驅動電路。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：

本實用新型包括輸入保護整流電路、驅動主電路和主回路電路；輸入保護整流電路，包括整流四個二極管D2～ D5和雙向TVS管或雙向穩(wěn)壓二極管D1，主回路電路，包括NMOS管M1、二極管D7和負載L1，輸入保護整流電路對驅動主電路和主回路電路供直流電。

所述驅動主電路，包括三極管Q1～Q3、電阻R1～R6、電容C1、二極管D6和穩(wěn)壓二極管D8；三極管Q1的集電極經(jīng)電阻R4和電阻R3接GND，電阻R1的兩端并聯(lián)電容C1后分為兩路，一路接三極管Q1的基極，另一路經(jīng)電阻R2分別接三極管Q1的發(fā)射極、三極管Q3的集電極、負載L1的一端和二極管D7的負極后接VCC，穩(wěn)壓二極管D8的兩端并聯(lián)電阻R3，穩(wěn)壓二極管D8的負極接電阻R6的一端和三極管Q3的基極，電阻R6的另一端接三極管Q3的發(fā)射極、二極管D6的正極、三極管Q2的基極和電阻R5的一端，電阻R5的另一端接三極管Q2的集電極和NMOS管M1的源極后接GND，二極管D6的負極接三極管Q2的發(fā)射極和NMOS管M1的柵極。

所述驅動主電路，包括三極管Q1～Q3、電阻R1～R6、電容C1和二極管D6；三極管Q1的集電極經(jīng)電阻R4和電阻R3接GND，電阻R1的兩端并聯(lián)電容C1后分為兩路，一路接三極管Q1的基極，另一路經(jīng)電阻R2分別接三極管Q1的發(fā)射極、三極管Q3的集電極、負載L1的一端和二極管D7的負極后接VCC，電阻R3和電阻R4連接點接電阻R6的一端和三極管Q3的基極，電阻R6的另一端接三極管Q3的發(fā)射極、二極管D6的正極、三極管Q2的基極和電阻R5的一端，電阻R5的另一端接三極管Q2的集電極和NMOS管M1的源極后接GND，二極管D6的負極接三極管Q2的發(fā)射極和NMOS管M1的柵極。

所述驅動主電路，包括三極管Q1～Q2、電阻R1～R4、電容C1、二極管D6和穩(wěn)壓二極管D8；三極管Q1的集電極經(jīng)電阻R4和電阻R3接GND，電阻R1的兩端并聯(lián)電容C1后分為兩路，一路接三極管Q1的基極，另一路經(jīng)電阻R2分別接三極管Q1的發(fā)射極、負載L1的一端和二極管D7的負極后接VCC，穩(wěn)壓二極管D8的兩端并聯(lián)電阻R3，穩(wěn)壓二極管D8的負極分別接三極管Q2的基極和二極管D6的正極，二極管D6的負極分別接三極管Q2的發(fā)射極和NMOS管M1的柵極，三極管Q2的集電極接NMOS管M1的源極后接GND。

所述驅動主電路，包括三極管Q1～Q2、電阻R1～R4、電容C1和二極管D6；三極管Q1的集電極經(jīng)電阻R4和電阻R3接GND，電阻R1的兩端并聯(lián)電容C1分為兩路，一路接三極管Q1的基極，另一路經(jīng)電阻R2分別接負載L1的一端和二極管D7的負極后接VCC，電阻R3和電阻R4連接點分別接三極管Q2的基極和二極管D6的正極，二極管D6的負極分別接三極管Q2的發(fā)射極和NMOS管M1的柵極，三極管Q2的集電極接NMOS管M1的源極后接GND。

所述輸入保護整流電路的輸入信號為直流信號或交流信號，直流信號的電壓值為2-1000V；交流信號的電壓有效為2-1000V，頻率為50Hz或者60Hz；所述驅動主電路的輸入類似方波信號由上述直流信號或交流信號與一個高電平信號為0V、低電平信號為-2V--15V、頻率為100-40000Hz的方波信號疊加而成。

本實用新型具有的有益效果是：

本實用新型工作功耗小，僅有普通驅動電路功耗的50%；成本低，僅有普通驅動電路價格的20%；本實用新型可根據(jù)供電電源的電壓幅值而調節(jié)電阻參數(shù)來驅動NMOS管，無需供電電源以外的額外電源供電，且可承受的電壓范圍大(2-1000V)，而普通驅動電路都需要額外的電源供電，且可承受電壓范圍小(幾十伏);本實用新型驅動NMOS管速度快，可達到100k，而普通驅動只能達到50k。

附圖說明

圖1是NMOS管高電壓高速驅動電路。

圖2是NMOS管高電壓高速驅動電路(去除驅動主電路穩(wěn)壓二極管)。

圖3是NMOS管高電壓高速驅動電路(去除驅動主電路其中一個三極管)。

圖4是NMOS管高電壓高速驅動電路(去除驅動主電路穩(wěn)壓二極管和其中一個二極管)。

圖5是NMOS管高電壓高速驅動電路典型應用電路（電路輸入220V交流電源信號和類方波驅動信號）。

圖6是輸入保護整流電路。

圖7是驅動主電路。

圖8是主回路電路。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。

如圖1、圖6～圖8所示，本實用新型包括輸入保護整流電路、驅動主電路和主回路電路；輸入保護整流電路，包括整流四個二極管D2～ D5和雙向TVS管或雙向穩(wěn)壓二極管D1，主回路電路，包括NMOS管M1、二極管D7和負載L1，輸入保護整流電路對驅動主電路和主回路電路供直流電。

如圖1和圖5所示，是本實用新型的NMOS管高電壓高速驅動電路和電路典型應用電路，如圖7所示，是本實用新型的驅動主電路。所述驅動主電路，包括三極管Q1～Q3、電阻R1～R6、電容C1、二極管D6和穩(wěn)壓二極管D8；三極管Q1的集電極經(jīng)電阻R4和R3接GND，電阻R1的兩端并聯(lián)電容C1分為兩路，一路接三極管Q1的基極，另一路經(jīng)電阻R2分別接三極管Q1的發(fā)射極、三極管Q3的集電極、負載L1的一端和二極管D7的負極后接VCC，穩(wěn)壓二極管D8的兩端并聯(lián)電阻R3，穩(wěn)壓二極管D8的負極接電阻R6的一端和三極管Q3的基極，電阻R6的另一端接三極管Q3的發(fā)射極、二極管D6的正極、三極管Q2的基極和電阻R5的一端，電阻R5的另一端接三極管Q2的集電極、NMOS管M1的源極后接GND，二極管D6的負極接三極管Q2的發(fā)射極和NMOS管M1的柵極。

如圖2所示，是NMOS管高電壓高速驅動電路(去除驅動主電路穩(wěn)壓二極管)，所述驅動主電路，包括三極管Q1～Q3、電阻R1～R6、電容C1和二極管D6；三極管Q1的集電極經(jīng)電阻R4和R3接GND，電阻R1的兩端并聯(lián)電容C1分為兩路，一路接三極管Q1的基極，另一路經(jīng)電阻R2分別接三極管Q1的發(fā)射極、三極管Q3的集電極、負載L1的一端和二極管D7的負極后接VCC，電阻R3和R4連接點接電阻R6的一端和三極管Q3的基極，電阻R6的另一端接三極管Q3的發(fā)射極、二極管D6的正極、三極管Q2的基極和電阻R5的一端，電阻R5的另一端接三極管Q2的集電極、NMOS管M1的源極后接GND，二極管D6的負極接三極管Q2的發(fā)射極和NMOS管M1的柵極。

如圖3所示，是NMOS管高電壓高速驅動電路(去除驅動主電路其中一個三極管)，所述驅動主電路，包括三極管Q1～Q2、電阻R1～R4、電容C1、二極管D6和穩(wěn)壓二極管D8；三極管Q1的集電極經(jīng)電阻R4和R3接GND，電阻R1的兩端并聯(lián)電容C1分為兩路，一路接三極管Q1的基極，另一路經(jīng)電阻R2分別接三極管Q1的發(fā)射極、負載L1的一端和二極管D7的負極后接VCC，穩(wěn)壓二極管D8的兩端并聯(lián)電阻R3，穩(wěn)壓二極管D8的負極分別接三極管Q2的基極和二極管D6的正極，二極管D6的負極分別接三極管Q2的發(fā)射極和NMOS管M1的柵極，三極管Q2的集電極接NMOS管M1的源極后接GND。

如圖4所示，是NMOS管高電壓高速驅動電路(去除驅動主電路穩(wěn)壓二極管和其中一個二極管)，所述驅動主電路，包括三極管Q1～Q2、電阻R1～R4、電容C1和二極管D6；三極管Q1的集電極經(jīng)電阻R4和R3接GND，電阻R1的兩端并聯(lián)電容C1分為兩路，一路接三極管Q1的基極，另一路經(jīng)電阻R2分別接負載L1的一端和二極管D7的負極后接VCC，電阻R3和R4連接點分別接三極管Q2的基極和二極管D6的正極，二極管D6的負極分別接三極管Q2的發(fā)射極和NMOS管M1的柵極，三極管Q2的集電極接NMOS管M1的源極后接GND。

所述輸入保護整流電路的輸入信號為直流信號或交流信號，直流信號的電壓值為2-1000V；交流信號的電壓有效為2-1000V，頻率為50Hz或者60Hz；所述驅動主電路的輸入類似方波信號由上述直流信號或交流信號與一個高電平信號為0V、低電平信號為-2V--15V、頻率為100-40000Hz的方波信號疊加而成。

本實用新型的輸入保護整流電路由D1（TVS管或者雙向穩(wěn)壓二極管），D2、D3、D4、D5（整流二極管）組成。所述驅動主電路由Q1(PNP轉換三極管)、Q2(PNP釋放三極管)、Q3(NPN放大三極管(可去除))、R1(限流電阻)、R2(釋放電阻)、R3(分壓電阻)、R4(分壓電阻)、R5(限流電阻)、R6(釋放電阻(可去除))、C1(快速關斷電阻)、D6(分流二極管)、D8(穩(wěn)壓二極管(可去除))。所述主回路電路由M1(NMOS管) 、D7(續(xù)流二極管)和L1(負載)組成。

驅動主電路中的放大三極管用于放大施加到開啟NMOS管瞬間電流，縮短NMOS管導通時間，而對于有些場合，不需要放大三極管放大電流，也能滿足NMOS管導通時間要求，因此可去除放大三極管。所述驅動主電路中的穩(wěn)壓二極管用于提供過壓保護，而對于一些電壓穩(wěn)定可去除穩(wěn)壓二極管。

輸入保護整流電路提供對控制電路的保護和對輸入信號的整流。驅動主電路提供開啟NMOS管瞬間所需電流和關斷NMOS管瞬間所需釋放電荷提供回路(NMOS管柵極與源極之間存在寄生電容，而MOS管的驅動，實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。而對電容放電就需要一個回路，快速將電容上電荷釋放掉)。主回路電路提供驅動負載能力。

結合圖5所示，典型應用電路說明控制電路的工作方式。

在圖5中的Vin+和Vin-之間輸入一個頻率50Hz，電壓有效值為220V的交流電壓激勵，激勵信號經(jīng)過輸入保護整流電路轉化成一個電壓有效值為220V的全波直流信號（電壓直流偏置分量為零），同時在驅動主電路Input端輸入一個類似方波信號(方波信號由Vin+與Vin-兩端輸入信號經(jīng)橋式整流電路整流后所得全波直流信號與一個高電平信號為0V、低電平信號為-15V、頻率為20000Hz的方波信號疊加而成)，當輸入類似方波信號為低電平時，此時VCC處電平高于電阻R2與電阻R3相連接處電平，電阻R2與電阻R3相連接處電平高于Input處電平(即電容C1兩端有電壓差)，則此時轉換三極管導通處于飽和狀態(tài)，此時上述整流所得220V全波直流信號加載到分壓電阻上面，按照分壓電阻阻值，其中一個分壓電阻兩端電壓為有效值為14.47V的全波直流信號，此信號正好加載到放大二極管上的基極上，則放大三極管處于放大狀態(tài)，同時將放大后的信號加載到分流二極管正極，而分流二極管的負極電壓為零，則分流二極管導通，則此時驅動主電路對NMOS管柵極與源極之間寄生電容充電，NMOS管迅速導通，而此時釋放三級極管發(fā)射極與基極之間電壓基本相同，釋放二極管截止。當輸入類似方波信號為高電平時，此時Input處電平與VCC處電平相同，而電容C1兩端電壓不能突變，則此時電阻R2與電阻R3相連接處電平高于Input處電平，即VCC處電平低于電阻R2與電阻R3相連接處電平，因此轉換三極管被基極和發(fā)射極之間的負電壓迅速關斷，則轉換三極管截止，此時分壓電阻兩端電壓值為零，因此釋放三極管的基極電壓也為零，而此時NMOS管柵極與源極之間的寄生電容上電壓不能突變，因此釋放三極管的發(fā)射極電壓不變，此時釋放三極管導通，將NMOS管柵極和源極導通，將寄生電容內(nèi)電荷釋放掉，從而致使NMOS管迅速關斷。

上述具體實施方式用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在本實用新型的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護范圍。