三极管开关电路设计之双路控制驱动方案分享

 三极管开关电路是很多工程师在进行电路设计时都会用到的开关电路设计类型，其本身也具有简便易设计、适用范围广等优势。在今天的文章中，我们将会为大家分享一种三极管双路控制驱动的开关电路方案，在这一三极管开关电路设计过程中，我们主要三极管饱和导通和截止作为开关控制信号，从驱动保护、抗干扰等方面进行优化，设计了一种输入脉宽可调信号的两路驱动保护电路。该电路具有快速精确、高性能、小型化等特点。

在本方案中，我们所设计的这一三极管开关电路的电路原理框图如下图图1所示。在这种双路控制的开关电路驱动方案中，我们所设计的驱动控制电路分为输入级电路、放大级电路、驱动电路与保护电路。其中，输入级和放大级电路由两路相同晶体管开关电路构成，驱动电路由两路集电极开路驱动输出，保护电路主要利用稳压二极管的限幅功能，电路采取双电源供电模式。

图1 三极管开关电路原理框图

在这一三极管开关电路系统中，当电路中的控制信号为高电平状态时，输入级开关三极管工作，但放大级开关管不工作，电路输出无驱动能力。当控制信号为低电平状态时，输入级开关三极管不工作，但放大级开关管工作，电路输出有驱动能力。这种双路控制驱动电路的工作输入与输出时序图如下图图2所示。

图2 输入与输出时序图

由上图1所展示的电路原理框图可以看出，这一双路控制的三极管开关电路驱动方案中，其主电路系统又可以细分为输入级电路、放大级电路、驱动电路与保护电路三个部分，下面我们将会对各部分进行详细介绍。

首先来看输入级电路的设计。这种三极管开关电路的输入级电路的电路图如下图图3所示。我们可以看到，在图3所提供的这一输入级电路胸膛中，由控制信号控制两路相同信号的输入，两路信号每次只有一路有输入信号，不同时输入。输入信号为一定幅值的方波，当控制信号为高电平。输入信号为高电平时，三极管V1和V2的基极电流可计算为(Vcon-VBE1)/R1，集电极能提供的最大电流可计算为Vin1/R3，选择合适参数的三极管，使得基极电流大于集电极最大电流，则V1和V2都处于饱和导通状态，V1、V2的集电极为低电平。当控制信号为低电平，V1和V2处于截止状态，则两个输入信号分别通过电阻R3、R4加到放大级三极管的基极。

图3 输入级电路

接下来我们来看一下，在这种三极管开关电路的设计过程中应该如何处理放大级电路的设计和安排。在该系统中，我们所设计的放大机电路对两路输入信号两次放大后送给两个驱动级电路。当控制信号CON为低电平，输入信号IN1、IN2在高电平期间，三极管V3和V4的基极电流可计算为(Vin1-VBE3)/R3，集电极能提供的最大电流可计算为：(VCC-VBE5)/R9，选择参数合适的三极管，使得基极电流大于集电极最大电流值，则此时V3、V4处于饱和导通状态。同理，V5和V6集电极能提供的最大电流可计算为(VCC-VEE-VBE7)/R13。其中，三极管V7是驱动输出级的管子，选择参数合适的三极管，使得基极电流大于集电极最大电流，则V5、V6饱和导通。

在这一三极管开关电路的放大级电路的正常运行过程中，当控制信号CON为低电平且输入信号为低电平时，则放大级的四个三极管都截止。当控制信号Con为电平，输入信号IN1、IN2在高电平期间，驱动级三极管V7、V8具有驱动能力，可将两个三极管的集电极外接负载至电源进行驱动控制。

图4 放大极电路

图5 驱动与保护电路

在这种三极管开关电路的设计过程中，我们所设计的驱动与保护电路由二极管V10、V11，电阻R17、R18，稳压管V12、V13和三极管V9构成。当三极管V9导通时，V9导通压降VBE9=VON，稳压管的电压降为VZ，二极管导通压降为VON，电阻R18的电压降VR18约为(Von/R17)R18，此时输入端的信号幅度VX大约为：VCC+VR18+VZ+VBE9+VON，所以当输出1或2端由于接感性负载，会产生瞬时反向感应电动势而使其电压上升。当高于Vx时，V9导通，实现限幅功能，保护V7、V10。