三分段驱动器以及驱动电路制造技术

本实用新型专利技术涉及电子电路技术领域，公开了一种三分段驱动器以及驱动电路。本实用新型专利技术中驱动电路包括：非交叠单元用于产生死区；第一三分段驱动器用于驱动高压开关管；第二三分段驱动器用于驱动高压续流管；在第一三分段驱动器的电源电压至高压开关管的开启电压VTH之间，采用强驱动，驱动高压开关管从线性区导通状态进入饱和区导通状态；在VTH至亚阈值电压VTH‑之间，采用弱驱动，减缓高压开关管中电流的变化率；在VTH‑至第一三分段驱动器的最低电势之间采用强驱动驱动高压开关管完全截止；第二三分段驱动器与第一三分段驱动器的工作方式相似。这样可在兼顾过电压和EMC指标的同时，提高开关速度和减小死区时间，显著提升开关电源的效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子电路
，特别涉及一种三分段驱动器以及驱动电路。
技术介绍
随着电子产品的功能的增加以及对性能的更高追求，电源的功率越来越大，工作电压范围越来越宽，对电源的续航能力和封装形成更高的挑战，因此对电源的转换效率就有更高的要求，而影响电源效率的因素除了开关管和续流管的导通阻抗、电感的DCR(直流电阻)和电容的ESR(等效串联电阻)外，开关速度、死区时间等因素也很关键，而这些主要取决于驱动电路的设计。现有的驱动(DRIVER)电路采用强管驱动以提高开关的切换速度，减小死区时间，但开关的切换速度过快，意味着引线寄生电感中流过的电流变化速率增加，既带来了应用中电磁兼容(EMC)方面的问题，同时功率管漏源端还会出现严重的过电压现象，存在功率管被击穿的风险，特别是大电流应用的场合。以降压DC-DC(BUCK)电源为例，一种典型的高压DC-DC降压电源结构如图1，MH为高压开关管(具体为HVNMOS)，ML为高压续流管(具体为HVNMOS)，高压开关管与高压续流管的开启电压为VTH，CH和CL分别为MH和ML的栅-漏寄生电容，LH和LL分别为MH和ML引线的寄生电感，MH管驱动端为HDRV，ML管驱动端为LDRV，SW为开关信号，VDD为恒定电源，输出电压值为Vdd，VIN为外部电源，PWM为脉冲宽度调制信号，D为二极管，DRIVE为驱动器，BOOT为自举升压电源，VOUT为开关电源输出端。对于ML管驱动电路的电源只需要内部低压LDO电源VDD即可，而对于MH管，为了减小MH管导通时的线性区导通阻抗，MH管在导通时栅源电压差需始终保持在恒定值，一般也设定在Vdd，由于MH管源端是与SW端相连，而开关信号是在0与VIN之间变换的，这就需要对MH管的栅极增加自举升压电路(BootstrapCircuit)，此电路由外围自举电容CBOOT、隔离充电二极管D和电源VDD构成。一个较为普遍的高压驱动电路结构如图2所示，PWM为输入脉宽调制信号，通过反相器I28、反相器I29、MPB(P沟道MOS管B)、MNB(N沟道MOS管B)控制ML管的开关，通过与非门I24、L-HLSHIFT3(第三低-高电平转换器)、反相器I25、I26、MPA、MNA控制MH管的开关，反相器I27、H-LLSHIFT3(第三高-低电平转换器)、或非门I28和反相器I30、与非门I24构成非交叠(non-overlap)结构，产生死区。MH管和ML管的开关由MPA、MNA和MPB、MNB构成的反相器驱动，为了提高开关的速度，唯一可行的方法是增加反相器的驱动能力，但同时也使通过功率管的电流变化速率增加，导致功率管漏源端产生很强的过电压，严重时甚至使功率管发生击穿。因此功率管的开关速度无法得到有效提高。
技术实现思路
本技术实施方式的目的在于提供一种三分段驱动器以及驱动电路，可在兼顾过电压和EMC指标的同时，提高开关速度和减小死区时间，显著提升开关电源的效率。为解决上述技术问题，本技术的实施方式提供了一种三分段驱动器，用于驱动开关电源的高压MOS管；所述三分段驱动器包括：第一P沟道MOS管(MP11)、第二P沟道MOS管(MP12)、第三P沟道MOS管(MP13)、第一N沟道MOS管(MN11)、第二N沟道MOS管(MN12)、第三N沟道MOS管(MN13)与第四N沟道MOS管(MN14)；所述第一P沟道MOS管(MP11)的源极连接于电源端，栅极连接于所述三分段驱动器的第一控制端，漏极与所述第二P沟道MOS管(MP12)的源极连接，所述第二P沟道MOS管(MP12)的漏极连接于所述三分段驱动器的驱动端，栅极连接于所述三分段驱动器的第二控制端；所述第三P沟道MOS管(MP13)的源极连接于所述电源端，栅极连接于所述第二控制端，漏极连接于所述驱动端；所述第二N沟道MOS管(MN12)的漏极连接于所述驱动端，栅极连接于所述第二控制端，源极连接于所述第一N沟道MOS管(MN11)的漏极；所述第一N沟道MOS管(MN11)的栅极为所述三分段驱动器的第三控制端，源极连接于所述三分段驱动器的最低电势点；所述第三N沟道MOS管(MN13)的漏极连接于所述第二N沟道MOS管(MN12)的源极，栅极为所述三分段驱动器的第四控制端，源极连接于所述最低电势点；所述第四N沟道MOS管(MN14)的漏极连接于所述驱动端，栅极连接于所述第二控制端，源极连接于所述最低电势点。本技术的实施方式还提供了一种驱动电路，用于驱动开关电源的高压开关管(MH)与高压续流管(ML)，所述驱动电路包括：第一三分段驱动器(301)、第二三分段驱动器(302)与非交叠单元(303)；所述第一三分段驱动器(301)经所述非交叠单元(303)与所述第二三分段驱动器(302)连接；所述非交叠单元(303)用于产生死区；所述第一三分段驱动器(301)，用于驱动所述高压开关管(MH)；其中，在所述第一三分段驱动器(301)的电源电压至所述高压开关管(MH)的开启电压VTH之间，采用强驱动，驱动所述高压开关管(MH)从线性区导通状态进入饱和区导通状态；在所述VTH至亚阈值电压VTH-之间，采用弱驱动，减缓所述高压开关管(MH)中电流的变化率；其中，所述VTH-比所述VTH的值小；在所述VTH-至所述第一三分段驱动器(301)的最低电势之间，采用强驱动，驱动所述高压开关管(MH)完全截止；所述第二三分段驱动器(302)，用于驱动所述高压续流管(ML)；其中，在所述第二三分段驱动器(302)的电源电压至所述高压续流管(ML)的开启电压VTH之间，采用强驱动，驱动所述高压续流管(ML)从线性区导通状态进入饱和区导通状态；在所述VTH至亚阈值电压VTH-之间，采用弱驱动，减缓所述高压续流管(ML)中电流的变化率；其中，所述VTH-比所述VTH的值小；在所述VTH-至所述第二三分段驱动器(302)的最低电势之间，采用强驱动，驱动所述高压续流管(ML)完全截止。本技术实施方式相对于现有技术而言，根据MOS管(高压开关管与高压续流管)的开关过程分别经历线性区、饱和区、亚阈值区和截止区四个工作区间的特点，将MOS管栅-源电压分三段控制，首先，在电源电压至MOS管的开启电压VTH之间，采用强驱动，驱动MOS管从线性区导通状态迅速进入饱和区导通状态；在VTH至亚阈值电压VTH-之间，采用弱驱动，减缓MOS管中电流的变化率；在VTH-至MOS管的驱动器的最低电势之间，采用强驱动，驱动MOS管完全截止；这样，可在兼顾过电压和EMC指标的同时，提高开关速度和减小死区时间，显著提升开关电源的效率。附图说明图1是现有技术中的高压DC-DC降压电源结构示意图；图2是现有技术中的高压驱动电路结构示意图；图3是本技术第一实施方式的驱动电路结构示意图；图4是本技术第一实施方式中的驱动电路的每个工作周期的状态示意图；图5是本技术第一实施方式中的电平转换器的主电路结构示意图；图6是本技术第一实施方式中的电平转换器的高电平脉冲产生电路结构示意图；图7是本技术第一实施方式中的电平转换器的工作过程和各关键节点电压波形图；图8是本技术第二实施方式的驱动电路结构示意图。具体实施方式为使本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三分段驱动器，其特征在于，用于驱动开关电源的高压MOS管；所述三分段驱动器包括：第一P沟道MOS管(MP11)、第二P沟道MOS管(MP12)、第三P沟道MOS管(MP13)、第一N沟道MOS管(MN11)、第二N沟道MOS管(MN12)、第三N沟道MOS管(MN13)与第四N沟道MOS管(MN14)；所述第一P沟道MOS管(MP11)的源极连接于电源端，栅极连接于所述三分段驱动器的第一控制端，漏极与所述第二P沟道MOS管(MP12)的源极连接，所述第二P沟道MOS管(MP12)的漏极连接于所述三分段驱动器的驱动端，栅极连接于所述三分段驱动器的第二控制端；所述第三P沟道MOS管(MP13)的源极连接于所述电源端，栅极连接于所述第二控制端，漏极连接于所述驱动端；所述第二N沟道MOS管(MN12)的漏极连接于所述驱动端，栅极连接于所述第二控制端，源极连接于所述第一N沟道MOS管(MN11)的漏极；所述第一N沟道MOS管(MN11)的栅极为所述三分段驱动器的第三控制端，源极连接于所述三分段驱动器的最低电势点；所述第三N沟道MOS管(MN13)的漏极连接于所述第二N沟道MOS管(MN12)的源极，栅极为所述三分段驱动器的第四控制端，源极连接于所述最低电势点；所述第四N沟道MOS管(MN14)的漏极连接于所述驱动端，栅极连接于所述第二控制端，源极连接于所述最低电势点。...

【技术特征摘要】
1.一种三分段驱动器，其特征在于，用于驱动开关电源的高压MOS管；所述三分段驱动器包括：第一P沟道MOS管(MP11)、第二P沟道MOS管(MP12)、第三P沟道MOS管(MP13)、第一N沟道MOS管(MN11)、第二N沟道MOS管(MN12)、第三N沟道MOS管(MN13)与第四N沟道MOS管(MN14)；所述第一P沟道MOS管(MP11)的源极连接于电源端，栅极连接于所述三分段驱动器的第一控制端，漏极与所述第二P沟道MOS管(MP12)的源极连接，所述第二P沟道MOS管(MP12)的漏极连接于所述三分段驱动器的驱动端，栅极连接于所述三分段驱动器的第二控制端；所述第三P沟道MOS管(MP13)的源极连接于所述电源端，栅极连接于所述第二控制端，漏极连接于所述驱动端；所述第二N沟道MOS管(MN12)的漏极连接于所述驱动端，栅极连接于所述第二控制端，源极连接于所述第一N沟道MOS管(MN11)的漏极；所述第一N沟道MOS管(MN11)的栅极为所述三分段驱动器的第三控制端，源极连接于所述三分段驱动器的最低电势点；所述第三N沟道MOS管(MN13)的漏极连接于所述第二N沟道MOS管(MN12)的源极，栅极为所述三分段驱动器的第四控制端，源极连接于所述最低电势点；所述第四N沟道MOS管(MN14)的漏极连接于所述驱动端，栅极连接于所述第二控制端，源极连接于所述最低电势点。2.根据权利要求1所述的三分段驱动器，其特征在于，所述高压MOS管为开关电源的高压开关管；所述电源为自举升压电源(BOOT)，所述最低电势点为所述开关电源的驱动电路的开关端；或者，所述高压MOS管为开关电源的高压续流管；所述电源为恒压电源(VDD)，所述最低电势点为地端。3.一种驱动电路，其特征在于，用于驱动开关电源的高压开关管(MH)与高压续流管(ML)，所述驱动电路包括：第一三分段驱动器(301)、第二三分段驱动器(302)与非交叠单元(303)；所述第一三分段驱动器(301)经所述非交叠单元(303)与所述第二三分段驱动器(302)连接；所述非交叠单元(303)用于产生死区；所述第一三分段驱动器(301)，用于驱动所述高压开关管(MH)；其中，在所述第一三分段驱动器(301)的电源电压至所述高压开关管(MH)的开启电压VTH之间，采用强驱动，驱动所述高压开关管(MH)从线性区导通状态进入饱和区导通状态；在所述VTH至亚阈值电压VTH-之间，采用弱驱动，减缓所述高压开关管(MH)中电流的变化率；其中，所述VTH-比所述VTH的值小；在所述VTH-至所述第一三分段驱动器(301)的最低电势之间，采用强驱动，驱动所述高压开关管(MH)完全截止；所述第二三分段驱动器(302)，用于驱动所述高压续流管(ML)；其中，在所述第二三分段驱动器(302)的电源电压至所述高压续流管(ML)的开启电压VTH之间，采用强驱动，驱动所述高压续流管(ML)从线性区导通状态进入饱和区导通状态；在所述VTH至亚阈值电压VTH-之间，采用弱驱动，减缓所述高压续流管(ML)中电流的变化率；其中，所述VTH-比所述VTH的值小；在所述VTH-至所述第二三分段驱动器(302)的最低电势之间，采用强驱动，驱动所述高压续流管(ML)完全截止。4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述第一三分段驱动器(301)包括：第一P沟道MOS管(MP11)、第二P沟道MOS管(MP12)、第三P沟道MOS管(MP13)、第一N沟道MOS管(MN11)、第二N沟道MOS管(MN12)、第三N沟道MOS管(MN13)与第四N沟道MOS管(MN14)；所述第一P沟道MOS管(MP11)的源极连接于所述第一三分段驱动器(301)的电源端，栅极连接于所述第一三分段驱动器(301)的第一控制端，漏极与所述第二P沟道MOS管(MP12)的源极连接，所述第二P沟道MOS管(MP12)的漏极连接于所述第一三分段驱动器(301)的驱动端(HDRV)，栅极连接于所述第一三分段驱动器(301)的第二控制端；所述第三P沟道MOS管(MP13)的源极连接于所述第一三分段驱动器(301)的电源端，栅极连接于所述第一三分段驱动器(301)的第二控制端，漏极连接于所述第一三分段驱动器(301)的驱动端(HDRV)；所述第二N沟道MOS管(MN12)的漏极连接于所述第一三分段驱动器(301)的驱动端，栅极连接于所述第一三分段驱动器(301)的第二控制端，源极连接于所述第一N沟道MOS管(MN11)的漏极；所述第一N沟道MOS管(MN11)的栅极为所述第一三分段驱动器(301)的第三控制端，源极连接于所述第一三分段驱动器(301)的最低电势点；所述第三N沟道MOS管(MN13)的漏极连接于所述第二N沟道MOS管(MN12)的源极，栅极为所述第一三分段驱动器(301)的第四控制端，源极连接于所述第一三分段驱动器(301)的最低电势点；所述第四N沟道MOS管(MN14)的漏极连接于所述第一三分段驱动器(301)的驱动端(HDRV)，栅极连接于所述第一三分段驱动器(301)的第二控制端，源极连接于所述第一三分段驱动器(301)的最低电势点；所述二三分段驱动器(302)包括：第四P沟道MOS管(MP14)、第五P沟道MOS管(MP15)、第六P沟道MOS管(MP16)、第五N沟道MOS管(MN17)、第六N沟道MOS管(MN18)、第七N沟道MOS管(MN19)与第八N沟道MOS管(MN20)；所述第四P沟道MOS管(MP14)的源极连接于所述第二三分段驱动器(302)的电源端，栅极连接于所述第二三分段驱动器(302)的第一控制端，漏极与所述第五P沟道MOS管(MP15)的源极连接，所述第五P沟道MOS管(MP15)的漏极连接于所述第二三分段驱动器(302)的驱动端(LDRV)，栅极连接于所述第二三分段驱动器(302)的第二控制端；所述第六P沟道MOS管(MP16)的源极连接于所述第二三分段驱动器(302)的电源端，栅极连接于所述第二三分段驱动器(302)的第二控制端，漏极连接于所述第二三分段驱动器(302)的驱动端(LDRV)；所述第六N沟道MOS管(MN18)的漏极连接于所述第二三分段驱动器(302)的驱动端，栅极连接于所述第二三分段驱动器(302)的第二控制端，源极连接于所述第五N沟道MOS管(MN17)的漏极；所述第五N沟道MOS管(MN17)的栅极为所述第二三分段驱动器(302)的第三控制端，源极连接于所述第二三分段驱动器(302)的最低电势点；所述第七N沟道MOS管(MN19)的漏极连接于所述第六N沟道MOS管(MN18)的源极，栅极为所述第二三分段驱动器(302)的第四控制端，源极连接于所述第二三分段驱动器(302)的最低电势点；所述第八N沟道MOS管(MN20)的漏极连接于所述第二三分段驱动器(302)的驱动端(LDRV)，栅极连接于所述第二三分段驱动器(302)的第二控制端，源极连接于所述第二三分段驱动器(302)的最低电势点。5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述第一三分段驱动器(301)的电源为自举升压电源(BOOT)，所述第一三分段驱动器(301)的最低电势点为所述开关电源的驱动电路的开关端；所述第二三分段驱动器(302)的电源为恒压电源(VDD)，所述第二三分段驱动器(302)的最低电势点为地端。6.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述非交叠单元(303)包括：第一反相器(I9)、第二反相器(I15)、第三反相器(I22)、第四反相器(I23)、第五反相器(I5)、第六反相器(I6)、第七反相器(I16)、第八反相器(I17)、第一高低电平转换器(H-LLSHIFT2)、第一或非门(I14)、第一与非门(I4)与第一低高电平转换器(L-HLSHIFT2)；所述第一反相器(I9)的输入端连接于所述第一三分段驱动器(301)的第一控制端，输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光煜，郑欣，陈友福，罗建军，
申请(专利权)人：上海智浦欣微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31