用于P沟道MOSFET的驱动器制造技术

本发明专利技术公开用于P沟道MOSFET的驱动器。本发明专利技术涉及用于驱动P沟道MOSFET的驱动器电路。驱动器电路由在功率输入处供应的DC电压馈送，并且其在控制输入处接收控制信号。控制信号包括用于控制P沟道MOSFET的开关的信息，所述P沟道MOSFET的栅极被连接到驱动器电路的驱动输出。为了生成驱动信号，驱动器电路包括关断双极晶体管，其由在功率输入处接收的电源电压供电，因为其集电极被连接到功率输入。在控制输入处接收的控制信号借助于电流放大器被放大并且经由反相电容器被馈送到双极晶体管的基极。响应于在其基极处的经放大的控制信号，双极晶体管有源地生成关断信号并且提供关断信号给驱动输出。

【技术实现步骤摘要】
用于P沟道MOSFET的驱动器
本专利技术涉及一种用于驱动P沟道MOSFET的驱动器电路，包括：用于接收DC电源(supply)电压的电源输入；用于接收用于控制P沟道MOSFET的开关的控制信号的控制输入；以及用于连接P沟道MOSFET的栅极的驱动输出，其中所述驱动器电路适合于依赖于在控制输入处接收的控制信号来生成驱动信号，并且还适合于在驱动输出处提供驱动信号。本专利技术进一步涉及用于驱动P沟道MOSFET的对应方法。
技术介绍
电子可控开关，或简称“开关”，诸如晶体管、其变形和包括这些装置中的一个或多个的电路，广泛用于许多不同的应用中。重要的示例是开关功率供应(powersupply)，其中经常使用MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为功率开关。存在两种主要类型的MOSFET：P沟道MOSFET和N沟道MOSFET。两种类型针对适当的功能需要不同的电压控制信号。通常由控制器来提供用于控制这样的MOSFET的开关的信号，并且使用驱动器电路(在下文中也简短地被指定为“驱动器”)来将从控制器接收的控制信号转换为用于适当地驱动MOSFET的驱动信号。这是必要的，因为由控制器提供的控制信号的特性，特别是提供的电压电平，通常与所使用的特定类型MOSFET的要求不匹配。在P沟道MOSFET的情况下，驱动器必须施加负电压到MOSFET的栅极-源极结以接通MOSFET，其中负电压必须在特定MOSFET的阈值电压以下。为了关断MOSFET，必须将高于阈值电压的电压施加到MOSFET的栅极-源极结。如果P沟道MOSFET的阈值电压例如为-3伏特，则施加-10伏特的电压到所述MOSFET的栅极-源极结使其接通。然而施加例如-1伏特的电压到所述MOSFET的栅极-源极结使其关断。两种众所周知并广泛使用的P沟道MOSFET驱动器是两级栅极驱动器和AC耦合的栅极驱动器。如名称已经暗示的那样，两级栅极驱动器包括两个不同级用来提供驱动信号，因此它们具有高度复杂性。取决于特定的应用，它们还具有其它缺点诸如例如相对高的功率损耗和/或开关频率限制。AC耦合的栅极驱动器已被提议来减少驱动器的复杂性。电源电压在接通和关断期间通过反相电容器被馈送给栅极，并且在导通状态期间通过电阻器被馈送给栅极。限制包括例如频率和占空比限制(由于耦合电容器在关断期间需要经由高阻抗路径放电)、DC电流电阻器中的高功率损耗、以及对外部栅极-源极电容器的需要。这样的驱动器电路被示出在绘图中并且在以下进一步被描述。这样的AC耦合的驱动器电路易于实现并且节省成本。然而，它们不可避免由于在关断周期期间的电荷位移或电容性耦合而引起的直接在P沟道MOSFET的栅极与源极之间的电压建立。主要的问题来自反相电容器构成在驱动器与P沟道MOSFET的栅极之间的高DC阻抗的事实。这种高DC阻抗是使DC电压能够建立在P沟道MOSFET的栅极中的要素。这样的电压建立可能导致MOSFET的不期望的接通，这又可以导致包括MOSFET的更高级别电路的故障或者甚至损坏。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是创建一种用于驱动属于最初提到的
的P沟道MOSFET的驱动器电路，其增强避免在P沟道MOSFET的栅极与源极之间的这样的不期望的电压建立。本专利技术的另外的目标是提供包括这样的驱动器电路的驱动器设备、包括这样的驱动器设备的可控开关设备、以及用于驱动P沟道MOSFET的对应方法。在下文中，有时使用更简单的术语MOSFET而不是术语P沟道MOSFET。本专利技术的解决方案由权利要求1的特征规定。一种用于驱动P沟道MOSFET的驱动器电路包括：电源输入，用于接收DC电源电压以提供必要的能量给驱动器电路的有源部分。驱动器电路进一步包括：用于接收控制信号的控制输入，所述控制信号递送用于控制所述P沟道MOSFET的开关的信息。这样的控制信号通常由一系列的两个不同电压电平组成，其中这些电压电平中的一个意味着MOSFET将被接通，并且另一个电压电平意味着MOSFET将被关断。并且驱动器电路包括：用于连接将被控制的P沟道MOSFET的栅极的驱动输出。驱动器电路由此适合于依赖于在控制输入处接收的控制信号来生成驱动信号，并且还适合于在驱动输出处提供驱动信号。根据本专利技术，驱动器电路包括关断双极晶体管(在下文中也被指定为关断晶体管或者简单地，晶体管。关断晶体管具有基极、集电极和发射极，其中基极经由反相电容器被连接到驱动器电路的控制输入，所述反相电容器是必要的以提供电压反相。反相电容器进一步提供DC去耦合，使得可以生成对于适当地驱动P沟道MOSFET所需要的正确反相电压电平。集电极被直接连接到电源输入的端子，并且发射极被连接到驱动输出。为了关断MOSFET，关断晶体管有源地(actively)生成关断信号，并将其提供给驱动输出。以这种方式，驱动输出仅仅与驱动器电路的输入AC耦合。当使用根据现有技术的驱动器电路时，在截止周期(off-period)期间，不同于0伏特的恒定电压可以横跨P沟道MOSFET的栅极-源极端子保持或者建立。这可以发生，因为DC耦合电阻器具有太高电阻，其阻止驱动器的放电。该电压的特定电平取决于待驱动的MOSFET以及更高级别电路的不同参数，并且还取决于其它因素。如果剩余电压的电平位于MOSFET的阈值电压之内或附近，则MOSFET的不期望的接通的风险变得更高。现在，如果使用布置在根据本专利技术的驱动器电路中的双极晶体管，则消除这样的恒定电压。关断双极晶体管有源地对在栅极与源极之间的任何电压建立钳位(clamp)，其可能接通MOSFET。其在接通期间充当高阻抗DC耦合并在关断时充当低阻抗DC耦合。在根据本专利技术的一个示例中，npn双极晶体管的发射极被连接到待控制的MOSFET的栅极，并且其集电极被连接到电源电压，其基极经由反相电容器被连接到控制输入，并且二极管(优选地，肖特基二极管)被布置基极与发射极之间使得二极管的负极被连接到基极。如果MOSFET被接通，则高的负电平电压将存在其栅极处，因此高的负电平电压被提供给关断双极晶体管的基极。二极管被偏置，并且栅极中的电压变负并且该双极晶体管被反向偏置并保持截止。如果MOSFET应被关断，则低负电平电压应被提供到MOSFET的栅极。在这种情况下，关断晶体管的基极被有源地带到低的负电平，诸如例如地电平电压，因此基极-发射极电流迅速增加晶体管的偏压。二极管被反向偏置并且保持阻塞停止。发射极电压以及随其MOSFET栅极电压也被有源地带到地电平并且MOSFET被关断。如果电压未达到关断电平，或者发射极电压低于双极晶体管的正向偏置电压，则其将保持传导电流直到达到该电平。或者换句话说，在关断周期期间，不存在P沟道MOSFET的栅极与源极之间的电压建立，既不由于电荷位移也不由于电容性耦合或其它原因。根据本专利技术的驱动器电路因此可避免这样的电压建立，并且在截止周期期间MOSFET的不期望的接通的风险、以及于是更高级别电路的故障或者甚至损坏的风险被显著地减少。当关断晶体管被接通时，电流从其集电极流动到其发射极。由于只有该集电极-发射极电流中的小部分流动到MOSFET的栅极中，因此必须为该电流提供从发射极回到电源输入的电流路径。为这样做，发射极例如可以有利地经由电阻器被连接到地。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于驱动P沟道MOSFET(2)的驱动器电路(1)，包括：用于接收DC电源电压的电源输入(3)；用于接收用于控制P沟道MOSFET(2)的开关的控制信号(V2)的控制输入(4)；以及用于连接P沟道MOSFET(2)的栅极的驱动输出(5)，其中所述驱动器电路(1)适合于依赖于在控制输入(4)处接收的控制信号来生成驱动信号，并且还适合于在驱动输出处提供驱动信号，其中所述驱动器电路包括用于有源地生成关断信号并且将所述关断信号提供给驱动输出(5)的关断双极晶体管(Q3)，关断双极晶体管具有基极、集电极和发射极，其中基极经由反相电容器(C2)被连接到控制输入(4)，集电极被直接连接到电源输入(3)的端子，并且发射极被连接到驱动输出。

【技术特征摘要】
2015.09.25 EP 15186921.11.用于驱动P沟道MOSFET(2)的驱动器电路(1)，包括：用于接收DC电源电压的电源输入(3)；用于接收用于控制P沟道MOSFET(2)的开关的控制信号(V2)的控制输入(4)；以及用于连接P沟道MOSFET(2)的栅极的驱动输出(5)，其中所述驱动器电路(1)适合于依赖于在控制输入(4)处接收的控制信号来生成驱动信号，并且还适合于在驱动输出处提供驱动信号，其中所述驱动器电路包括用于有源地生成关断信号并且将所述关断信号提供给驱动输出(5)的关断双极晶体管(Q3)，关断双极晶体管具有基极、集电极和发射极，其中基极经由反相电容器(C2)被连接到控制输入(4)，集电极被直接连接到电源输入(3)的端子，并且发射极被连接到驱动输出。2.根据权利要求1的驱动器电路，其中二极管在传导方向上被从关断双极晶体管的发射极连接到基极。3.根据权利要求1至2中的任一项的驱动器电路，其中关断双极晶体管是快速开关双极晶体管。4.根据权利要求1至3中的任一项的驱动器电路，其中关断双极晶体管(Q3)的发射极经由限流电阻器(R5)被连接到驱动器输出(5)。5.根据权利要求1至4中的任一项的驱动器电路，其中电流放大器(7)被连接到控制输入(4)用于放大控制信号，并且其中关断双极晶体管(Q3)的基极经由反相电容器(C2)被连接到电流放大器(7)的输出。6.根据权利要求5的驱动器电路，其中所述放大器(7)包括：用其集电极连接到电源输入(3)的电源端子的npn双极晶体管(Q2)；以及用其发射极连接到npn双极晶体管(Q2)的发射极并且用其集电极连接到电源输入(3)的地端子的pnp双极晶体管(Q1)，其中两个双极晶体管的基极端子经由电...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·L·P·阿尔卡尔德，C·克伦普霍尔茨，
申请(专利权)人：DET国际控股有限公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY