栅极驱动电路、功率开关电路以及栅极驱动方法技术

公开了一种栅极驱动电路、功率开关电路以及栅极驱动方法。所述栅极驱动电路包括电源端、接地端、输入端和输出端，所述栅极驱动电路在输入端接收栅极驱动输入信号，在输出端提供栅极驱动输出信号，用于驱动半导体开关器件，其中，所述栅极驱动电路还包括箝位端，并且，在栅极驱动输入信号为第一电平时，所述栅极驱动电路将输出端和箝位端之间的电压差保持为第一恒定值，在栅极驱动输入信号为第二电平时，所述栅极驱动电路将输出端和箝位端之间的电压差保持为第二恒定值。该栅极驱动电路可以将半导体开关器件的栅源电压保持为恒定的电压差，而不会由于负载的影响而变化。该栅极驱动电路可以保护半导体开关器件不会由于高的栅源电压而击穿。

【技术实现步骤摘要】
栅极驱动电路、功率开关电路以及栅极驱动方法
本专利技术涉及功率开关电路，具体地涉及用于半导体开关器件的栅极驱动电路、包含栅极驱动电路的功率开关电路以及栅极驱动方法。
技术介绍
用于驱动电动机的功率开关电路包括半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。在功率开关电路中，与供电端相连的高侧半导体开关器件有时候需要承受超过600V的高电压。横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(LDMOS晶体管)包括在相同的区域注入两次以及高温推进过程形成的源区和漏区。在LDMOS晶体管中，源区和漏区在栅极下方横向扩散，形成一个具有浓度梯度的沟道。此外，LDMOS晶体管的源区形成在与LDMOS晶体管的导电类型相反掺杂类型的阱区中，漏区形成在与器件的导电类型相反掺杂类型的高阻的漂移区中。由于漂移区的存在，LDMOS的漏极可以承受高电压。LDMOS晶体管具有大驱动电流、低导通电阻和高击穿电压的优点，广泛地用作功率开关电路的半导体开关器件，特别是用作承受高电压的高侧半导体开关器件。尽管LDMOS的漏极可以承受高电压，但LDMOS晶体管的源极结构仍然与常规的MOSFET一样。LDMOS晶体管很容易由于高的栅源电压VGS而击穿。因此，需要设计合适的栅极驱动电路为LDMOS晶体管之类的高侧半导体开关器件提供合适的栅极驱动电压。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在工作中可以保护半导体开关器件的栅极驱动电路、包含该栅极驱动电路的功率开关电路以及栅极驱动方法。根据本专利技术的第一方面，提供一种栅极驱动电路，包括电源端、接地端、输入端和输出端，所述栅极驱动电路在输入端接收栅极驱动输入信号，在输出端提供栅极驱动输出信号，用于驱动半导体开关器件，其中，所述栅极驱动电路还包括箝位端，并且，在栅极驱动输入信号为第一电平时，所述栅极驱动电路将输出端和箝位端之间的电压差保持为第一恒定值，在栅极驱动输入信号为第二电平时，所述栅极驱动电路将输出端和箝位端之间的电压差保持为第二恒定值。优选地，在所述栅极驱动电路中，所述第一恒定值大于第二恒定值，并且所述第二恒定值大致等于0。优选地，在所述栅极驱动电路中第一电平高于第二电平。优选地，所述栅极驱动电路还包括：依次串联连接在电源端和地之间的第一电阻、第一晶体管和第一电流源；依次串联连接在电源端和箝位端之间的第二电流源、第二晶体管和第二电阻；依次串联连接在电源端和箝位端之间的第三电流源、第三晶体管和第四晶体管；以及连接在输出端和箝位端之间的第三电阻，其中，第四晶体管的栅极连接至第二晶体管和第二电阻的中间节点，在栅极驱动输入信号为第一电平时，第一晶体管和第三晶体管导通，第二晶体管和第四晶体管断开，以及在栅极驱动输入信号为第二电平时，第一晶体管和第三晶体管断开，第二晶体管和第四晶体管导通。优选地，所述栅极驱动电路还包括：第一反相器，其输入端连接至第一电阻和第一晶体管的中间节点，其输出端连接至第二晶体管的栅极；以及第二反相器，其输入端连接至第一反相器的输出端，其输入端连接至第三晶体管的栅极。优选地，在所述栅极驱动电路中，在栅极驱动输入信号为第一电平时，第一晶体管导通，第一反相器的输出端产生第一电平，使得第二晶体管断开，第二反相器的输出端产生第二电平，使得第三晶体管导通，由于第二晶体管断开，第四晶体管的栅源电压差为0，使得第四晶体管断开，第三电流源产生恒定电流，流经第三电阻，在输出端和箝位端之间产生恒定的电压差；以及在栅极驱动输入信号为第二电平时，第一晶体管断开，第一反相器的输出端产生第二电平，使得第二晶体管导通，第二反相器的输出端产生第一电平，使得第三晶体管断开，由于第二晶体管导通，第四晶体管的栅极为第一电平，使得第四晶体管导通，输出端和箝位端短接。优选地，所述栅极驱动电路还包括：依次串联连接在电源端和地之间的第四电阻、第五晶体管和第四电流源；以及第一反相器，其输入端连接至栅极驱动电路的输入端，其输出端连接至第五晶体管的栅极，其中，第三晶体管的栅极连接至第一晶体管和第一电阻的中间节点，以及第二晶体管的栅极连接至第四电阻和第五晶体管的中间节点。优选地，在所述栅极驱动电路中，在栅极驱动输入信号为第一电平时，第一晶体管导通，在第三晶体管的栅极产生第二电平，使得第三晶体管导通，第一反相器的输出端产生第二电平，使得第五晶体管断开，相应地，第二晶体管和第四晶体管断开，第三电流源产生恒定电流，流经第三电阻，在输出端和箝位端之间产生恒定的电压差；以及在栅极驱动输入信号为第二电平时，第一晶体管断开，在第三晶体管的栅极产生第一电平，使得第三晶体管断开，第一反相器的输出端产生第一电平，使得第五晶体管导通，相应地，第二晶体管导通，由于第二晶体管导通，第四晶体管的栅极为第一电平，使得第四晶体管导通，输出端和箝位端短接。优选地，在所述栅极驱动电路中，第一至第三电流源中的每一个由辅助晶体管构成。优选地，在所述栅极驱动电路中，第一和第四晶体管为第一导电类型的MOSFET，第二和第三晶体管为第二导电类型的MOSFET。优选地，在所述栅极驱动电路中，第一导电类型为N型和P型中的一种，第二导电类型为N型和P型中的另一种。根据本专利技术的第二方面，提供一种功率开关电路，包括：依次串联连接在第一电源电压和地之间的第一高侧半导体开关器件和第一低侧半导体开关器件；以及如上所述的第一栅极驱动电路，其中，第一高侧半导体开关器件和第一低侧半导体开关器件分别包括源极、漏极和栅极，所述第一栅极驱动电路的电源端连接至第二电源电压，以及所述第一栅极驱动电路的输出端与第一高侧半导体开关器件的栅极相连接，所述第一栅极驱动电路的箝位端与第一高侧半导体开关器件的源极相连接。优选地，在所述功率开关电路中，在第一高侧半导体开关器件和第一低侧半导体开关器件的中间节点与地之间，提供负载驱动电压。优选地，所述功率开关电路还包括：依次串联连接在第一电源电压和地之间的第二高侧半导体开关器件和第二低侧半导体开关器件；以及如上所述的第二栅极驱动电路，其中，第二高侧半导体开关器件和第二低侧半导体开关器件分别包括源极、漏极和栅极，所述第二栅极驱动电路的电源端连接至第二电源电压，以及所述第二栅极驱动电路的输出端与第二高侧半导体开关器件的栅极相连接，所述第二栅极驱动电路的箝位端与第二高侧半导体开关器件的源极相连接。优选地，在所述功率开关电路中，在第一高侧半导体开关器件和第一低侧半导体开关器件的中间节点与第二高侧半导体开关器件和第二低侧半导体开关器件的中间节点之间，提供负载驱动电压。优选地，在所述功率开关电路中，第一高侧半导体开关器件和第一低侧半导体开关器件分别为相同导电类型的MOSFET。优选地，在所述功率开关电路中，第一高侧半导体开关器件和第一低侧半导体开关器件分别为LDMOS晶体管。优选地，在所述功率开关电路中，第二电源电压为第一电源电压的2倍数值。根据本专利技术的第三方面，提供一种用于驱动半导体开关器件的栅极驱动方法，包括：在输入端接收栅极驱动输入信号，以及在输出端提供栅极驱动输出信号，其中，在栅极驱动输入信号为第一电平时，将输出端和箝位端之间的电压差保持为第一恒定值，在栅极驱动输入信号为第二电平时，将输出端和箝位端之间的电压差保持为第二恒定值。优选地，在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅极驱动电路，包括电源端、接地端、输入端和输出端，所述栅极驱动电路在输入端接收栅极驱动输入信号，在输出端提供栅极驱动输出信号，用于驱动半导体开关器件，其中，所述栅极驱动电路还包括箝位端，并且，在栅极驱动输入信号为第一电平时，所述栅极驱动电路将输出端和箝位端之间的电压差保持为第一恒定值，在栅极驱动输入信号为第二电平时，所述栅极驱动电路将输出端和箝位端之间的电压差保持为第二恒定值。

【技术特征摘要】
1.一种栅极驱动电路，包括电源端、接地端、输入端和输出端、以及箝位端，所述栅极驱动电路在输入端接收栅极驱动输入信号，在输出端提供栅极驱动输出信号，用于驱动半导体开关器件，其中，所述栅极驱动电路还包括：依次串联连接在电源端和地之间的第一电阻、第一晶体管和第一电流源；依次串联连接在电源端和箝位端之间的第二电流源、第二晶体管和第二电阻；依次串联连接在电源端和箝位端之间的第三电流源、第三晶体管和第四晶体管；以及连接在输出端和箝位端之间的第三电阻，其中，第四晶体管的栅极连接至第二晶体管和第二电阻的中间节点，在栅极驱动输入信号为第一电平时，第一晶体管和第三晶体管导通，第二晶体管和第四晶体管断开，使得输出端和箝位端之间的电压差保持为第一恒定值，以及在栅极驱动输入信号为第二电平时，第一晶体管和第三晶体管断开，第二晶体管和第四晶体管导通，使得输出端和箝位端之间的电压差保持为第二恒定值，所述栅极驱动电路确保半导体开关器件的正常开关切换，同时保护半导体开关器件不会由于高电压而击穿。2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中所述第一恒定值大于第二恒定值，并且所述第二恒定值等于0。3.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其中第一电平高于第二电平。4.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，还包括：第一反相器，其输入端连接至第一电阻和第一晶体管的中间节点，其输出端连接至第二晶体管的栅极；以及第二反相器，其输入端连接至第一反相器的输出端，其输出端连接至第三晶体管的栅极。5.根据权利要求4所述的栅极驱动电路，其中在栅极驱动输入信号为第一电平时，第一晶体管导通，第一反相器的输出端产生第一电平，使得第二晶体管断开，第二反相器的输出端产生第二电平，使得第三晶体管导通，由于第二晶体管断开，第四晶体管的栅源电压差为0，使得第四晶体管断开，第三电流源产生恒定电流，流经第三电阻，在输出端和箝位端之间产生恒定的电压差；以及在栅极驱动输入信号为第二电平时，第一晶体管断开，第一反相器的输出端产生第二电平，使得第二晶体管导通，第二反相器的输出端产生第一电平，使得第三晶体管断开，由于第二晶体管导通，第四晶体管的栅极为第一电平，使得第四晶体管导通，输出端和箝位端短接。6.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，还包括：依次串联连接在电源端和地之间的第四电阻、第五晶体管和第四电流源；以及第一反相器，其输入端连接至栅极驱动电路的输入端，其输出端连接至第五晶体管的栅极，其中，第三晶体管的栅极连接至第一晶体管和第一电阻的中间节点，以及第二晶体管的栅极连接至第四电阻和第五晶体管的中间节点。7.根据权利要求6所述的栅极驱动电路，其中在栅极驱动输入信号为第一电平时，第一晶体管导通，在第三晶体管的栅极产生第二电平，使得第三晶体管导通，第一反相器的输出端产生第二电平，使得第五晶体管断开，相应地，第二晶体管和第四晶体管断开，第三电流源产生恒定电流，流经第三电阻，在输出端和箝位端之间产生恒定的电压差；以及在栅极驱动输入信号为第二电平时，第一晶体管断开，在第三晶体管的栅极产生第一电平，使得第三晶体管断开，第一反相器的输出端产生第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑烷，胡铁刚，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33