一种功率管驱动电路及驱动方法技术

本发明专利技术提供了一种功率管的驱动电路及驱动方法，涉及电力电子变换领域。在功率管关断前，通过预关闭过程提前泄放功率管栅极的部分电荷，从而实现功率管的开始关断。其中，通过当前周期内预关闭的结束时刻和功率管的关断时刻之间的时间间隔来自适应地调整下一周期预关闭的启动时刻。通过自适应调整预关闭的启动时刻能有效地保障预关闭的顺利开始与结束，尤其是应用于驱动同步整流功率管时，能保障在DCM、CCM甚至深度CCM都能够自适应调整预关闭开始和结束时刻，保障预关闭的顺利开始与结束。

A power transistor driving circuit and driving method

The invention provides a driving circuit and a driving method of a power tube, which relates to the field of power electronic conversion. Before the power tube is turned off, the partial charge of the grid of the power tube is discharged in advance through the pre closing process, so as to realize the start of the power tube turning off. Among them, the start-up time of the pre closing in the next cycle is adaptively adjusted by the time interval between the end time of the pre closing in the current cycle and the shutdown time of the power tube. The start-up time of pre closing can be adjusted adaptively to ensure the smooth start and end of pre closing, especially when it is applied to drive synchronous rectifier power tube, it can ensure that the start and end time of pre closing can be adjusted adaptively in DCM, CCM and even in-depth CCM to ensure the smooth start and end of pre closing.

【技术实现步骤摘要】
一种功率管驱动电路及驱动方法
本专利技术涉及电力电子变换领域，更具体地，涉及一种功率管驱动电路及驱动方法。
技术介绍
随着电子技术的发展，功率管作为电路中的开关元件，其得到了越来越多的应用。然而，功率管在诸如同步整流等应用电路中，其始终存在着关断速度过慢的问题。如果关断功率管需要泄放的栅极电荷Qg越多，功率管栅极(G)对源极(S)电压VGS降至0V的过渡时间就越长，功率管关断的速度就越慢。功率管的关断速度过慢会对其所在电路带来不良的影响，尤其是在如图1所示的普通反激式同步整流电路中。图2显示了与图1相对应的工作波形图，由图2可知，从同步整流功率管的漏源电压VDS由负电压变成0V电压到同步整流功率管真正关断的滞后时间Tdly_sum由两部分组成，即零伏电压比较器响应时间Tdly_cmp和同步功率管栅源电压VGS降至0V的过渡时间Tdly_gs。如果关断同步整流功率管需要泄放的栅极电荷Qg越多，Tdly_gs时间会越长，造成功率管关断速度慢。由于同步整流功率管的关断滞后，在其完全关断前，漏极到源极有反向电流流过变压器漏感(如图2的Iout波形)，产生漏感能量；同步整流功率管关断后漏感和同步整流功率管的输出电容形成谐振，同步整流功率管的漏源电压VDS会产生漏感尖峰电压(如图2的点2)。尤其是连续电流模式(CCM)，如果关断不及时产生的漏感能量很大，造成的漏感尖峰电压很高(如图2的点2)，超过同步整流功率管的崩溃电压，会导致同步整流功率管击穿，并造成系统的损坏。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术公开了一种功率管的驱动电路、控制方法；其通过对功率管进行预关闭的方式，提前泄放功率管栅极多余的输入电荷，可大幅度提高功率管的关断速度，以克服现有技术中由于关断滞后造成功率管和系统损坏的缺陷。本专利技术公开了一种功率管驱动电路，其中包括检测模块、预关闭执行电路模块、功率管开关信号产生模块以及控制逻辑模块；其中，所述检测模块的输出端连接所述控制逻辑模块，所述控制逻辑模块的两个控制信号输出端分别连接所述预关闭执行电路模块和所述功率管开关信号产生模块，所述预关闭执行电路模块和所述功率管开关信号产生模块两者的输出端均连接功率管的栅极；所述检测模块用于检测功率管的漏源电压VDS；所述预关闭执行电路模块用于对导通的功率管进行预关闭，即在功率管关闭前，提前泄放功率管栅极的部分电荷；所述功率管开关信号产生模块用于周期性地产生导通功率管的第一信号和关断功率管的第二信号；所述控制逻辑模块内包括自适应调整模块，所述自适应调整模块用于产生启动所述预关闭执行电路模块的第三信号和停止所述预关闭执行电路模块的第四信号；所述功率管开关信号产生模块的输出端与所述自适应调整模块相连；所述自适应调整模块可根据当前周期产生第四信号的预关闭结束时刻t2与产生第二信号的功率管关断时刻t3之间的时间间隔td的大小来调整下一周期产生第三信号的预关闭启动时刻t1。优选地，所述自适应调整模块至少包括时间比较模块和预关闭启动时刻生成模块；所述时间比较模块用于比较当前周期内所述时间间隔td与第一时间阈值Tth1和第二时间阈值Tth2的大小关系，并生成下一周期预关闭启动时刻t1的调节控制信号；其中所述第一时间阈值Tth1和第二时间阈值Tth2为提前设置的固定参数，且第一时间阈值Tth1大于第二时间阈值Tth2；所述预关闭启动时刻生成模块用于根据所述调节控制信号生成与t1时刻相应的时序信号。优选地，所述时间比较模块内包括第一使能信号的输入端；所述第一使能信号在当前周期的所述时间间隔td内高电平有效；所述第一使能信号的输入端连接第一开关管的控制端，所述第一使能信号的输入端经过非门后连接第二开关管的控制端；所述第一开关管的一端通过第一电流源后连接到电压源VDD，所述第一开关管的另一端通过第一电容接地，所述第一电容与所述第二开关管并联连接；所述第一开关管与所述第一电容的连接点同时还连接到第一比较器和第二比较器的正输入端连接；所述第一比较器的负输入端接入第一电压阈值Vth1，所述第二比较器的负输入端接入第二电压阈值Vth2；其中，所述第一电压阈值Vth1为所述第一时间阈值Tth1转换为的电压阈值，所述第二电压阈值Vth2为所述第二时间阈值Tth2转换为的电压阈值；所述时间比较模块内还包括n位计数器，所述n位计数器用于根据所述第一比较器和所述第二比较器的输出值来生成所述调节控制信号。优选地，所述n位计数器包括加一信号输入端、保持信号输入端以及n位输出端；所述第一比较器的信号输出端连接所述加一信号输入端，所述第一比较器的反向信号输出端和所述第二比较器的信号输出端通过与门后连接到所述保持信号输入端；在保持信号为高电平时，其n位输出保持不变；在保持信号为低电平且加一信号为高电平时，其n位输出执行加一动作；在保持信号和加一信号均为低电平时，其n位输出执行减一动作，所述n位计数器被设置为仅在第一使能信号由高电平有效变为低电平无效的跳变时被触发进行计数值的操作。优选地，所述预关闭启动时刻生成模块内包括第二使能信号的输入端；所述第二使能信号在下一周期中功率管导通的时刻与下一周期中的预关闭启动时刻t1之间有效；所述第二使能信号的输入端连接第三开关管的控制端，所述第二使能信号的输入端经过非门后连接第四开关管的控制端；所述第三开关管的一端通过第二电流源后连接到所述电压源VDD，所述第三开关管的另一端通过n个并联的受控电容电路后接地，所述受控电容电路同时也与所述第四开关管并联连接；每个所述受控电容电路由一个时基电容和一个时基开关管串联组成；n个所述时基开关管的控制端与所述n位计数器的n位输出一一对应连接；所述受控电容电路与所述第三开关管的连接点同时还连接到第三比较器的正输入端连接；所述第三比较器的负输入端连接参考电压Vref；当所述第三比较器的输出信号为高电平时，即到达下一周期预关闭启动时刻t1。优选地，所述控制逻辑模块内还包括拐点检测模块；所述拐点检测模块的输入端连接检测模块，其用于在功率管的预关闭期间检测功率管漏源电压VDS的拐点；所述拐点检测模块的输出端连接所述自适应调整模块，所述自适应调整模块在拐点检测模块检测到功率管漏源电压VDS的拐点时，产生停止所述预关闭执行电路的第四信号。优选地，所述控制逻辑模块内还包括零伏电压比较器；所述零伏电压比较器的输入端连接检所述检测模块，其被配置为持续判断功率管漏源电压VDS是否到达过零点；所述零伏电压比较器在检测到功率管漏源电压VDS为由正电压向负电压变化的过零点时，触发所述功率管开关信号产生模块产生导通功率管的第一信号；在检测到功率管漏源电压VDS为由负电压向正电压变化的过零点时，触发所述功率管开关信号产生模块产生关断功率管的第二信号。优选地，所述预关闭执行电路包括在功率管栅极与源极之间串联连接的一可控开关和一电流源，或所述预关闭执行电路包括在功率管栅极与源极之间串联连接的一可控开关和一电阻；其中所述可控开关由所述自适应调整模块控制。优选地，所述功率管驱动电路用于驱动同步整流电路中的同步整流功率管。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率管驱动电路，其特征在于，其中包括检测模块、控制逻辑模块、预关闭执行电路模块以及功率管开关信号产生模块；/n其中，所述检测模块的输出端连接所述控制逻辑模块，所述控制逻辑模块的两个控制信号输出端分别连接所述预关闭执行电路模块和所述功率管开关信号产生模块，所述预关闭执行电路模块和所述功率管开关信号产生模块两者的输出端均连接功率管的栅极；/n所述检测模块用于检测功率管的漏源电压V

【技术特征摘要】
1.一种功率管驱动电路，其特征在于，其中包括检测模块、控制逻辑模块、预关闭执行电路模块以及功率管开关信号产生模块；
其中，所述检测模块的输出端连接所述控制逻辑模块，所述控制逻辑模块的两个控制信号输出端分别连接所述预关闭执行电路模块和所述功率管开关信号产生模块，所述预关闭执行电路模块和所述功率管开关信号产生模块两者的输出端均连接功率管的栅极；
所述检测模块用于检测功率管的漏源电压VDS；
所述预关闭执行电路模块用于对导通的功率管进行预关闭，即在功率管关闭前，提前泄放功率管栅极的部分电荷；
所述功率管开关信号产生模块用于周期性地产生导通功率管的第一信号和关断功率管的第二信号；
所述控制逻辑模块内包括自适应调整模块，所述自适应调整模块可产生启动所述预关闭执行电路模块的第三信号和停止所述预关闭执行电路模块的第四信号；所述功率管开关信号产生模块的输出端与所述自适应调整模块相连；所述自适应调整模块可根据当前周期产生第四信号的预关闭结束时刻t2与产生第二信号的功率管关断时刻t3之间的时间间隔td的大小来调整下一周期产生第三信号的预关闭启动时刻t1。


2.如权利要求1所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述自适应调整模块至少包括时间比较模块和预关闭启动时刻生成模块；所述时间比较模块用于比较当前周期内所述时间间隔td与第一时间阈值Tth1和第二时间阈值Tth2的大小关系，并生成下一周期预关闭启动时刻t1的调节控制信号；其中所述第一时间阈值Tth1和第二时间阈值Tth2为提前设置的固定参数，且第一时间阈值Tth1大于第二时间阈值Tth2；所述预关闭启动时刻生成模块用于根据所述调节控制信号生成与t1时刻相应的时序信号。


3.如权利要求2所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述时间比较模块内包括第一使能信号的输入端；所述第一使能信号在当前周期的所述时间间隔td内高电平有效；所述第一使能信号的输入端连接第一开关管的控制端，所述第一使能信号的输入端经过非门后连接第二开关管的控制端；所述第一开关管的一端通过第一电流源后连接到电压源VDD，所述第一开关管的另一端通过第一电容接地，所述第一电容与所述第二开关管并联连接；所述第一开关管与所述第一电容的连接点同时还连接到第一比较器和第二比较器的正输入端连接；所述第一比较器的负输入端接入第一电压阈值Vth1，所述第二比较器的负输入端接入第二电压阈值Vth2；其中，所述第一电压阈值Vth1为所述第一时间阈值Tth1转换为的电压阈值，所述第二电压阈值Vth2为所述第二时间阈值Tth2转换为的电压阈值；所述时间比较模块内还包括n位计数器，所述n位计数器用于根据所述第一比较器和所述第二比较器的输出值来生成所述调节控制信号。


4.如权利要求3所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述n位计数器包括加一信号输入端、保持信号输入端以及n位输出端；所述第一比较器的信号输出端连接所述加一信号输入端，所述第一比较器的反向信号输出端和所述第二比较器的信号输出端通过与门后连接所述保持信号输入端；所述n位计数器在保持信号为高电平时，其n位输出保持不变；在保持信号为低电平且加一信号为高电平时，其n位输出执行加一动作；在保持信号和加一信号均为低电平时，其n位输出执行减一动作；所述n位计数器被设置为仅在第一使能信号由高电平有效变为低电平无效的跳变时被触发进行计数值的操作。


5.如权利要求4所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述预关闭启动时刻生成模块内包括第二使能信号的输入端；所述第二使能信号在下一周期中功率管导通的时刻与下一周期中的预关闭启动时刻t1之间有效；所述第二使能信号的输入端连接第三开关管的控制端，所述第二使能信号的输入端经过非门后连接第四开关管的控制端；所述第三开关管的一端通过第二电流源后连接到所述电压源VDD，所述第三开关管的另一端通过n个并联的受控电容电路后接地，所述受控电容电路同时也与所述第四开关管并联连接；每个所述受控电容电路由一个时基电容和一个时基开关管串联组成；n个所述时基开关管的控制端与所述n位计数器的n位输出一一对应连接；所述受控电容电路与所述第三开关管的连接点同时还连接到第三比较器的正输入端连接；所述第三比较器的负输入端连接参考电压Vref；当所述第三比较器的输出信号为高电平时，即到达下一周期预关闭启动时刻t1。

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【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇，程兆辉，于玮，
申请(专利权)人：安徽省东科半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34