一种高边电导增强型功率开关驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高边电导增强型功率开关驱动电路，属于电子电路技术领域。本发明专利技术采用栅极电平移位电路将逻辑电路输出的一个栅极电平移位控制信号转化为一组相位相反的信号，再通过主栅极驱动和从栅极驱动电路共同组成的栅极驱动结构，驱动电导增强型功率器件。采用这种栅极驱动方式不仅实现了传统单一功率开关驱动电路所具有的性能，同时还能充分利用了半导体内所有的导电载流子，解决了单一P型功率开关驱动能力不足和单一N型开关驱动电路复杂的问题，在相同芯片面积的情况下，能有效降低导通电阻值、提高电流驱动能力、简化设计方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高边电导增强型功率开关驱动电路
本专利技术属于电子电路
，具体涉及一种高边电导增强型功率开关驱动电路。
技术介绍
高边功率开关驱动电路是一种将功率器件、栅极驱动电路以及保护电路集成在同一块芯片中，具有体积小、质量轻、功率密度大、可靠性高等优质特点，在模拟电路和射频电路中被广泛应用。高边栅极驱动电路是一种非要重要的电路，其作用在于驱动和控制高边功率器件的导通和关断，并维持该状态直到下一控制信号的到来，栅极驱动电路决定了能否充分利用功率器件性能。传统基于高边功率器件的开关驱动电路，通常采用单一的N型功率器件或P型功率器件用做高边开关管。由于其采用的功率器件受现有工艺条件、芯片面积以及制造成本的限制，同一块芯片同一块衬底中很难同时集成N型功率器件和P型功率器件。现有的基于单一N型器件的开关驱动电路，由于N型器件源极电压是浮动的，在完全导通的时候，因其低导通电阻特性，会使源极电压接近电源电压；在关断时，其源极电压被下拉至接地，那么在器件导通的时候为了减小损耗，驱动电路就需要额外的升压电路，如电荷泵电路或自举电路，产生高于芯片供电电压的电压，以完成开关的控制，而额外的升压电路会增加成本以及电路的复杂度。而基于单一P型器件的开关驱动电路，由于空穴的迁移率较低，单位面积的导通电阻值比较大，因此需要占用更大芯片面积的器件以降低输出电阻；在负载重载的情况下，P型功率器件上的损耗严重，并且会造成器件发热甚至烧毁等问题。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高边电导增强型功率开关驱动电路，其目的在于：在保证驱动能力的前提下，利用电导增强型功率器件在轻载和重载模式下采用不同的驱动原理，省去常规高边驱动电路中额外的升压电路，节省版图面积，减小外围电路成本，降低器件损耗。为实现上述目的，本专利技术提供的一种高边电导增强型功率开关驱动电路，包括电导增强型功率器件、电流检测电路、逻辑控制电路、栅极电平移位电路、主栅极驱动电路、从栅极驱动电路、负载和电源VCC。所述电导增强型功率器件具有主栅极、从栅极、阳极和阴极；电导增强型功率器件主栅极连接主栅极驱动电路输出端，从栅极连接从栅极驱动电路输出端，阳极连接电源VCC，阴极经负载接地；电导增强型功率器件置于高边，根据不同负载电流切换不同工作模式。所述电流检测电路输入端连接负载，输出端连接逻辑控制电路第一输入端；电流检测电路对负载或电导增强型功率器件的工作电流进行检测，产生检测结果；并根据实际应用需求产生逻辑信号提供给逻辑控制电路。所述逻辑控制电路第二输入端连接PWM输入信号，逻辑控制电路输出端连接栅极电平移位电路输入端；逻辑控制电路对逻辑信号和PWM输入信号进行处理，生成栅极电平移位控制信号提供给栅极电平移位电路；逻辑控制电路根据电流检测电路提供的检测结果进行逻辑判断，控制电导增强型功率器件的工作模式。所述栅极电平移位电路输出端连接主栅极驱动电路和从栅极驱动电路输入端；栅极电平移位电路接收栅极电平移位控制信号后，产生一组相位相反的一号控制信号和二号控制信号，一号控制信号提供给主栅极驱动电路，二号控制信号提供给从栅极驱动电路；一号控制信号和二号控制信号为电源轨不同的两个信号，当其中一个控制信号电源轨为VMINUS时，另一个控制信号电源轨则为VCC；电源轨亦可根据实际需求采取不同的电压，所述VMINUS是指低于VCC信号5-15V的电压值。所述主栅极驱动电路将一号控制信号转换成一号驱动信号，以驱动和控制电导增强型功率器件的主栅极。所述从栅极驱动电路将二号控制信号转换成二号驱动信号，以驱动和控制电导增强型功率器件的从栅极。所述负载为低端负载。电源VCC用于向高边电导增强型功率开关驱动电路提供稳定的电压。进一步的，所述栅极电平移位电路包括：NMOS管：MN1、MN2、MN3、MN4、N5、MN6、MN7和MN8，其中，MN3和MN4为高压管；PMOS管：MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7和MP8；或非门：NOR1、NOR2；非门INV1；MN1和MN2栅极接偏置电压信号VB，源极接地；MN1的漏极连接MN3的漏极，MN2的漏极连接MN4的漏极，用来产生偏置电流IB；MN3和MN4分别连接到一对通过非门INV1产生的相位相反的控制信号，非门INV1的输入端作为栅极电平移位电路输入端，接收栅极电平移位控制信号；MP1和MP4采用二极管连接方式，MP2的栅极连接到MP3的漏极，MP3的栅极连接到MP2的漏极，MP1和MP2的漏极连接到MN3的漏极，MP3和MP4的漏极连接到MN4的漏极，MP5和MP6的栅极连接到MN4的漏极，MP7和MP8的栅极连接到的MN3漏极，所有PMOS管的源极均连接到电源VCC。MN5和MN6、MN7和MN8分别构成两对电流镜，源极均连接到VMINUS端，其中MN5和MN7采用二极管连接，MN5的漏极连接到MP7的漏极，MN7的漏极连接到MP6的漏极，MN6的漏极连接到MP5的漏极，MN8的漏极连接到MP8的漏极，或非门NOR1和NOR2构成RS触发器，输入信号分别为第MP5和MP6的漏极，电源轨分别为VCC和VMINUS。进一步的，所述主栅极驱动电路包括：NMOS管：MN21、MN22、MN23和MN24；电阻R21和R22；PMOS管：MP20、MP21、MP22、MP23和MP24，其中MP20为高压管；电容C1；或门OR1。其中，MN21与MP21构成反相器，其输入端连接主栅极输入端，电容C1接MN21与MP21构成的反相器输出端，MP22的漏极通过电阻R21连接MN22的漏极，MP22和MN22的栅极接MN21与MP21构成反相器的漏极输出，MP23的栅极连接MP22的漏极，MN23的栅极连接MN22的漏极，MP23的漏极通过电阻R22连接到和MN23的漏极，MP24的栅极连接MP23的漏极，MN24的栅极连接MN23的漏极，所有NMOS管的源极接VMINUS；或门OR1输入端口分别是MP24的漏极和从栅极驱动电路，或门OR1输出端连接MP20的栅极，MP20的漏极接第三电阻R3的一端后连接至电导增强型功率器件的主栅极，所有PMOS管的源极接VCC。第三电阻R3的另一端接电导增强型功率器件的阴极。进一步的，所述从栅极驱动电路包括：NMOS管：MN11、MN12、MN13和MN14；PMOS管：MP11、MP12、MP13和MP14；电阻R1和R2。其中，MN11与MP11构成反相器，其输入端连接从栅极驱动电路输入端，MP12的漏极通过电阻R1连接MN12的漏极，MP12和MN12的栅极连接MN11与MP11构成的反相器漏极，MP13栅极连接到MP12的漏极，MN13栅极连接到MN12的漏极，MP13的漏极通过电阻R2连接MN13的漏极，MP14的栅极连接MP13的漏极，MN14的栅极连接MN13的漏极，MP14和MN14的漏极相连输出到主栅极驱动电路，所有NMOS管的源极接VMINUS，所有PMOS管的源极接VC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高边电导增强型功率开关驱动电路，其特征在于：包括电导增强型功率器件、电流检测电路、逻辑控制电路、栅极电平移位电路、主栅极驱动电路、从栅极驱动电路、负载和电源V

【技术特征摘要】
1.一种高边电导增强型功率开关驱动电路，其特征在于：包括电导增强型功率器件、电流检测电路、逻辑控制电路、栅极电平移位电路、主栅极驱动电路、从栅极驱动电路、负载和电源VCC；
所述电导增强型功率器件具有主栅极、从栅极、阳极和阴极，电导增强型功率器件主栅极连接主栅极驱动电路输出端，从栅极连接从栅极驱动电路输出端，阳极连接电源VCC，阴极经负载接地；电导增强型功率器件置于高边，根据不同负载电流切换不同工作模式；
所述电流检测电路输入端连接负载，输出端连接逻辑控制电路第一输入端；电流检测电路对负载或电导增强型功率器件的工作电流进行检测，产生检测结果；并根据实际应用需求产生逻辑信号提供给逻辑控制电路；
所述逻辑控制电路第二输入端连接PWM输入信号，逻辑控制电路输出端连接栅极电平移位电路输入端；逻辑控制电路对逻辑信号和PWM输入信号进行处理，生成栅极电平移位控制信号提供给栅极电平移位电路；逻辑控制电路根据电流检测电路提供的检测结果进行逻辑判断，控制电导增强型功率器件的工作模式；
所述栅极电平移位电路输出端连接主栅极驱动电路和从栅极驱动电路输入端；栅极电平移位电路接收栅极电平移位控制信号后，产生一组相位相反的一号控制信号和二号控制信号，一号控制信号提供给主栅极驱动电路，二号控制信号提供给从栅极驱动电路；所述一号控制信号和二号控制信号为电源轨不同的两个信号，当其中一个控制信号电源轨为VMINUS时，另一个控制信号电源轨则为VCC；电源轨为根据实际需求采取不同的电压，所述VMINUS是指低于VCC信号5-15V的电压值；
所述主栅极驱动电路将一号控制信号转换成一号驱动信号，驱动和控制电导增强型功率器件的主栅极；
所述从栅极驱动电路将二号控制信号转换成二号驱动信号，驱动和控制电导增强型功率器件的从栅极；
所述负载为低端负载；电源VCC用于向高边电导增强型功率开关驱动电路提供稳定的电压。


2.根据权利要求1所述的一种高边电导增强型功率开关驱动电路，其特征在于：所述栅极电平移位电路包括：NMOS管：MN1、MN2、MN3、MN4、N5、MN6、MN7和MN8，其中，MN3和MN4为高压管；PMOS管：MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7和MP8；或非门：NOR1、NOR2；非门INV1；
MN1和MN2栅极接偏置电压信号VB，源极接地；MN1的漏极连接MN3的漏极，MN2的漏极连接MN4的漏极，用来产生偏置电流IB；MN3和MN4分别连接到一对通过非门INV1产生的相位相反的控制信号，非门INV1的输入端作为栅极电平移位电路输入端，接收栅极电平移位控制信号；MP1和MP4采用二极管连接方式，MP2的栅极连接到MP3的漏极，MP3的栅极连接到MP2的漏极，MP1和MP2的漏极连接到MN3的漏极，MP3和MP4的漏极连接到MN4的漏极，MP5和MP6的栅极连接到MN4的漏极，MP7和MP8的栅极连接到的MN3漏极，所有PMOS管的源极均连接到电源VCC；MN5和MN6、MN7和MN8分别构成两对电流镜，源极均连接到VMINUS端，其中MN5和MN7采用二极管连接，MN5的漏极连接到MP7的漏极，MN7的漏极连接到MP6的漏极，MN6的漏极连接到MP5的漏极，MN8的漏极连接到MP8的漏极；或非门NOR1和N...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊宏，刘健，汤宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51