一种功率开关管的驱动电路以及电源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种功率开关管的驱动电路以及电源系统，驱动电路包括可变阻抗输出通道、恒定阻抗输出通道以及过冲抑制模块，可变阻抗输出通道和恒定阻抗输出通道用于根据开关控制信号向功率开关管提供对应的驱动信号，控制功率开关管的导通和关断，过冲抑制模块用于在功率开关管关断时，根据功率开关管控制端的振铃信号增大可变阻抗输出通道的输出阻抗，从而使得RLC电路处于强阻尼状态，可以抑制振铃信号中的过冲电压，避免功率开关管的误导通，提高电路稳定性和可靠性。提高电路稳定性和可靠性。提高电路稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种功率开关管的驱动电路以及电源系统


[0001]本专利技术涉及电力电子
，更具体地涉及一种功率开关管的驱动电路以及电源系统。

技术介绍

[0002]在电源系统中，通过控制开关型功率管(即功率开关管，例如通过IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)来实现)的导通和关断来实现电能的变换和输出电压的稳定。如图1所示，以电源系统中常用的降压(BUCK)电路为例，控制电路110采样输出电压Vout，并与内部的参考电压进行比较，产生开关控制信号PWM，以控制功率开关管M0的导通和关断，使得电源系统的输出电压等于其内部的参考电压。由于功率开关管M0的栅极的寄生电容较大，因此现有的电源系统100还包括驱动电路120，驱动电路120由于根据开关控制信号PWM产生相应的驱动信号Vg，来驱动功率开关管M0的导通和关断。
[0003]图2示出根据现有技术的驱动电路的电路示意图。如图2所示，现有的驱动电路120包括晶体管Mp1、晶体管Mn1和晶体管Mn2。晶体管Mp1和晶体管Mn2依次串联连接在内部基准电压Vreg和地之间，晶体管Mp1和晶体管Mn2的中间节点与晶体管Mn1的栅极连接，晶体管Mp1和晶体管Mn2的栅极受控于开关控制信号PWM。晶体管Mn1连接在功率开关管M0的栅极和地之间。
[0004]图3示出图2中的驱动电路的等效示意图。如图3所示，电容C1表示功率开关管的栅极寄生电容，电感L2表示驱动电路120与功率开关管之间的传输线的寄生电感，传输线与电容C1的上极板连接于节点D。驱动电路120驱动功率开关管的开关动作可以等效为驱动电路120为功率开关管的栅极寄生电容C1的充放电过程。当功率开关管需要导通时，开关控制信号PWM为高电平，晶体管Mp1关断，晶体管Mn2导通，晶体管Mn2将晶体管Mn1的栅极电压拉低，晶体管Mn1关断，电容C1被充电，节点D的电压VD升高，从而可将功率开关管导通。当功率开关管需要关断时，开关控制信号PWM为低电平，晶体管Mp1导通，晶体管Mn2关断，晶体管Mp1根据内部基准电压Vreg将晶体管Mn1的栅极电压拉高，晶体管Mn1导通，晶体管Mn1将电容C1的上极板接地，所以节点D的电压VD被快速下拉至地，从而可将功率开关管关断。但是功率开关管的快速导通和关断，会引起电路中的电压和电流快速变化，这些瞬变的电压和电流可能通过电源线路、寄生参数等原因，在电路中产生浪涌和电压过冲，影响电路的正常工作。例如，当节点D的电压VD被快速下拉至地之后，由于传输线寄生电感L2的影响，在电路中会产生电压震荡，导致节点D的电压VD发生电压下冲和过冲(如图4所示)，如果过冲的电压Vp2大于功率开关管的导通阈值，则会导致功率开关管的误导通，对功率开关管以及后级负载造成损坏。
[0005]现有的技术方案一般通过在外围电路增加电阻和电容对电路中产生的电压下冲和过冲进行抑制，但是增加加入阻尼电阻会导致功率开关管的开启/关闭速度缓慢，会造成
系统能量的损失，甚至严重情况下功率开关管会烧毁。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种功率开关管的驱动电路以及电源系统，不仅可以抑制振铃信号中的过冲电压，避免功率开关管的误导通，提高电路稳定性和可靠性，而且可以加快功率开关管的驱动速度。
[0007]根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种功率开关管的驱动电路，所述驱动电路用于根据接收到的开关控制信号驱动所述功率开关管，其中，所述驱动电路包括：可变阻抗输出通道，用于根据所述开关控制信号生成第一驱动信号；恒定阻抗输出通道，用于根据所述开关控制信号生成第二驱动信号；以及过冲抑制模块，用于在所述功率开关管关断时，根据所述功率开关管控制端的振铃信号增大所述可变阻抗输出通道的输出阻抗。
[0008]优选地，当所述开关控制信号为表征所述功率开关管导通的有效时，所述过冲抑制模块不工作，当所述开关控制信号为表征所述功率开关管关断的无效时，所述过冲抑制模块开始工作。
[0009]优选地，所述可变阻抗输出通道包括第一至第三晶体管，其中，第一晶体管和第二晶体管依次串联连接于内部基准电压和地之间，所述第一晶体管和第二晶体管的控制端受控于所述开关控制信号，第三晶体管的第一端用于向所述功率开关管的控制端提供所述第一驱动信号，第二端接地，所述第三晶体管的控制端与所述第一晶体管和所述第二晶体管的中间节点连接，其中，所述过冲抑制模块根据所述振铃信号通过控制所述第三晶体管的控制端电压使得所述第三晶体管的输出阻抗增大。
[0010]优选地，所述过冲抑制模块包括；第四晶体管，其具有与所述功率开关管的控制端连接以接收所述振荡信号的第一端、受控于所述开关控制信号的控制端以及第二端；以及一电容，其具有与所述第四晶体管的第二端连接的第一极板、以及与所述第三晶体管的控制端连接的第二极板，其中，当所述开关控制信号有效时，所述第四晶体管关断；当所述开关控制信号无效时，所述第四晶体管导通。
[0011]优选地，所述过冲抑制模块还包括一反相器，其具有用于接收所述开关控制信号的输入端、以及与所述第四晶体管的控制端连接的输出端。
[0012]优选地，所述第一晶体管选自P型MOSFET，所述第二晶体管、所述第三晶体管以及所述第四晶体管分别选自N型MOSFET。
[0013]优选地，所述恒定阻抗输出通道包括第五至第七晶体管，其中，第五晶体管和第六晶体管依次串联连接于内部基准电压和地之间，所述第五晶体管和第六晶体管的控制端受控于所述开关控制信号，第七晶体管的第一端用于向所述功率开关管的控制端提供所述第二驱动信号，第二端接地，所述第七晶体管的控制端与所述第五晶体管和所述第六晶体管的中间节点连接。
[0014]优选地，所述第五晶体管选自P型MOSFET，所述第六晶体管和所述第七晶体管选自N型MOSFET。
[0015]根据本专利技术实施例的另一方面，提供了一种电源系统，包括上述的功率开关管的驱动电路。
[0016]本专利技术实施例的功率开关管的驱动电路以及电源系统具有以下有益效果。
[0017]驱动电路包括可变阻抗输出通道、恒定阻抗输出通道以及过冲抑制模块。可变阻抗输出通道和恒定阻抗输出通道用于根据开关控制信号向功率开关管提供对应的驱动信号，控制功率开关管的导通和关断。过冲抑制模块用于在功率开关管关断时，根据功率开关管控制端的振铃信号增大可变阻抗输出通道的输出阻抗，从而使得RLC电路处于强阻尼状态，可以抑制振铃信号中的过冲电压，避免功率开关管的误导通，提高电路稳定性和可靠性。
[0018]进一步的，本专利技术的驱动电路采用自适应抑制过冲的方案，可以加快功率开关管的驱动速度，而不会出现因功率开关管的驱动速度过快导致的电压过冲的后果。
[0019]进一步的，本专利技术的驱动电路可集成于控制芯片中，无需增加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率开关管的驱动电路，所述驱动电路用于根据接收到的开关控制信号驱动所述功率开关管，其中，所述驱动电路包括：可变阻抗输出通道，用于根据所述开关控制信号生成第一驱动信号；恒定阻抗输出通道，用于根据所述开关控制信号生成第二驱动信号；以及过冲抑制模块，用于在所述功率开关管关断时，根据所述功率开关管控制端的振铃信号增大所述可变阻抗输出通道的输出阻抗。2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，当所述开关控制信号为表征所述功率开关管导通的有效时，所述过冲抑制模块不工作，当所述开关控制信号为表征所述功率开关管关断的无效时，所述过冲抑制模块开始工作。3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述可变阻抗输出通道包括第一至第三晶体管，其中，第一晶体管和第二晶体管依次串联连接于内部基准电压和地之间，所述第一晶体管和第二晶体管的控制端受控于所述开关控制信号，第三晶体管的第一端用于向所述功率开关管的控制端提供所述第一驱动信号，第二端接地，所述第三晶体管的控制端与所述第一晶体管和所述第二晶体管的中间节点连接，其中，所述过冲抑制模块根据所述振铃信号通过控制所述第三晶体管的控制端电压使得所述第三晶体管的输出阻抗增大。4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述过冲抑制模块包括；第四晶体管，其具有与所述功率开关管的控制端连接以接收所述振荡信号的第一端、受...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长洪，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：