应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路制造技术

本申请涉及一种应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路，包括多级电容电荷缓存电路，多级电容电荷缓存电路与功率MOS管Q1栅极电连接并用于在功率MOS管Q1栅极的电容放电时吸收电荷进行缓存，多级电容电荷缓存电路还用于在功率MOS管Q1栅极的电容需要电荷时输出缓存的电荷；所述的电荷补充电路与功率MOS管Q1栅极电连接并用于在功率MOS管Q1栅极的电容需要电荷时输出补充的电荷。本申请可将功率MOS管关闭时多余的电荷进行暂存，而且暂存的效率非常高，等到功率MOS管栅极再次需要时候还可以再次还给功率MOS管栅极，并且在整个过程中需要补充的电荷非常少，实际上需要补充的电荷仅仅是微小的额外负载消耗。是微小的额外负载消耗。是微小的额外负载消耗。

【技术实现步骤摘要】
应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路


[0001]本申请属于半导体领域，具体涉及一种应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路。

技术介绍

[0002]功率变换器在开关电源中应用非常广泛，在现有技术中功率变换器的核心是采用MOS管的高频开关动作实现功率的调整，其中MOS管的高频开关动作直接依赖对MOS管的栅极控制，所以功率变换器中的MOS管栅极驱动电路对于功率变换的作用也是非常重要的，现有技术中MOS管栅极驱动电路也比较简单，比如通过单极的电阻驱动（有电阻耗能和MOS管关闭的电容损耗等问题）。
[0003]但是也有一些改进型的技术，比如在现有的专利文献中公开有CN201510703629.7，该技术也是MOS管栅极驱动电路，该技术电路图如图1所示的，其使用多个MOS管和电感、电容器件组成驱动电路，其主要目的是实现在功率MOS管关断的时候，将其栅源电容中的能量回馈到储能电容中，降低功率MOS管的开关损耗，进一步提高整个开关变换器的效率。但是在实施中其缺点很多，尤其比如，其使用了较多额外的MOS管进行控制，需要非常多的控制信号线，最主要的是该控制流程非常复杂，在这种实施中也需要另外配置更加复杂的控制电路或控制芯片以保证控制的时序，所以这很大增加了技术难度和成本，比如该驱动电路在实施中其实施过程如下：如图1所示的该MOS管栅极驱动电路上电瞬间，控制信号I给出，使控制信号I变为高电平，MOS管Q1实现开通，直流电压源开始给储能电容充电。经过0～t1时间，控制信号I变为低电平，将MOS管Q1关断。此时储能电容中获得能量。经过t1～t2时间之后，控制信号II给出，使控制信号II变为高电平，MOS管Q2实现开通，开始有电流通过储能电感，储能电感开始储能，储能电容中能量开始传递到储能电感中。经过t2～t3时间之后，控制信号II变为低电平，MOS管Q2关断。由于电感电流不能突变，就会在MOS管Q2的漏极产生一个上升的电压。然后经过t3～t4死区时间，在t4时刻，控制信号III给出，控制信号III变为高电平，MOS管Q3实现开通。此时电路等效成为一个基本的Boost电路，电感中的能量开始给MOS管Q4的栅源电容充电，MOS管Q4开始导通，经过t4～t5时间，将控制信号III变为低电平，MOS管Q2关断，之后MOS管Q4的栅源电压稳定在14.2V，MOS管Q4实现开通。此时，MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3均处于关断状态，而且由于MOS管Q3接入电路中的方式，是漏极连接被驱动的功率MOS管Q4的栅极，避免了在MOS管Q3关断器件，功率MOS管Q4栅源电容上面的电荷通过MOS管Q3的体二极管进行泄放，这样就可以保证功率MOS管Q4在t5～t6期间可靠地导通。在t6时刻，给出控制信号III，使控制信号III变成高电平，MOS管Q3实现开通。此时由于MOS管Q2处于关断状态，则功率MOS管Q4的栅源电容上面的电荷就通过储能电感又回馈到储能电容中，电容上的电压在此时段会出现稍微的上升，此时电路等效成为一个基本的Buck电路。经过t6～t7时间，控制信号III变为低电平，将MOS管Q3关断。此时，MOS管Q4的栅源电压已经稳定在0.7V左右，使MOS管Q4可靠地截止。经过t7～t3死区时间，在t8时刻控制信号II给出，使得控制信号II变成高电平，MOS管Q2实现开通，作用相当于基本Buck电
路中的“续流二极管”，从而为储能电感续流。经过t8～t9时间，控制信号II变成低电平，MOS管Q2关断，直至T时刻，电路一个周期的工作状态结束。接下来按照上述的时序，电路周期性地工作。可见仅仅为了实现对于功率MOS管的栅极控制，该驱动电路的控制流程非常复杂，并且实际的控制效果也比较差的，而且还增加了额外的电损耗，比如上述的驱动电路实施中也需要增加电感和电容等额外元件，尤其是增加了续流，实际上也会消耗额外的能量。

技术实现思路

[0004]为了克服现有的技术存在的不足, 本申请的第一方面提供一种应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路，包括多级电容电荷缓存电路，所述的多级电容电荷缓存电路与功率MOS管Q1栅极电连接并用于在功率MOS管Q1栅极的电容放电时吸收电荷进行缓存，多级电容电荷缓存电路还用于在功率MOS管Q1栅极的电容需要电荷时输出缓存的电荷；所述的电荷补充电路与功率MOS管Q1栅极电连接并用于在功率MOS管Q1栅极的电容需要电荷时输出补充的电荷。
[0005]进一步，所述的多级电容电荷缓存电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，第一电容C1一端接地，另外一端串联第一开关K1后电连接功率MOS管Q1栅极，第二电容C2一端接地，另外一端串联第二开关K2后电连接功率MOS管Q1栅极，第三电容C3一端接地，另外一端串联第三开关K3后电连接功率MOS管Q1栅极，所述的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的电容量均不相同，并且第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3中部分开关根据功率MOS管Q1的实际需要情况处于永久闭合的状态。
[0006]进一步，所述的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的电容量配置如下：当第一电容C1的电容量的实际储藏量误差值为
±
a时，其中的a为正数，则配置第二电容C2的电容量大于a；当第二电容C2的电容量的实际储藏量误差值为
±
b时，其中的b为正数，则配置第三电容C3的电容量大于b。
[0007]进一步，本申请还包括辅助控制电路，所述的辅助控制电路包括一个第四开关K4，所述的第四开关K4一端与电源负极电连接，另外一端与功率MOS管Q1栅极电连接。
[0008]进一步，所述的电荷补充电路包括一个电感元件L1，所述的电感元件L1一端串联第五开关K5后与电源正极电连接，所述的电感元件L1另外一端与功率MOS管Q1栅极电连接。
[0009]优先地，所述的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的电容量配置如下，首先在初始时，测量第一电容C1，测量的电容量为M1，其从功率MOS管Q1栅极吸收电荷时，评估相对吸收系数为V1；测量第二电容C2，测量的电容量为M2，其从功率MOS管Q1栅极吸收电荷时，评估相对吸收系数为V2；测量第三电容C3，测量的电容量为M3，其从功率MOS管Q1栅极吸收电荷时，评估相对吸收系数为V3；第一次测量时第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3从功率MOS管Q1栅极吸收电荷总量为N；然后迭代计算和调整参数：第一次预测第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3从功率MOS管Q1栅极吸收电荷总量为G1：G1=H（M1* V1+ M2* V2+ M3* V3）+F(N)*(1
‑
H)；计算G1与实际量的差然后调整相对吸收系数为V1
‑
V3的具体数值；第二次预测第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3从功率MOS管Q1栅极吸收电荷总量为G2：G2=H（M1* V1+ M2* V2+ M3* V3）+F(G1)*(1
‑
H)；计算G2与实际量的差然后调整相
对吸收系数为V1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路，其特征在于，包括多级电容电荷缓存电路，所述的多级电容电荷缓存电路与功率MOS管Q1栅极电连接并用于在功率MOS管Q1栅极的电容放电时吸收电荷进行缓存，多级电容电荷缓存电路还用于在功率MOS管Q1栅极的电容需要电荷时输出缓存的电荷；所述的电荷补充电路与功率MOS管Q1栅极电连接并用于在功率MOS管Q1栅极的电容需要电荷时输出补充的电荷。2.如权利要求1所述的应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路，其特征在于，所述的多级电容电荷缓存电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，第一电容C1一端接地，另外一端串联第一开关K1后电连接功率MOS管Q1栅极，第二电容C2一端接地，另外一端串联第二开关K2后电连接功率MOS管Q1栅极，第三电容C3一端接地，另外一端串联第三开关K3后电连接功率MOS管Q1栅极，所述的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的电容量均不相同，并且第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3中部分开关根据功率MOS管Q1的实际需要情况处于永久闭合的状态。3.如权利要求2所述的应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路，其特征在于，所述的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的电容量配置如下：当第一电容C1的电容量的实际储藏量误差值为
±
a时，其中的a为正数，则配置第二电容C2的电容量大于a；当第二电容C2的电容量的实际储藏量误差值为
±
b时，其中的b为正数，则配置第三电容C3的电容量大于b。4.如权利要求2所述的应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路，其特征在于，还包括辅助控制电路，所述的辅助控制电路包括一个第四开关K4，所述的第四开关K4一端与电源负极电连接，另外一端与功率MOS管Q1栅极电连接。5.如权利要求2所述的应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路，其特征在于，所述的电荷补充电路包括一个电感元件L1，所述的电感元件L1一端串联第五开关K5后与电源正极电连接，所述的电感元件L1另外一端与功率MOS管Q1栅极电连接。6.如权利要求3所述的应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路，其特征在于，所述的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的电容量配置如下，首先在初始时，测量第一电容C1，测量的电容量为M1，其从功率MOS管Q1栅极吸收电荷时，评估相对吸收系数为V1；测量第二电容C2，测量的电容量为M2，其从功率MOS管Q1栅极吸收电荷时，评估相对吸收系数为V2；测量第三电容C3，测量的电容量为M3，其从功率MOS管Q1栅极吸收电荷时，评估相对吸收系数为V3；第一次测量时第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3从功率MOS管Q1栅极吸收电荷总量为N；然后迭代计算和调整参数：第一次预测第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3从功率MOS管Q1栅极吸收电荷总量为G1：G1=H（M1*V1+ M2*V2+ M3*V3）+F(N)*(1
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H)；计算G1与实际量的差然后调整相对吸收系数为V1
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V3的具体数值；第二次预测第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3从功率MOS管Q1栅极吸收电荷总量为G2：G2=H（M1* V1+ M2* V2+ M3* V3）+F(G1)*(1
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H)；计算G2与实际量的差然后调整相对吸收系数为V1
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V3的具体数值；其中的H为预测配置参...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵燕霞，杨权山，邱雨，
申请(专利权)人：深圳市伟安特电子有限公司，
类型：发明
国别省市：