控制芯片及其内置MOS管驱动速度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种控制芯片及其内置MOS管驱动速度控制方法，控制芯片设置可编程电流输入引脚，可编程电流输入引脚通过电阻连接反激变换器的输入电压，通过调整电阻的阻值，控制输入到可编程电流输入引脚的电流值，电流值随着反激变换器输入电压的增加而增加，随着输入电压的减小而减小；控制芯片内置MOS管，通过控制可编程电流输入引脚的电流来控制内置MOS管的开通和关断速度；当可编程电流输入引脚的电流增加时，内置功率MOS的开通和关断速度减慢，当可编程电流输入引脚的电流减小时，内置功率MOS管的开通和关断速度加快。本发明专利技术的MOS管的开关速度自适应反激变换器输入电压的变化，在不同输入电压下满足所需要的指标。不同输入电压下满足所需要的指标。不同输入电压下满足所需要的指标。

【技术实现步骤摘要】
控制芯片及其内置MOS管驱动速度控制方法


[0001]本专利技术涉及MOS管驱动电路
，特别涉及一种内置MOS管驱动速度自适应控制芯片及反激变换器。

技术介绍

[0002]在硅半导体集成电路工艺几十年的发展历程中，特别是适用于电源芯片设计的特色工艺，由最初仅包含双极晶体管的第一代Biporlar工艺，发展为具有更高集成度的绝缘栅MOS管的CMOS工艺，之后又发展了包含双极器件、CMOS器件和DMOS器件的BCD工艺。随着半导体工艺每进步一代，相应的电源芯片集成度和性能都紧随着进步一代。例如几十年前，TI(Texas Instruments)公司推出了一系列像UCC3843、UCC3842、UCC6840等第一代经典电源控制芯片，它们是基于成熟的Bipolar工艺设计的电源控制芯片，是从无到有的过程，由于历史悠久，加上功能简单易学，部分工艺设计还被写入教科书，从而成为几代电源工程师所熟悉的芯片，即使在各种先进半导体工艺成熟发展的今天，这些芯片也被广泛应用在各个领域的电源设计中。第二代CMOS工艺以高集成度为特点，基于此工艺的电源芯片自然具有更多的功能，功耗也更低，例如TI推出的LM5020、LM5021，NCP(ON Semiconductor)公司的NCP12700等等。最近几年模拟集成电路半导体的特色工艺的快速发展，第三代BCD工艺与前两代工艺相比，具有显著的优势，最基本的优势就是电路设计者可以在高精度模拟的双极器件，高集成度的CMOS器件和作为功率输出级的DMOS器件之间自由选择。特别是LDMOS管在保持相同耐压下电阻率下降明显，使得将高压功率器件及低压信号处理电路和外围接口、检测、保护等功能电路集成到单芯片上的集成电路技术的智能功率集成电路(SPIC)成为趋势。LT(Linear Technology Corporation)比较早地推出LT8302系列产品，TI在最近两年也推出了LM5181系列产品。
[0003]如图1所示，是第一代和第二代电源控制芯片的简单原理图，它与外围的反激变压器、电阻、电容等组成反激变换器，它的工作原理是：N
P
、N
S
、N
A
分别是反激变压器的原边绕组、副边绕组、辅助绕组，当功率MOS管NM0导通时，原边绕组NP通过电流，变压器励磁而存储能量，此时副边绕组和辅助绕组都是截止的；当MOS管NM0关断后，原边绕组电压反向截止，通过副边绕组N
S
和N
A
消磁，并且N
A
与N
S
绕组的电压与它们的线圈匝数成比例关系，能量主要通过N
S
传递到反激变换器输出端V
OUT
。当V
OUT
的电压偏高时，差分放大器EA的负输入端大于基准电压V
ref
，它的输出电压V
C
减小，那么电流采样电阻R
CS
通过的电流减小，反激变压器励磁时存储的能量减小，相应地在消磁时释放到V
OUT
的能量减小，致使V
OUT
电压减小；相反地，当V
OUT
的电压偏低时，差分放大器的负输入端小于基准电压V
ref
，它的输出电压V
C
增加，在此电压的控制下，有更多的能量通过反激变压器传递到输出端V
OUT
使其增加。如此不断反复，可以不断地调节目标输出电压V
OUT
到达稳定值。误差放大器EA的输出电压V
C
称为脉宽调制电压，反激变压器的励磁电流在采样电阻R
CS
产生电压跟V
C
比较，决定了MOS管NM0开通的脉冲时间宽度，以及变压器的励磁电流大小，所以通过调制电压V
C
的大小可判断反激变换器负载的大小。如图2中是通过反激变压器的与控制芯片共“地”的辅助绕组来感应副边V
OUT
的
电压，此种反馈方式常称为初级侧反馈PSR(Primary Side Feedback)。顾名思义，相对应还有次级侧反馈SSR(Secondary Side Feedback)，如图2所示，TL431、光耦和其它电阻电容组成隔离跨导放大器，跟芯片反馈引脚FB处的上拉电阻作用产生脉宽调制电压V
C
，所以起到与PSR反馈方式中差分放大器EA相同的作用，只是分压电阻R
FB1
和R
FB2
在隔离反激变换器的次级直接检测V
OUT
，故而得名次级侧反馈。
[0004]反激式变换器在功率管关断时都会由变压器漏感产生尖峰电压，关断速度越快尖峰电压越大，同时引起过大的dv/dt而产生电磁干扰EMI问题，好处是关断损耗小。它们的共同特点是驱动电路和MOS管在芯片外围搭建，图2中驱动电阻R
G1
用来调节开通速度，驱动电阻R
G2
用来调节关断速度，电阻R
sn
、电容C
sn
、二极管D
sn
组成常用的RCD吸收，一定程度上吸收漏感尖峰，避免超过MOS管的击穿电压和改善EMI。因为反激变换器的规格需求以及变压器的规格和加工工艺是多种多样的，很难通过一组电路参数来满足所有应用。从而设计反激变换器时经常需要通过调试驱动电阻和RCD吸收来折中开关损耗、漏感尖峰、EMI的性能。这种外置MOS管方案的优点是，工程师可以根据实际应用来调节驱动速度和RCD吸收能力。缺点是，反激变换器在低输入电压和高输入电压，关断速度是一样的，实际上只有在高输入电压时功率MOS管的尖峰电压才容易超过其击穿电压，为了减小高压输入的尖峰电压，把低压输入的开关速度也减慢了，开关损耗增加。
[0005]如图3所示，是第三代的功率集成电源控制芯片，它的低压信号处理电路和外围接口、检测、保护等功能电路和高压功率MOS管集成在一个晶圆上，这种集成方案的优点是外围极其简单，容易PCB布板，不需要额外串联电阻(R
sense
一般是内置MOS管源极的走线，是自身存在的，不是额外串联的电阻)来感应功率MOS管的电流大小，提高了采样效率。缺点是内置MOS管的内阻不如外置MOS管的有优势，为了尽量获得小的内阻，内置MOS管的击穿电压不会留有太大的余量，所以防止漏感尖峰过大尤为重要，常用TVS管来吸收漏感尖峰电压，甚至还结合RC一起来充分吸收尖峰电压的高频成分和低频成分。可见，第三代的单芯片功率集成电源芯片方案虽然具有了新的独特优势，但是在驱动电路上仍然具有前面两代方案同样的缺点，另外，由于功率MOS管是集成在芯片内部，工程师不能根据电源变换器的实际需求来调试开关速度，不具有普遍适用性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种控制芯片及其内置MOS管驱动速度控制方法，可以解决现有技术中不能自适应反激式变换器分别在高输入电压和低输入电压下对MOS管关断速度的要求不同的问题，还可以解决现有技术中研发人员不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.控制芯片的内置MOS管驱动速度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：所述控制芯片设置可编程电流输入引脚，所述可编程电流输入引脚通过电阻连接反激变换器的输入电压，通过调整电阻的阻值，控制输入到所述可编程电流输入引脚的电流值，所述电流值随着反激变换器输入电压的增加而增加，随着输入电压的减小而减小；控制芯片内置MOS管，通过控制所述可编程电流输入引脚的电流来控制内置MOS管的开通和关断速度；当所述可编程电流输入引脚的电流增加时，内置功率MOS的开通和关断速度减慢，当所述可编程电流输入引脚的电流减小时，内置功率MOS管的开通和关断速度加快。2.根据权利要求1所述的控制芯片的内置MOS管驱动速度控制方法，其特征在于，所述可编程电流输入引脚是单独设置的独立引脚，或是与控制芯片的其它功能引脚复用同一个引脚。3.根据权利要求1所述的控制芯片的内置MOS管驱动速度控制方法，其特征在于，所述内置MOS管是指MOS管和控制芯片的控制电路集成在同一个晶圆上的单芯片集成方式，或指分离的MOS管晶粒和控制电路的晶粒合封在一起的多芯片封装方式。4.一种控制芯片，其特征在于，用于实施权利要求1至3任一项所述的内置MOS管驱动速度控制方法，包括差分放大器、比较器、比例放大器、MOS管NM0、电流采样电阻、频率控制电路和RS触发器，还包括可编程驱动电流产生电路和可控驱动电路；所述差分放大器的负输入端连接控制芯片的输出电压反馈引脚，所述差分放大器的正输入端输入基准电压V
ref
，所述差分放大器的输出端连接所述比较器的正输入端和所述频率控制电路的输入端；所述频率控制电路的输出端连接所述RS触发器的一个输入端，所述比较器的输出端连接所述RS触发器的另一个输入端；所述RS触发器的输出端连接所述可控驱动电路的第二输入端口；所述MOS管NM0的漏极连接控制芯片的MOS管漏极引脚，所述MOS管NM0的源极连接所述比例放大器的正输入端，所述MOS管NM0的栅极连接所述可控驱动电路的第四端口；所述比例放大器的负输入端接地；所述电流采样电阻连接在所述比例放大器的正输入端和负输入端之间；所述比例放大器的输出端连接所述比较器的负输入端；所述可编程驱动电流产生电路的第一端口连接控制芯片的可编程电流输入引脚，所述可编程驱动电流产生电路的第三端口连接所述可控驱动电路的第一端口，所述可编程驱动电流产生电路的第四端口连接所述可控驱动电路的第六端口；所述可编程驱动电流产生电路的第五端口和所述可控驱动电路的第五端口连接供电电压，所述可编程驱动电流产生电路的第二端口和所述可控驱动电路的第三端口接地。5.根据权利要求4所述的控制芯片，其特征在于，还包括迟滞比较器和MOS管PM0；所述MOS管PM0的源极与所述可编程电流输入引脚、所述迟滞比较器的负输入端口连接，所述MOS管PM0的栅极与所述迟滞比较器的高位正输入端口和基准电压V
H
连接；所述MOS管PM0的漏极与所述可编程驱动电流产生电路的第一端口连接；所述迟滞比较器的低位正输入端口与基准电压V
L
连接。6.根据权利要求4或5所述的控制芯片，其特征在于，所述可编程驱动电流产生电路包括MOS管N...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐盛斌，
申请(专利权)人：苏州源特半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：