一种NMOS功率管驱动电路、芯片以及系统技术方案

本发明专利技术涉及功率管技术领域，公开了一种NMOS功率管驱动电路、芯片以及系统；当需要导通外部的NMOS功率管时，NMOS驱动单元对NMOS功率管进行充电，同时辅助充电单元辅助NMOS驱动单元对NMOS功率管进行充电从而开启NMOS功率管；并在开启NMOS功率管后，仅通过NMOS驱动单元驱动NMOS功率管保持在导通状态；本发明专利技术在开启阶段通过辅助充电单元提高了NMOS驱动单元开启MOS功率管的开启速度、减少开启损耗，并在开启之后仅通过NMOS驱动单元驱动MOS功率管，降低了驱动功耗，提高了效率。提高了效率。提高了效率。

【技术实现步骤摘要】
一种NMOS功率管驱动电路、芯片以及系统


[0001]本专利技术涉及功率管
，具体为一种NMOS功率管驱动电路、芯片以及系统。

技术介绍

[0002]开关电源芯片内部的功率管有功率三极管和功率MOS管两种，功率MOS管又分为PMOS功率管和NMOS功率管，由于工作原理不同，PMOS驱动电路与NMOS驱动电路完全不同。由于其内部工作时多数载流子不同，NMOS功率管相较于PMOS功率管在同等单位面积下导通电阻更小，即NMOS功率管的性能相对更优，所以NMOS功率管应用前景更为广阔，其中，在物理学中，载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒。
[0003]常规开关电源芯片中MOS功率管有NMOS功率管和POMS功率管，当NMOS功率管与PMOS功率管在开关电源芯片中用作功率开关管时，由于两种MOS管的工作原理不同，NMOS驱动电路相较于PMOS驱动电路往往要增加外接的BOOST电容来维持NMOS管的栅极与源极存在可以正常工作的电压差，驱动电路结构相较于PMOS驱动电路也较为复杂。由于相同工艺水平下，单位面积的PMOS导通电阻一般为NMOS导通电阻2.5倍，NMOS功率管更容易把导通电阻做低，具有成本优势，所以市面上多数电源芯片采用的功率管为NMOS功率管。
[0004]NMOS功率管的栅极与源极之间存在寄生电容，当要开启NMOS功率管时，需给NMOS功率管的栅极与源极的寄生电容充电，充电时间越短，NMOS功率管开启速度越快；当要关闭NMOS功率管时，需给NMOS功率管的栅极与源极的寄生电容放电，放电时间越短，NMOS功率管关闭速度越快；因此，由于栅极与源极的寄生电容的存在，NMOS功率管开启关断瞬间会产生MOS功率管开关损耗，其中，功率管在导通与关断瞬间的损耗，称之为开关损耗；NMOS功率管的开关损耗和功率管开启、关断速度快慢有关；此时的充电电流也称为驱动电流的大小影响充电时间长短，充电电流越大则充电时间越短。为兼顾效率和性能功率NMOS的驱动电流基本在几十毫安。
[0005]常见的开关电源中:为了驱动功率NMOS功率管，减小NMOS功率管的开关损耗，会提供较大的驱动电流即过驱动，这些电流除了一部分对NMOS功率管寄生电容充电驱动NMOS功率管外大部分电流直接流到接地端gnd，产生功耗、存在严重的浪费；而为了提供较大的驱动电流，作为提供电流的驱动管都是比较大的，这样在芯片制作时就需要占用较大的芯片面积，且驱动管提供的大电流需由芯片的供电电压vcc提供，供电电压远高于芯片内部工作电压vdd，驱动管为了耐高压更进一步的增加了自身的尺寸增加了芯片的面积，使制造成本增加。
[0006]而且，对于电源芯片内部的NMOS功率管来说，由于NMOS功率管的寄生电容和米勒效应，在开启瞬间需要大电流将栅极电源快速提高至预设值，减少开启损耗，但是NMOS功率管的栅极电压提高至预设值后，只需很小的电流便可以将该电压维持住；而原有的方案，提供开启电流需要多个器件一级一级放大才可以，而在NMOS功率管的栅极电压提高至预设值后，还是使用前级的驱动电路提供的开启电流维持开启状态，因此造成了驱动损耗。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有驱动电路损耗大的问题，提供了一种NMOS功率管驱动电路、芯片以及系统。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供一种NMOS功率管驱动电路，包括辅助充电单元和NMOS驱动单元，所述NMOS驱动单元用于与外部的NMOS功率管相连；当需要导通外部的NMOS功率管时，所述NMOS驱动单元用于对所述NMOS功率管进行充电，同时所述辅助充电单元用于辅助所述NMOS驱动单元对所述NMOS功率管进行充电从而开启所述NMOS功率管；并在开启所述NMOS功率管后，仅通过所述NMOS驱动单元驱动所述NMOS功率管保持在导通状态；当需要关断外部的NMOS功率管时，所述NMOS驱动单元和所述辅助充电单元都停止向所述NMOS功率管输入电流信号并通过所述NMOS驱动单元对所述NMOS功率管进行放电，从而关断NMOS功率管。
[0009]作为一种可实施方式，还包括：基准电路单元；所述基准电路单元用于分别为所述NMOS驱动单元和所述辅助充电单元提供第一偏置电流和第二偏置电流；当需要导通外部的NMOS功率管时，所述NMOS驱动单元用于根据所述第一偏置电流得到第一电流信号，对所述NMOS功率管进行充电，同时所述辅助充电单元用于在基于所述第二偏置电流设定的辅助所述NMOS驱动单元进行充电的充电时间内，向所述NMOS驱动单元发送第二电流信号，所述NMOS驱动单元根据第一电流信号和第二电流信号对所述NMOS功率管进行充电，从而开启所述NMOS功率管；并在开启所述NMOS功率管后，仅通过所述NMOS驱动单元根据所述第一偏置电流得到的第一电流信号，驱动所述NMOS功率管保持在导通状态。
[0010]作为一种可实施方式，所述NMOS驱动单元连接控制信号输入端PWM，所述控制信号输入端PWM用于向所述NMOS驱动单元发送PWM控制信号；当需要导通外部的NMOS功率管时，所述PWM控制信号为高电平，所述NMOS驱动单元根据所述第一电流信号和所述第二电流信号得到充电电流信号，对所述NMOS功率管进行充电从而开启NMOS功率管；并在开启所述NMOS功率管后且所述PWM控制信号还是为高电平的期间内，所述辅助充电单元停止向所述NMOS功率管发送第二电流信号，所述NMOS驱动单元仅根据所述第一电流信号得到充电电流信号，驱动所述NMOS功率管保持在导通状态；当需要关断外部的NMOS功率管时，所述PWM控制信号为低电平，所述充电电流信号消失，且所述NMOS功率管通过所述NMOS驱动单元进行放电，从而关断NMOS功率管。
[0011]作为一种可实施方式，所述基准电路单元的第一端连接基准电压输入端VREF，所述基准电路单元的第二端连接NMOS驱动单元的第一端，所述基准电路单元的第三端连接辅助充电单元的第一端；所述NMOS驱动单元的第二端连接供电电压输入端vcc，所述NMOS驱动单元的第三端连接控制信号输入端PWM，所述NMOS驱动单元的第四端连接控制信号输出端GATE，所述NMOS驱动单元的第五端连接所述辅助充电单元的第三端，所述NMOS驱动单元的第六端连接所述辅助充电单元的第四端。
[0012]作为一种可实施方式，所述辅助充电单元的第一端连接所述基准电路单元的第三端，所述辅助充电单元的第二端连接供电电压输入端vcc，所述辅助充电单元的第三端连接
所述NMOS驱动单元的第五端，所述辅助充电单元的第四端连接所述NMOS驱动单元的第六端；所述辅助充电单元包括第十九三极管Q11、第二十三极管Q12、第二十一三极管Q15、第二十二三极管Q18、第二十三三极管Q19、第二十四三极管Q22、第二十五三极管Q25、基极发射极短接的第一NPN型三极管D1、基极发射极短接的第二NPN型三极管D2、第一电容C1、第五电阻R4、第六电阻R5、第七电阻R6；所述辅助充电单元的第一端连接所述第十九三极管Q11的基极、所述第二十一三极管Q1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NMOS功率管驱动电路，其特征在于，包括辅助充电单元和NMOS驱动单元，所述NMOS驱动单元用于与外部的NMOS功率管相连；当需要导通外部的NMOS功率管时，所述NMOS驱动单元用于对所述NMOS功率管进行充电，同时所述辅助充电单元用于辅助所述NMOS驱动单元对所述NMOS功率管进行充电从而开启所述NMOS功率管；并在开启所述NMOS功率管后，仅通过所述NMOS驱动单元驱动所述NMOS功率管保持在导通状态；当需要关断外部的NMOS功率管时，所述NMOS驱动单元和所述辅助充电单元都停止向所述NMOS功率管输入电流信号并通过所述NMOS驱动单元对所述NMOS功率管进行放电，从而关断NMOS功率管。2.根据权利要求1所述的NMOS功率管驱动电路，其特征在于，还包括：基准电路单元；所述基准电路单元用于分别为所述NMOS驱动单元和所述辅助充电单元提供第一偏置电流和第二偏置电流；当需要导通外部的NMOS功率管时，所述NMOS驱动单元用于根据所述第一偏置电流得到第一电流信号，对所述NMOS功率管进行充电，同时所述辅助充电单元用于在基于所述第二偏置电流设定的辅助所述NMOS驱动单元进行充电的充电时间内，向所述NMOS驱动单元发送第二电流信号，所述NMOS驱动单元根据第一电流信号和第二电流信号对所述NMOS功率管进行充电，从而开启所述NMOS功率管；并在开启所述NMOS功率管后，仅通过所述NMOS驱动单元根据所述第一偏置电流得到的第一电流信号，驱动所述NMOS功率管保持在导通状态。3.根据权利要求2所述的NMOS功率管驱动电路，其特征在于，所述NMOS驱动单元连接控制信号输入端PWM，所述控制信号输入端PWM用于向所述NMOS驱动单元发送PWM控制信号；当需要导通外部的NMOS功率管时，所述PWM控制信号为高电平，所述NMOS驱动单元根据所述第一电流信号和所述第二电流信号得到充电电流信号，对所述NMOS功率管进行充电从而开启NMOS功率管；并在开启所述NMOS功率管后且所述PWM控制信号还是为高电平的期间内，所述辅助充电单元停止向所述NMOS功率管发送第二电流信号，所述NMOS驱动单元仅根据所述第一电流信号得到充电电流信号，驱动所述NMOS功率管保持在导通状态；当需要关断外部的NMOS功率管时，所述PWM控制信号为低电平，所述充电电流信号消失，且所述NMOS功率管通过所述NMOS驱动单元进行放电，从而关断NMOS功率管。4.根据权利要求2所述的NMOS功率管驱动电路，其特征在于，所述基准电路单元的第一端连接基准电压输入端VREF，所述基准电路单元的第二端连接NMOS驱动单元的第一端，所述基准电路单元的第三端连接辅助充电单元的第一端；所述NMOS驱动单元的第二端连接供电电压输入端vcc，所述NMOS驱动单元的第三端连接控制信号输入端PWM，所述NMOS驱动单元的第四端连接控制信号输出端GATE，所述NMOS驱动单元的第五端连接所述辅助充电单元的第三端，所述NMOS驱动单元的第六端连接所述辅助充电单元的第四端。5.根据权利要求2所述的NMOS功率管驱动电路，其特征在于，所述辅助充电单元的第一端连接所述基准电路单元的第三端，所述辅助充电单元的第二端连接供电电压输入端vcc，所述辅助充电单元的第三端连接所述NMOS驱动单元的第五端，所述辅助充电单元的第四端连接所述NMOS驱动单元的第六端；所述辅助充电单元包括第十九三极管Q11、第二十三极管
Q12、第二十一三极管Q15、第二十二三极管Q18、第二十三三极管Q19、第二十四三极管Q22、第二十五三极管Q25、基极发射极短接的第一NPN型三极管D1、基极发射极短接的第二NPN型三极管D2、第一电容C1、第五电阻R4、第六电阻R5、第七电阻R6；所述辅助充电单元的第一端连接所述第十九三极管Q11的基极、所述第二十一三极管Q15的基极、所述第二十二三极管Q18的基极，所述第十九三极管Q11的发射极、所述第二十一三极管Q15的发射极、所述第二十二三极管Q18的发射极都连接内部电压vdd，所述第十九三极管Q11的集电极连接所述第二十三极管Q12的发射极、所述第一电容C1的一端，所述第二十三极管Q12的基极连接所述辅助充电单元的第三端，所述第二十三极管Q12的集电极连接接地端gnd，所述第二十一三极管Q15的集电极连接所述第一电容C1的另一端、所述第五电阻R4的一端，所述第五电阻R4的另一端连接所述第二十三三极管Q19的基极，所述第二十二三极管Q18的集电极连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞平，贾生龙，
申请(专利权)人：上海芯龙半导体技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：