一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路制造技术

本发明专利技术公开了一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路；包括有控制逻辑电路，高边栅极控制模块、低边栅极控制模块，电源模块和振荡器模块；所述控制逻辑电路分别与所述高边栅极控制模块和所述低边栅极控制模块电性连接；所述高边栅极控制模块和所述低边栅极控制模块上共同电性连接有功率管模块；所述电源模块给所述高边栅极控制模块供电；所述振荡器模块给所述高边栅极控制模块和所述低边栅极控制模块提供时钟信号。本发明专利技术能在较宽的电源电压范围内工作；同时泵电路只在其所控制的功率管需要导通时才工作，功耗大大降低。功耗大大降低。功耗大大降低。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路


[0001]本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路。

技术介绍

[0002]栅极驱动集成电路是一种适用于功率开关器件的驱动电路，可用于驱动H桥电路，由于其具有便于集成，体积小等优点，广泛应用于直流电机、马达等各类电动工具中。
[0003]目前构成H桥的功率管有PMOS功率管和NMOS功率管，由于NMOS比PMOS有着更大的电流驱动能力，在大电流、高耐压的驱动电路中往往选用NMOS功率管。集成电路中常选用薄栅氧的NMOS功率管，其栅源耐压值约为5.5V。根据作为开关使用的MOS管接在电源端还是地端，又将功率管分为了高边(high side)管和低边(low side)管两种，其栅极控制信号分别由高边栅极驱动电路和低边栅极驱动电路产生。当采用NMOS作为高边功率管时，其漏极接电源端，源极接输出端，想要实现功率开关的导通，使输出电压近似等于电源电压，其栅极电压需要高于电源电压一个导通电压。如果栅极电压小于电源电压或者栅极电压与电源电压的差小于其导通电压，将会在高边功率管上产生较大的导通压降。
[0004]目前给高边功率管提供足够大的栅极电压，主要采用自举电路和电荷泵电路两种方式。自举电路与电荷泵电路都是利用电容储存能量，提供一个比电源电压高的电压给栅极，但是在电源电压较低的时候，电容需要储存更高的电压，较难实现且需要额外的电路元件，增大了电路面积，相应的也会增加芯片尺寸，提高成本。
[0005]在栅极驱动电路中，常采用电荷泵电路产生一个高于电源电压的电压，用于驱动高边(high side)功率管，以降低开关管导通电阻，进而降低功率管导通损耗。传统的栅极驱动集成电路如图1所示：
[0006]图1中第一电源电压VDD为逻辑电源，通常小于器件栅源耐压(5.5V)，第二电源电压VM为功率管电源。主要包括以下模块：
[0007]控制逻辑电路100，用于接收控制信号IN1、IN2并连接至栅极驱动电路200。
[0008]电源模块400，包括振荡器电路、电荷泵电路，为栅极驱动模块200中的Gate_driver_1提供电源VH。
[0009]栅极驱动模块200，对控制逻辑电路100的输出信号进行电压域的转换，产生死区时间，逻辑判断。输出功率管栅极控制信号VG_HS、VG_LS，输出连接至功率管模块300。
[0010]功率管模块(半桥)300，根据控制信号VG_HS、VG_LS，导通或关断，且功率管N1、N2不能同时导通。
[0011]在电源模块400中，电荷泵电路输出VH＝VM+VDD，为栅极驱动模块200中Gate_driver_1供电；提供一个比第二电源电压VM高VDD的电压，VDD小于等于功率管模块中N1的栅源耐压值。
[0012]在驱动电路中，VG_HS与VG_LS不会同时为高，有三种工作状态。
[0013]1)当VG_HS为高电平，VG_LS为低电平时，即VG_HS＝VM+VDD，VG_LS＝0，功率管模块
(半桥)300中N1导通，N2关断，OUT输出为高电平，即OUT＝VM。
[0014]2)当VG_HS为低电平，VG_LS为高电平时，即VG_HS＝0，VG_LS＝VDD，功率管模块(半桥)300中N1关断，N2导通，OUT输出为低电平，即OUT＝GND。
[0015]3)当VG_HS和VG_LS均为低电平时，N1和N2均关断，输出高阻。
[0016]在N1、N2管分别导通时，其栅源电压(VGS)均为第一电源电压VDD。
[0017]在传统的栅极驱动集成电路中，N1、N2管分别导通时，其栅源电压(VGS)会随第一电源电压VDD减小而减小，而功率管的导通电阻与其过驱动电压VGS
‑
VTH成反比，因此，当VDD电压较低时，功率管N1或N2导通电阻增加，输出驱动电流变小。
[0018]在传统栅极驱动集成电路中，通过电荷泵电路产生一个高于电源电压的电压，用于驱动高边(high side)功率管，降低了导通电阻，减小功率管导通损耗；但是VDD的变化会使功率管导通阻抗发生变化。第一电源电压VDD较低时，功率管导通电阻变大，导通损耗变大，输出电流变小，不利于栅极驱动集成电路的使用。并且由于电路中使用电荷泵作为高边栅极驱动电路的电源，其一直处于工作状态，整个芯片功耗较大。

技术实现思路

[0019]本专利技术的目的在于提供一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0020]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路，其特征在于：包括有控制逻辑电路(101)，用于接收控制信号IN1、控制信号IN2并连接至高边栅极控制模块(105)、低边栅极控制模块(102)，还包括有电源模块(104)和振荡器模块(106)；
[0021]所述控制逻辑电路(101)分别与所述高边栅极控制模块(105)和所述低边栅极控制模块(102)电性连接；所述高边栅极控制模块(105)和所述低边栅极控制模块(102)上共同电性连接有功率管模块(103)；
[0022]所述功率管模块(103)中包括有高边功率管N1、低边功率管N2；
[0023]所述高边栅极控制模块(105)中包括有Gate_driver_1、第一泵电路、第一与门、电平转换电路和第一检测电路，所述Gate_driver_1的输入端和所述第一与门的一端共同电性连接逻辑控制模块，所述Gate_driver_1的输出端电性连接所述第一泵电路，所述高边功率管N1的栅端与所述第一泵电路的输出端电性连接，所述第一与门的输出端与所述电平转换电路输入端电性连接，所述电平转换电路输出端与所述第一泵电路电性连接，所述第一检测电路与所述高边功率管N1的栅端和源端电性连接，所述第一检测电路的输出端与所述第一与门的一端电性连接；
[0024]所述低边栅极控制模块(102)中包括有Gate_driver_2、第二泵电路、第二与门和第二检测电路，所述Gate_driver_2的输入端和所述第二与门的一端共同电性连接逻辑控制模块，所述Gate_driver_2的输出端电性连接所述第二泵电路，所述第二与门的输出端与所述第二泵电路电性连接，所述第二检测电路与所述低边功率管的栅端共同电性连接第二泵电路的输出端；所述第二检测电路的另一端与所述第二与门的一端电性连接。
[0025]优选的，所述电源模块中包括有电压选择电路和稳压电路，所述电压选择电路为所述高边栅极控制模块中的所述Gate_driver_1提供电源VH1，所述稳压电路为所述电平转
换电路提供电源VH。
[0026]优选的，所述振荡器模块为所述高边栅极控制模块和所述低边栅极控制模块提供时钟信号Clk。
[0027]优选的，所述高边栅极控制模块用于对所述控制逻辑电路的输出信号DRV_HS进行电压域的转换，产生死区时间，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路，其特征在于：包括有控制逻辑电路(101)，用于接收控制信号IN1、控制信号IN2并连接至高边栅极控制模块(105)、低边栅极控制模块(102)，还包括有电源模块(104)和振荡器模块(106)；所述控制逻辑电路(101)分别与所述高边栅极控制模块(105)和所述低边栅极控制模块(102)电性连接；所述高边栅极控制模块(105)和所述低边栅极控制模块(102)上共同电性连接有功率管模块(103)；所述功率管模块(103)中包括有高边功率管N1、低边功率管N2；所述高边栅极控制模块(105)中包括有Gate_driver_1、第一泵电路、第一与门、电平转换电路和第一检测电路，所述Gate_driver_1的输入端和所述第一与门的一端共同电性连接逻辑控制模块，所述Gate_driver_1的输出端电性连接所述第一泵电路，所述高边功率管N1的栅端与所述第一泵电路的输出端电性连接，所述第一与门的输出端与所述电平转换电路输入端电性连接，所述电平转换电路输出端与所述第一泵电路电性连接，所述第一检测电路与所述高边功率管N1的栅端和源端电性连接，所述第一检测电路的输出端与所述第一与门的一端电性连接；所述低边栅极控制模块(102)中包括有Gate_driver_2、第二泵电路、第二与门和第二检测电路，所述Gate_driver_2的输入端和所述第二与门的一端共同电性连接逻辑控制模块，所述Gate_driver_2的输出端电性连接所述第二泵电路，所述第二与门的输出端与所述第二泵电路电性连接，所述第二检测电路与所述低边功率管的栅端共同电性连接第二泵电路的输出端；所述第二检测电路的另一端与所述第二与门的一端电性连接。2.根据权利要求1所述的一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路，其特征在于：所述电源模块(104)中包括有电压选择电路和稳压电路，所述电压选择电路为所述高边栅极控制模块(105)中的所述Gate_driver_1提供电源VH1，所述稳压电路为所述电平转换电路提供电源VH。3.根据权利要求1所述的一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路，其特征在于：所述振荡器模块(106)为所述高边栅极控制模块(102)和所述低边栅极控制模块(105)提供时钟信号Clk。4.根据权利要求1所述的一种低功耗、宽电源电压范围的栅极驱动集成电路，其特征在于：所述高边栅极控制模块(105)用于对所述控制逻辑电路(101)的输出信号DRV_HS进行电压域的转换，产生死区时间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文嘉，刘浩，权磊，杨悦，王峰，
申请(专利权)人：无锡中微爱芯电子有限公司，
类型：发明
国别省市：