一种降低栅极驱动电路功耗的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及栅极驱动电路技术领域，具体公开了供一种降低栅极驱动电路功耗的方法及装其中，装置包括时序发生电路、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、驱动电阻R

【技术实现步骤摘要】
一种降低栅极驱动电路功耗的方法及装置


[0001]本专利技术涉及栅极驱动电路
，特别涉及一种降低栅极驱动电路功耗的方法及装置。

技术介绍

[0002]为充分发挥功率晶体管的性能，在电力电子应用中常常需要对功率晶体管设计专用的驱动电路。功率晶体管的通断受控于其栅极和源极(对MOSFET及HEMT器件而言，对IGBT器件应为发射极，下同)之间的电压，当其超过其开通阈值电压时，功率晶体管就会开通，反之功率晶体管就会关断。受跨导限制，大多数功率晶体管的开通阈值电压相对于其正向驱动电压较低，在实际工况中，如半桥模块中，桥臂上下管会因栅极
‑
漏极寄生电容(对MOSFET及HEMT器件而言，对IGBT器件应为栅极
‑
集电极寄生电容，下同)相互影响，严重的会引起功率晶体管的寄生开通，导致桥臂直通，烧毁模块或设备。
[0003]因此，在系统设计中常常需要引入负压驱动技术，以保证功率晶体管在关断时栅极相对源极处于负压，防止其寄生开通。然而出于成本考量，负、压发生电路通常会有较大的输出内阻，如电荷泵负压发生电路。较大的输出内阻使所述负压发生电路在驱动大电流负载时输出的负压绝对值减小，从而影响被驱动器件的开关性能，同时也会增加被驱动器件发生寄生开通的风险。同时驱动电路部分的功耗将大幅增加，从而导致驱动电路发热严重，这大大限制了系统的小型化和集成化，进而增加了布线产生的寄生参数，进而制约了功率晶体管的开关频率，进而进一步限制了系统的小型化和轻量化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于，提供一种降低栅极驱动电路功耗的装置，能够有效地降低栅极驱动电路消耗的功耗，从而减小栅极驱动电路的发热，进而允许使用栅极驱动电路的电源转换器系统的小型化、高频化及轻量化。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：
[0006]一种降低栅极驱动电路功耗的装置，包括时序发生电路、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、驱动电阻R
P
、驱动电阻R
N
、和驱动电阻R
Z
；
[0007]其中，开关管Q1、开关管Q2构成半桥正负驱动器；开关管Q3、开关管Q4构成零电压驱动器。
[0008]进一步，所述时序发生电路用于接收输入PWM信号，进行时序处理，产生四路PWM信号，控制开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4的通断。
[0009]进一步，所述时序发生电路用于当输入PWM信号由低电平到高电平时，关闭开关管Q2，打开开关管Q3和开关管Q4，此时输出栅极开路电压V
g
由负电压V
N
变为零伏；待被驱动器件栅极电压上升至零伏，并保持预设时间后，关闭开关管Q3和开关管Q4，打开开关管Q1，此时输出栅极开路电压V
g
由零伏变为正电压V
P
；
[0010]还用于当输入PWM信号保持高电平时，使开关管Q1维持开通状态，开关管Q2、开关
管Q3和开关管Q4维持关断状态，输出栅极开路电压V
g
维持正电压V
P
；
[0011]还用于当输入PWM信号由高电平到低电平时，关闭开关管Q1，打开开关管Q3和开关管Q4，此时输出栅极开路电压V
g
由正电压V
P
变为零伏；待被驱动器件栅极电压下降至零伏，并保持预设时间后，关闭开关管Q3和开关管Q4，打开开关管Q2，此时输出栅极开路电压V
g
由零伏变为负电压V
N
；
[0012]还用于输入PWM信号保持低电平时，使开关管Q2维持开通状态，开关管Q1、开关管Q3和开关管Q4维持关断状态，输出栅极开路电压V
g
维持负电压V
N
。
[0013]进一步，所述开关管Q1的栅极与时序发生电路连接，开关管Q1的源极连接正电压V
P
，开关管Q1的漏极与驱动电阻R
P
的一端连接；
[0014]开关管Q2的栅极与时序发生电路连接，开关管Q2的源极连接负电压V
N
，开关管Q2的漏极与驱动电阻R
N
的一端连接；
[0015]开关管Q3的栅极与时序发生电路连接，开关管Q3的源极与开光管Q4的漏极连接，开关管Q3的漏极与驱动电阻R
Z
的一端连接；
[0016]开关管Q4的栅极与时序发生电路连接，开关管Q4的源极接地。
[0017]进一步，所述开关管Q1、开关管Q4为P型MOS管，开关管Q2、开关管Q3为N型MOS管。
[0018]本专利技术的目的之二在于，提供一种降低栅极驱动电路功耗的方法，包括如下步骤：
[0019]S1、时序发生电路接收输入PWM信号；
[0020]S2、当输入PWM信号由低电平到高电平时，关闭开关管Q2，打开开关管Q3和开关管Q4，此时输出栅极开路电压V
g
由负电压V
N
变为零伏；待被驱动器件栅极电压上升至约零伏后，关闭开关管Q3和开关管Q4，打开开关管Q1，此时输出栅极开路电压V
g
由零伏变为正电压V
P
；
[0021]S3、输入PWM信号保持高电平，开关管Q1维持开通状态，开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4维持关断状态，输出栅极开路电压V
g
维持正电压V
P
；
[0022]S4、当输入PWM信号由高电平到低电平时，关闭开关管Q1，打开开关管Q3和开关管Q4，此时输出栅极开路电压V
g
由正电压V
P
变为零伏；待被驱动器件栅极电压下降至约零伏后，关闭开关管Q3和开关管Q4，打开开关管Q2，此时输出栅极开路电压V
g
由零伏变为负电压V
N
；
[0023]S5、输入PWM信号保持低电平，开关管Q2维持开通状态，开关管Q1、开关管Q3和开关管Q4维持关断状态，输出栅极开路电压V
g
维持负电压V
N
；当输入PWM信号由低电平到高电平时，回到步骤S2，如此循环。
[0024]与现有技术相比，本专利技术有益效果是：
[0025]本方案的驱动电路在对被驱动器件进行开通时，先将栅极电压从负电压拉至零电压，经过短暂延时后，再将零电压拉至正电压，从而在保证被驱动器件正常开通的同时使栅极负电荷经由地回路泄放而非正压回路，进而减小驱动电路的正电源电流消耗；
[0026]同理，在对被驱动器件进行关断时，先将栅极电压从正电压拉至零电压，经过短暂延时后，再将零电压拉至负电压，从而在保证被驱动器件正常关断的同时使栅极正电荷经由地回路泄放而非负压回路，进而减小驱动电路的负电源电流消耗。
[0027]本方案能有效地降低栅极驱动电路消耗的功率。假设负驱动电压V
N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低栅极驱动电路功耗的装置，其特征在于，包括时序发生电路、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、驱动电阻R
P
、驱动电阻R
N
、和驱动电阻R
Z
；其中，开关管Q1、开关管Q2构成半桥正负驱动器；开关管Q3、开关管Q4构成零电压驱动器。2.根据权利要求1所述的降低栅极驱动电路功耗的装置，其特征在于：所述时序发生电路用于接收输入PWM信号，进行时序处理，产生四路PWM信号，控制开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4的通断。3.根据权利要求2所述的降低栅极驱动电路功耗的装置，其特征在于：所述时序发生电路用于当输入PWM信号由低电平到高电平时，关闭开关管Q2，打开开关管Q3和开关管Q4，此时输出栅极开路电压V
g
由负电压V
N
变为零伏；待被驱动器件栅极电压上升至零伏，并保持预设时间后，关闭开关管Q3和开关管Q4，打开开关管Q1，此时输出栅极开路电压V
g
由零伏变为正电压V
P
；还用于当输入PWM信号保持高电平时，使开关管Q1维持开通状态，开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4维持关断状态，输出栅极开路电压V
g
维持正电压V
P
；还用于当输入PWM信号由高电平到低电平时，关闭开关管Q1，打开开关管Q3和开关管Q4，此时输出栅极开路电压V
g
由正电压V
P
变为零伏；待被驱动器件栅极电压下降至零伏，并保持预设时间后，关闭开关管Q3和开关管Q4，打开开关管Q2，此时输出栅极开路电压V
g
由零伏变为负电压V
N
；还用于输入PWM信号保持低电平时，使开关管Q2维持开通状态，开关管Q1、开关管Q3和开关管Q4维持关断状态，输出栅极开路电压V
g
维持负电压V
N
。4.根据权利要求3所述的降低栅极驱动电路功耗的装置，其特征在于：所述开关管Q1的栅极与时序发生电路连接，开关管Q1的源极连接正电压V
P
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈显平，高博，
申请(专利权)人：重庆平创半导体研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：