NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片技术

本发明专利技术实施例公开了NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片，该开关电路包括电荷泵、NMOS开关管、钳位电路；所述NMOS开关管的源极用于输入输入电压、漏极用于输出输出电压。当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述钳位电路以所述输入电压为基准，将所述NMOS开关管的栅极钳位在使所述NMOS开关管处于关断状态的电压。当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述钳位电路停止对所述NMOS开关管的栅极的钳位，所述电荷泵以开启电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以控制所述NMOS开关管导通，从而输出所述输出电压。本实施例能提高NMOS开关管的开启速度。开启速度。开启速度。

【技术实现步骤摘要】
NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片


[0001]本专利技术涉及NMOS开关管领域，具体涉及NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片。

技术介绍

[0002]NMOS开关管广泛应用在集成电路当中。与PMOS开关管相比，相同面积下NMOS开关的导通阻抗低于PMOS开关管。
[0003]已知技术中，当需要开启NMOS开关管时，通过驱动电路将NMOS开关管的栅极电压加载至某一高电平，从而打开NMOS开关管；当需要关断NMOS开关管时，通过驱动电路将NMOS开关管的栅极电压拉低至0，从而关断NMOS开关管。
[0004]然而，该驱动电路将该NMOS开关管从断开状态，切换控制到导通的过程所耗费的时长较长。

技术实现思路

[0005]基于上述现状，本专利技术实施例的主要目的在于提供NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片，以提高NMOS开关管的开启速度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的实施例采用了如下的技术方案：
[0007]一种NMOS开关管的开关电路，包括电荷泵和NMOS开关管，还包括钳位电路；所述NMOS开关管的源极用于输入输入电压、漏极用于输出输出电压。当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述钳位电路以所述输入电压为基准，将所述NMOS开关管的栅极钳位在使所述NMOS开关管处于关断状态的电压。当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述钳位电路停止对所述NMOS开关管的栅极的钳位，所述电荷泵以开启电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以控制所述NMOS开关管导通，从而输出所述输出电压。
[0008]一种NMOS开关管的开关电路的控制方法，所述开关电路包括电荷泵和NMOS开关管，所述开关电路还包括钳位电路。所述控制方法包括如下步骤：当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述钳位电路以所述输入电压为基准，将所述NMOS开关管的栅极钳位在使所述NMOS开关管处于关断状态的电压。当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述钳位电路停止对所述NMOS开关管的栅极的钳位，所述电荷泵以开启电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以控制所述NMOS开关管导通，从而输出所述输出电压。
[0009]一种芯片，包括如任一所述的NMOS开关管的开关电路。
[0010]本实施例中，当需要控制NMOS开关管关断时，钳位电路以输入电压为基准，将NMOS开关管的栅极钳位在使NMOS开关管处于关断状态的电压；当需要控制NMOS开关管导通时，钳位电路停止对NMOS开关管的栅极的钳位，电荷泵以开启电流向NMOS开关管的栅极进行充电，与已知技术相比，本实施例中，电荷泵向NMOS开关管的栅极转移的电荷量大大减小，因此可以快速打开NMOS开关管，非常适合于应用在NMOS开关管需被快速开启的场景。
[0011]本专利技术的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征
和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
[0012]以下将参照附图对本专利技术的优选实施方式进行描述。图中：
[0013]图1为根据本专利技术的一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0014]图2为本专利技术的一种优选实施方式中NMOS开关管的栅极的寄生电容大小与不同的栅源电压之间的关系曲线图；
[0015]图3为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0016]图4为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0017]图5为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0018]图6为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0019]图7为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0020]图8为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0021]图9为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0022]图10为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0023]图11为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0024]图12为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0025]图13为根据本专利技术的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；
[0026]图14是图13实施例的开关电路在某个情况下的波形图。
具体实施方式
[0027]以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
[0028]此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0029]除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0030]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0031]图1是本专利技术一种实施例的NMOS开关管的开关电路，该开关电路可以应用于各种电子设备的电路中，例如集成电路或者分立元件的电路中。NMOS开关管Ms可以是功率型或非功率型开关管。该开关电路包括电荷泵100、NMOS开关管Ms和钳位电路200；其中，NMOS开关管Ms的源极连接输入端Vin，用于输入输入电压，NMOS开关管Ms的漏极连接输出端Vout，用于输出输出电压；电荷泵100的输出端连接NMOS开关管Ms的栅极；钳位电路200一端连接NMOS开关管Ms的栅极Vgate、另一端连接输入端；输入端可以连接电源，输出端可以连接后级电路。
[0032]当需要控制NMOS开关管Ms关断时，钳位电路200以输入电压为基准，将NMOS开关管Ms的栅极钳位在使NMOS开关管Ms处于关断状态的电压，此时栅极的电压大于或等于输入电压，即栅源电压大于或等于0，由于NMOS开关管Ms关断，因而漏极不输出电压；当需要控制NMOS开关管Ms导通时，钳位电路200停止对NMOS开关管Ms的栅极的钳位，电荷泵100以开启电流向NMOS开关管Ms的栅极进行充电(即为栅极的寄生电容Cpar充电)，使栅源电压大于NMOS开关管Ms的开启阈值，以控制NMOS开关管Ms导通，从而输出输出电压，即输入端的电压经由该NMOS开关管Ms提供给输出端，进而将输出电压提供给后级电路，例如为连接该输入端的电池通过NMOS开关管Ms，在输出端为后级电路供电。
[0033]图2是NMOS开关管Ms的栅极的寄生电容Cpar大小与不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NMOS开关管的开关电路，包括电荷泵和NMOS开关管，其特征在于，还包括钳位电路；所述NMOS开关管的源极用于输入输入电压、漏极用于输出输出电压；当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述钳位电路以所述输入电压为基准，将所述NMOS开关管的栅极钳位在使所述NMOS开关管处于关断状态的电压；当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述钳位电路停止对所述NMOS开关管的栅极的钳位，所述电荷泵以开启电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以控制所述NMOS开关管导通，从而输出所述输出电压。2.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，还包括控制模块，所述钳位电路包括钳位开关；当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述控制模块控制所述钳位开关导通，且所述电荷泵以维持电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以使所述钳位电路导通并对所述NMOS开关管的栅极进行钳位；当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述控制模块控制所述钳位开关关断，以使所述钳位电路关断并停止对所述NMOS开关管的栅极的钳位。3.根据权利要求2所述的开关电路，其特征在于，钳位时，所述钳位电路将所述NMOS开关管的栅极钳位在大小等于所述输入电压的电压。4.根据权利要求3所述的开关电路，其特征在于，所述钳位电路包括钳位PMOS管，所述钳位PMOS管的源极连接所述NMOS开关管的栅极，所述钳位PMOS管的栅极通过电压源连接所述NMOS开关管的源极；其中，所述电压源用于以所述输入电压为基准，向所述钳位PMOS管的栅极提供大小等于所述输入电压与所述钳位PMOS管的开启阈值之差的电压。5.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述电荷泵包括输出电容和电荷产生电路，所述输出电容跨接在所述电荷产生电路的输出端和所述NMOS开关管的源极，所述电荷产生电路用于调整所述输出电容的电荷量，以使所述输出电容在所述输入电压的基准上维持预定压差。6.根据权利要求2所述的开关电路，其特征在于，还包括开启度检测电路，用于检测所述NMOS开关管的栅极的电压；当需要控制所述NMOS开关管导通时，若所述开启度检测电路检测到所述NMOS开关管的栅极的电压大于栅极电压阈值，所述电荷泵从以所述开启电流，转变为以维持电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以维持所述NMOS开关管保持导通；其中，所述维持电流小于所述开启电流。7.根据权利要求6所述的开关电路，其特征在于，所述开启度检测电路包括检测开关；当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述检测开关关断，以使所述开启度检测电路关断并停止检测所述NMOS开关管的栅极的电压；当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述检测开关导通，以使所述开启度检测电路导通并开始检测所述NMOS开关管的栅极的电压，若所述NMOS开关管的栅极被充电至小于所述
栅极电压阈值的电压，所述检测开关保持导通，以控制所述开启度检测电路保持检测所述NMOS开关管的栅极的电压，若所述NMOS开关管的栅极被充电至大于所述栅极电压阈值的电压，所述检测开关关断，以控制所述开启度检测电路停止检测所述NMOS开关管的栅极的电压。8.根据权利要求7所述的开关电路，其特征在于，若所述NMOS开关管的栅极被充电至大于所述栅极电压阈值的电压，所述开启度检测电路停止检测所述NMOS开关管的栅极的电压。9.根据权利要求8所述的开关电路，其特征在于，所述开启度检测电路还包括第一检测PMOS管、第二检测PMOS管和检测电阻；所述第一检测PMOS管的源极连接所述NMOS开关管的栅极，所述第一检测PMOS管的漏极分别与自身的栅极、以及所述第二检测PMOS管的源极连接，所述第二检测PMOS管的栅极连接所述NMOS开关管的源极，漏极通过所述检测电阻接地；若所述检测电阻的电压为高电平，则判定所述NMOS开关管的栅极的电压大于所述栅极电压阈值，若所述检测电阻的电压为低电平，则判定...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗冬哲，蔡月冰，刘勇，
申请(专利权)人：深圳市思远半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：