具有低阻抗初始驱动和较高阻抗最终驱动的开关驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有低阻抗初始驱动和较高阻抗最终驱动的开关驱动器，可以实现使开关电源控制器的驱动器电路在转变的初始部分中以低输出阻抗在转变中驱动开关的栅极，并接着在转变的其余部分中以中等范围的输出阻抗驱动开关的栅极。该开关电源控制器包括：一驱动节点；一输入信号节点；一第一电源节点；一第一电流路径，从所述驱动节点经一二极管延伸到一晶体管的漏极、再经所述晶体管延伸到所述第一电源节点，其中所述晶体管的栅极被耦接成从所述输入信号节点接收所述输入信号；和一第二电流路径，从所述驱动节点经相当大的电阻延伸到所述晶体管的漏极、再经所述晶体管延伸到所述第一电源节点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用驱动器将信号驱动到驱动节点(例如开关电源中或D类开关放大器中开关晶体管的栅极)上，从而使信号发生转变，其中所述驱动器在转变的初始部分中具有低的输出阻抗，并且其中所述驱动器在转变的结束部分中具有较高的输出阻抗。
技术介绍
图1是现有技术开关电源1的示意图。该具体电源是被称为"升压"转换器或者"升压开关电源"的一种电源。在第一时间周期中，控制器集成电路2控制开关3接通和导通，从而使电流流过电感器4和开关3流到地，如箭头5所示。随着该电流的流动，能量储存在电感器4中。然后，在第2时间周期中，控制器集成电路2控制开关3断开和不导电。电感器中的电流不能立即停止，因而电流经电感器4、 二极管6流到电容器7和负载8。在第二时间周期中流动的该电流在图2 (现有技术)中由箭头9表示。存储在电感器4中的能量现在转移到电容器7和负载8。控制器集成电路2通过端子10监测VFB，并且快速地接通和断开开关3，从而将流经负载(一串白色LED)的输出电流调节到所需电流。该转换器之所以被称为"升压转换器"，是因为VOUT可高于输入电源电压VIN。开关电源的两个性能参数是效率和噪声排放。效率等于输出功率除以输入功率。因此开关电源内的功率损失转变成较低的电源效率。存在多种功率损失。其中一种功率损失被称为"转换功率损失"，其等于开关两端的电压(VDS)乘以流经开关的电流(IDS)。当开关3断开时，没有显著的漏极-源极电流流经开关，因而功率损失非常小。当开关3完全接通和导电时，在开关两端只存在微小的漏极-源极电压降。开关端子11非常接近于接地电位。因此，IDS和VDS之积也非常小。然而，存在开关发生转变的较短时间周期。在该转变时间中，存在显著的漏极-源极电流，并且在开关两端存在显著的漏极-源极电压降。该转变时间中的功率耗散因而也很显著。图3是漏极-源极电流IDS和漏极-源极电压降VDS的示意图。虚线12表示转变功率损失。可通过更猛烈地(使用具有较低输出阻抗的驱动器)驱动开关以使开关3更快地进行开关，来减小转变功率损失。因此，在开关转变过程中IDS和VDS同时处于显著水平的时间周期縮短，并且转变功率损失得以减小。然而，更猛烈地驱动开关3以使其更快地接通和断开会导致节点SW处的电压变化(dV/dT)较大并且出现不期望的振铃，这两者都会增大EMI (电磁干扰)和噪声排放。图4是图1和2中的现有技术的升压转换器的操作的简化波形图。当开关3接通时，存在如参考编号13所示的振铃。当开关3断开时，存在如14所示的振铃。开关节点15上存在寄生电容。这些寄生电容包括由开关3的漏极、二极管6所引起的电容、电感器4的固有电容、以及与开关节点15处的开关端子11和互连线相关的电容。节点15的此寄生电容与电感器4的电感结合形成可发生振铃的LC电路。开关3断开和接通得越快，SW处的电压变化越大，并且振铃和所得到的辐射噪声越大。期望能够同时提高效率和降低噪声排放。图5是现有技术中力图在不产生过大噪声的情况下减小转变损耗的第一电路20的示意图。开关21接通和断开，以如上文结合图1和2所述来开关流经电感器22的电流。输入引线23上的输入信号SIN是脉冲串。反相器24和25具有递增的驱动强度。提供包含反相器26和三态反相器27的第二辅助路径，以增强在信号SIN的每次转变的初始部分中对开关21的栅极的驱动。图6是图5中的三态反相器27的电路图。边沿触发单触发电路(edge triggered one-shot) 29检测信号SIN的边沿，并响应于每一此种边沿而产生一脉冲。该脉冲可启用三态反相器27，从而使辅助路径帮助驱动开关21的栅极。此后，反相器25和三态反相器27同时驱动开关21的栅极。该电路的目的是在开关21的栅极上的电压结束电压转变之前使该单触发脉冲终止。当脉冲终止时，三态转换器27变为高阻抗(S卩"三态")，从而将辅助路径从开关21的栅极解耦。因此，在转变的其余部分中，只有反相器25驱动开关21的栅极。这会减小在每次转变结束时开关21的栅极上的电压的变化率，并有助于减小噪声和振铃。然而，开关21的栅极上的电压在转变的初始部分中的快速变化率有助于减小转变功率损失。然而，图5的电路存在许多问题。开关21的栅极上的电压的总转变持续时间较短。产生用于控制开关21的极小脉冲(其中小脉冲具有精确的定时)可能很难实现或不可能实现。很难实现使脉冲的定时跟踪因温度变化、电源电压变化和/或过程变化所造成的开关21的特性变化。该电路复杂并且较大，因此在对成本敏感的开关电源控制器集成电路中实现起来很昂贵。图7是现有技术中力图在不产生过大噪声的情况下减小转变损耗的第二电路30的电路图。在图7的电路中，比较器31或其它电压检测放大器装置将开关32的栅极上的电压与参考电压VREF相比较。考虑开关32的栅极上的电压的高-低电压转变。开始时，栅极上的电压高于VREF。因此，比较器31输出数字逻辑高信号来启用三态反相器33。因此，包含转换器34和三态反相器33的辅助路径与包含反相器35和36的主路径一起驱动开关32的栅极。在该初始时间中，开关32的栅极上的电压快速下降。当开关32的栅极上的电压达到VREF时，比较器31切换并禁用三态反相器33，从而禁用辅助路径。所期望的结果是在开关转变的最终部分中开关32的栅极上的电压不快速变化。在转变的最终部分中栅极电压的变化率减小会使振铃减小，但在转变的初始部分中使开关32的栅极上的电压快速变化有助于减小转变功率损失。图7的电路存在许多问题。例如，使辅助路径接通和断开电路的性能的变化跟踪开关32的工作特性的变化可能很难实现。这两种电路是不同的，因此趋于对变化的状态作出不同的反应。第二，比较器和三态禁用路径可能不够快。开关32的栅极上的电压可能向下转变并达到VREF，并且在比较器31检测到越过VREF并禁用反相器33以禁用辅助路径之前，继续向下变化显著的量。使该辅助启用/禁用信号路径变快可使比较器的功率损失增大不可接受的量。而且，比较器(例如比较器31)是比较大的电路，因此在对成本敏感的开关电源控制器集成电路中实现起来很昂贵。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种开关电源控制器，可以实现使其中的驱动器电路在转变的初始部分中以低输出阻抗在转变中驱动开关的栅极，并接着在转变的其余部分中以中等范围的输出阻抗驱动开关的栅极。从而可以有效实现同时提高开关电源的转换效率和降低排出噪声。另外，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种方法和一种电路，也可以解决上述问题。为了解决以上技术问题，本专利技术提供了如下技术方案-本专利技术提供了一种开关电源控制器，包括 一驱动节点； 一输入信号节点； 一第一电源节点； 一第一电流路径，从所述驱动节点经一二极管延伸到一晶体 管的漏极、再经所述晶体管延伸到所述第一电源节点，其中所述晶体管的栅极 被耦接成从所述输入信号节点接收所述输入信号；和一第二电流路径，从所述 驱动节点经相当大的电阻延伸到所述晶体管的漏极、再经所述晶体管延伸到所 述第一电源节点。本专利技术还提供了一种开关电源控制器，其包括 一驱动节点； 一输入信号 节点； 一第一电源节点； 一第一电流路径，从所述驱动节点经二极管延伸到一 第一晶体管的漏极、再经所述第一晶体管延本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源控制器，其特征在于，其包括：　一驱动节点；　一输入信号节点；　一第一电源节点；　一第一电流路径，从所述驱动节点经一二极管延伸到一晶体管的漏极、再经所述晶体管延伸到所述第一电源节点，其中所述晶体管的栅极被耦 接成从所述输入信号节点接收所述输入信号；和　一第二电流路径，从所述驱动节点经相当大的电阻延伸到所述晶体管的漏极、再经所述晶体管延伸到所述第一电源节点。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：盖瑞迈克尔赫兹，郑克惠，龚大伟，
申请(专利权)人：技领半导体上海有限公司，技领半导体国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]