本發(fā)明屬于電源管理技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種mosfet浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路。

背景技術(shù)：

柵驅(qū)動(dòng)控制電路是電源管理芯片中基本子電路。通常要求柵驅(qū)動(dòng)控制電路適用于高壓情況。傳統(tǒng)的柵驅(qū)動(dòng)控制電路中下功率管的柵極電位由芯片內(nèi)部電源控制；而上功率管柵極電位由芯片外部供電電壓vcc控制，通常采用p型功率管，主要包括厚柵氧p型mosfet和薄柵氧p型mosfet；其中，厚柵氧p型mosfet能夠直接承受高壓，但是厚柵氧器件通常存在導(dǎo)電能力弱、功率管寄生電容更加嚴(yán)重等問題，這會(huì)使得驅(qū)動(dòng)電路功耗等方面存在缺陷；此外厚柵氧p型mosfet要消耗更大的版圖面積。因此上功率管通常更傾向于采用薄柵氧p型mosfet。但是薄柵氧p型mosfet的柵源電壓不能承受高壓，因此需要自舉電路來產(chǎn)生高壓浮動(dòng)電源軌，以控制上功率管的柵極電位。而自舉電路通常會(huì)需要較大的電容，這會(huì)大大增大版圖面積；且需要較為復(fù)雜的控制方式，增加了芯片的設(shè)計(jì)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有自舉電路形式的高端功率管驅(qū)動(dòng)電路帶來的缺陷，提出了一種高端mosfet浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：如圖1所示，一種mosfet浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路，包括恒流源產(chǎn)生電路、上功率管鉗位電路、上功率管驅(qū)動(dòng)電路、下功率管驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出級(jí)；其特征在于，

所述上功率管鉗位電路由第一電阻r1、第一電容c1、第二電容c2、第一pmos管mp1、第二nmos管mn2、二極管d1、第一開關(guān)s1和第一電流源i1構(gòu)成；第一電阻r1和第一電容c1并聯(lián)后一端接電源vcc，第一電流源的一端接電源vcc，另一端通過第一開關(guān)s1后接第一pmos管mp1的源極，第一pmos管mp1的柵極接第一電阻r1和第一電容c1并聯(lián)后的另一端；第二nmos管mn2的漏極接電源，其柵極接第一pmos管mp1源極和第一開關(guān)s1的連接點(diǎn)；第二電容c2的一端接電源，另一端接第二nmos管mn2柵極和第一pmos管mp1源極的連接點(diǎn)；二極管d1的負(fù)極接電源，正極接第二nmos管mn2的源極；

所述恒流源產(chǎn)生電路由電壓跟隨器、第一nmos管mn1和第二電阻r2構(gòu)成；第一nmos管mn1的漏極接第一電阻r1和第一電容c1并聯(lián)后的另一端，其柵極接電源跟隨器的輸出端，第一nmos管mn1的源極通過第二電阻r2后接地；電壓跟隨器的同相輸入端接外部基準(zhǔn)電壓，其反相輸入端接第一nmos管mn1源極和第二電阻r2的連接點(diǎn)；

所述上功率管驅(qū)動(dòng)電路由依次連接的第二電流源i2、第二開關(guān)s2、第三開關(guān)s3和第三電流源i3構(gòu)成，其中第二電流源i2接電源，第三電流源i3接地；

所述下功率管驅(qū)動(dòng)電路由第四開關(guān)s4和反相器驅(qū)動(dòng)鏈構(gòu)成，反相器驅(qū)動(dòng)鏈的輸入端通過第四開關(guān)s4后接地；

所述功率輸出級(jí)由p型功率管和n型功率管構(gòu)成，p型功率管的源極接電源，其柵極接第二nmos管mn2的源極，且p型功率管柵極與第二nmos管mn2源極的連接點(diǎn)接第二開關(guān)s2和第三開關(guān)s3的連接點(diǎn)；n型功率管的柵極接反相器驅(qū)動(dòng)鏈的輸出端，n型功率管的源極接地；p型功率管漏極和n型功率管漏極的連接點(diǎn)為輸出端。

上述方案中，恒流源產(chǎn)生電路作用是電流源在鉗位電路中r1上產(chǎn)生恒定的壓降；有源鉗位電路的作用保證上功率管的柵源電壓不超過設(shè)計(jì)值；上功率管驅(qū)動(dòng)電路和下功率管驅(qū)動(dòng)電路主要是為了驅(qū)動(dòng)上、下功率管；功率輸出級(jí)是為了產(chǎn)生具有驅(qū)動(dòng)能力的柵驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果是：服了采用厚柵氧器件的要求，并且采用浮動(dòng)電位驅(qū)動(dòng)上功率管，解決了自舉電路驅(qū)動(dòng)上功率管所帶來芯片成本增加的缺陷，同時(shí)采用該種驅(qū)動(dòng)上功率管方法可以節(jié)省驅(qū)動(dòng)電路功耗以及提高其效率。

附圖說明

圖1本發(fā)明提出的mosfet浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明提出的浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路圖的時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明提出的一種高端mosfet浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路圖如圖1所示，由5部分組成，恒流源產(chǎn)生電路，上功率管鉗位電路，上功率管驅(qū)動(dòng)電路，下功率管驅(qū)動(dòng)電路，功率輸出級(jí)。如在圖1所標(biāo)識(shí)，恒流源產(chǎn)生電路產(chǎn)生鉗位電路所需的電流源，鉗位電路保證上功率管柵源電壓不超過設(shè)計(jì)值，功率管驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出級(jí)產(chǎn)生具有驅(qū)動(dòng)能力的柵驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。s1、s2、s3和s4為開關(guān)信號(hào)，信號(hào)為高時(shí)開關(guān)閉合，否則開關(guān)打開。開關(guān)管s1、s2具有相同的相位，與s3、s4相位相反。下面結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)分析該發(fā)明。

鉗位電路是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，由恒流源產(chǎn)生部分可得其產(chǎn)生的電流為：

則在電阻r1上產(chǎn)生的壓降為：

此處第一電容c1保證電阻r1上電壓降恒定。當(dāng)芯片外部供電電壓vcc發(fā)生變化時(shí)，第一電容c1的耦合作用，使得電阻r1上壓降恒定。

當(dāng)開關(guān)信號(hào)s1、s2閉合(s3、s4打開)，下功率管打開，上功率管關(guān)斷。電流源i1接入電路，第一pmos管mp1開啟，mp1管源級(jí)電位拉至vcc，此時(shí)利用電流i2和mn2兩條支路，將高端功率管mp_power1的柵極電位充電至vcc，上功率管關(guān)斷。當(dāng)開關(guān)信號(hào)s1、s2打開(s3、s4閉合)，下功率管關(guān)斷，上功率管打開。電流源i1與電路斷開，第二電容c2通過第一pmos管mp1進(jìn)行電荷泄放，使得mp1管柵源級(jí)電位維持在pmos管閾值電壓，即mp1源端電壓與vcc間的電壓差為電阻r1上電壓減去pmos閾值電壓。經(jīng)第二nmos管mn2，上功率管柵源電壓最大為：

vgs_power≤vr2-vthp+vthn+vov

pmos管閾值電壓大于nmos管閾值電壓，通過調(diào)整mp1和mn2管尺寸，使得

vthp＝vthn+vov

則上功率管柵源電壓就為電阻r2上的壓降。

該種上功率管鉗位電路中電流源i1只在(1-d)ts時(shí)間內(nèi)打開，可以節(jié)省驅(qū)動(dòng)電路的功耗，以及提升其工作效率。穩(wěn)壓管d1作為上功率管二次保護(hù)，保證上功率管柵源電壓不超過穩(wěn)壓管d1穩(wěn)壓值。

上功率管驅(qū)動(dòng)電路通過電流源對(duì)上功率管寄生電容充放電形式控制其開啟與否。下功率管驅(qū)動(dòng)電路通過反相器驅(qū)動(dòng)鏈形式驅(qū)動(dòng)下功率管。功率輸出級(jí)部分主要是為了產(chǎn)生具有驅(qū)動(dòng)能力的柵驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。

通過設(shè)置反相器驅(qū)動(dòng)鏈延時(shí)以及電流源i2、i3對(duì)上功率管充放電時(shí)間，可以設(shè)置合理的死區(qū)時(shí)間，以保證功率管不會(huì)穿通。

圖2為浮動(dòng)電路時(shí)序圖，ctrl為上下功率端控制信號(hào)，當(dāng)ctrl為高時(shí)，s1、s2打開，s3和s4閉合，電流源i3打開，將上功率管柵極電位拉低，上功率管打開，下功率管關(guān)閉；當(dāng)ctrl為低時(shí)，s1、s2閉合，s3和s4打開，電流源i2打開，將上功率管柵極電位拉至vcc，上功率管閉合，下功率管打開。通過反相器驅(qū)動(dòng)鏈延時(shí)以及i2、i3充放電時(shí)間可以控制功率管死區(qū)時(shí)間，以保證功率管不會(huì)穿通。