[发明专利]一种功率MOSFET驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及驱动电路技术领域，特别是一种能够在集成开关电源及其控制电路中使用的功率MOSFET驱动电路。

背景技术

传统的功率MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)驱动电路，由于其驱动级同时导通时间的存在，需消耗额外的功耗；同时过流保护常采用的外部采样电阻方式，由于功率MOSFET输出的电流较大，会消耗额外功率。

发明内容

本发明针对以上问题，提出一种通过控制延时避免输出驱动级同时导通，利用功率MOSFET导通时的漏端电压实现过电流保护，不需外部电流采样电阻的功率MOSFET驱动电路。

一种功率MOSFET驱动电路，通过控制延时避免输出驱动级同时导通，从而可降低功耗；电路中利用功率MOSFET导通时的漏端电压实现过电流保护，不需外部电流采样电阻。本发明适于在集成开关电源及其控制电路等集成电路内使用。本发明主要包括迟滞比较器、开关驱动级、过流保护电路等模块。迟滞比较器将外部控制信号与参考电平比较，判决得到开关驱动的控制信号。开关驱动级电路的对功率MOSFET作驱动输出。功率MOSFET导通时的漏端电压引入过流保护电路输入端，与基准比较，实现过电流保护的功能。

本发明中的输入信号Vin通过迟滞比较器与基准电压Vref比较，判决得到逻辑控制信号Vo1，Vo1与过流信号Vx一起控制开关功率级。Vx为高电平时，开关功率级输出为低电平，功率MOSFET关断，实现过电流保护。Vx为低电平时，开关功率级输出电平逻辑与Vo1信号相同。

开关驱动级电路采用大尺寸的M14、M15管驱动功率MOSFET。M2-M4管和电容Cd实现信号的延时，通过Vbias控制电流以调整信号延时的大小。M6-M9、M10-M13分别实现与非和或非逻辑，对Vo1信号及Vo1的延时后的信号进行逻辑操作，以使得输出管M14、M15不同时导通，从而可以消除输出管M14、M15的短路功耗。

本发明的过流保护电路，利用MOSFET导通时，存在导通电阻，电流增大时，漏端电压上升，从而可利用此电压作为过流检测的输入。电路中Vo1为功率级输出到功率MOSFET栅的驱动信号。由于电路工作中EMI(电磁干扰)的影响，功率MOSFET开启和关断时，电压变化没有整齐的上升和下降沿。而是会出现过冲，此类过冲会导致过电流保护电路的误动作，故电路需消隐功能将过冲时间屏蔽。在电路中利用M1、M2、M3和Cd构成的延时结构来实现消隐的功能。在功率MOSFET导通的时间，M6管导通，R1、R2对功率MOSFE的漏端电压分压采样，同时Vb3偏置得到电流比较的基准，通过M7-M11的差分比较结构得到比较结果，再通过M15、M16共源放大和反向器整形输出过流保护信号。

附图说明

图1是本发明的功率MOSFET驱动电路结构框图。

图2是本发明的迟滞比较器电路图。

图3是本发明的开关驱动级电路图。

图4是本发明的过流保护电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明

图1为本发明的功率MOSFET驱动电路结构框图。输入信号Vin通过迟滞比较器与基准电压Vref比较，判决得到逻辑控制信号Vo1。功率MOSFET导通时的漏端电压Vdrain引入过流保护电路输入端作为过电流的检测，与基准比较，输出过电流信号Vx。逻辑控制信号Vo1与过流信号Vx一起控制开关功率级。Vx为高电平时，开关功率级输出为低电平，功率MOSFET关断，实现过电流保护。Vx为低电平时，开关功率级输出电平逻辑与Vo1信号相同。

图2为本发明的迟滞比较器电路图。输入采用折叠式的共源共栅结构，M1、M2、M3管构成差分对输入电路，M4、M5、M6、M7管构成有共源共栅结构，M8、M11、M12时电路的有源负载，M9、M10构成正反馈，以实现迟滞。输出电路利用镜像电流的方法实现双端-单端变换，由M12-M20构成。通过调整M9、M10和M8、M11尺寸，可调整迟滞的大小。

图3为本发明的开关驱动级电路图。开关驱动级电路实现对功率MOSFET的驱动。过流保护模块输出的过流信号Vx控制M1管实现过电流保护。M2-M4管和电容Cd实现信号的延时，通过Vbias控制电流以调整信号延时的大小。M6-M9、M10-M13分别实现与非和或非逻辑，对Vo1信号及Vo1的延时后的信号进行逻辑操作，以使得输出管M14、M15不同时导通，从而可以消除输出管M14、M15的短路功耗。

图4为本发明的过流保护电路图。过流比较电路包含消隐和电流比较结构。Vo1为功率级输出到功率MOSFET栅的驱动信号。由于电路工作中EMI(电磁干扰)的影响，功率MOSFET开启和关断时，电压变化没有整齐的上升和下降沿，而是会出现过冲，此类过冲会导致过电流保护电路的误动作，故电路需消隐功能将过冲时间屏蔽，在电路中利用M1、M2、M3和Cd构成的延时结构来实现消隐的功能。在功率MOSFET导通的时间：Vo为高电平，M6管导通，R1、R2对功率MOSFE的漏端电压分压采样，同时Vb3偏置得到电流比较的基准，通过M7-M11的差分比较结构得到比较结果，再通过M15、M16共源放大和反向器整形输出过流保护信号。在功率MOSFET关断的时间：Vo为低电平，M6关断，故M7的栅接低电平，M12导通，故M8栅接高电平，这样比较得到输出为Vx低电平，即在功率MOSFET关断时过流电路不影响开关功率级电路的工作。